CC BY
46
УДК 581.1
А. С. Россихина, А. Н. Винниченко Депропетровский национальный университет
УЧАСТИЕ СУПЕРОКСИДДИСМУТАЗЫ В АДАПТАЦИИ РАСТЕНИЙ
К ДЕЙСТВИЮ ГЕРБИЦИДОВ
Дослщжували роль ферменту антиоксидантного захисту супероксиддисмутази (СОД) в зерш кукурудзи пбриду Кадр 267 MB в умовах гербщидного впливу. Використовували комбшаци гербщиду д1ален С з препаратами харнес, примекстра голд, фронт'ер. Вщм1чено шдвищення активносп СОД, яке характеризуемся високою чутливктю до впливу ксе-Ho6ioTHKÍB. Отримаш даш свщчать про роль ферменту в пщтримш гомеостазу рослин у стресо-вих умовах.
Antioxidative enzyme superoxide dismutase (SOD) role in maize grain was investigated under herbicide action. Combinations of Dialen С with Harness, Primextra Gold and Frontier were used. Increasing in SOD activity proved to be a highly sensitive reaction. Data obtained suggest an enzyme participation in homeostasis supporting in stress conditions.
Известно, что сорная растительность наносит вред посевам культурных растений, резко снижая урожай и ухудшая его качество. Кукуруза является очень чувствительной культурой к загрязнению посевов бурьянами и реагирует на них снижением продуктивности (урожай зеленой массы падает на 50-70%, зерна - на 2550%) [2]. Таким образом, своевременный уход за посевами, применение химических средств для борьбы с сорняками имеет огромное значение для урожайности этой культуры. Однако наряду с положительным имеет место и отрицательный эффект действия гербицидов. Они относятся к числу опасных веществ антропогенного происхождения, поступающих в окружающую среду и культурные растения [3]. Из литературных источников известно, что большая часть гербицидов оказывает угнетающее действие на основные физиологические процессы растений: фотосинтез [11], дыхание и окислительное фосфорилйрование [13]. Было замечено, что в ответ на действие атразина и 2,4-Д появляются хромосомные аберрации в ядрах клеток пыльцы сорго, наблюдаются факты анеуплоидии и другие изменения в генетическом аппарате клетки [5]. В ряде работ отмечено, что под действием гербицидов наблюдаются изменения в липидном и белково-нуклеиновом обменах [4; 9]. Под действием антропогенного пресса промышленного и сельскохозяйственного производств в растительном организме происходит ряд биохимических изменений, приводящих к повышению интенсивности свободнорадикальных процессов. В связи с чем у растений наблюдается повышение активности антиоксидантной защитной системы [8], основным ферментом которой является супероксиддисмутаза (СОД). Супероксиддисмутаза вместе с другими компонентами антиоксидантной системы позволяет клетке избежать тяжелых последствий токсического действия свободных радикалов - разрывов цепей ДНК, повреждения мембран клеток, инактивации ферментов. СОД присутствует в значительных количествах практически во всех клетках и катализирует реакцию дисмутации супероксидного радикала (0~ш2) до02иН202 [14]:
О *2 + 0-'2+2Н^-» Н202 + 02, регулируя тем самым внутриклеточную концентрацию свободных радикалов кислорода. СОД является единственным ферментом антиоксидантной системы в
© PoccHXHua A. C., Bhhhhm6hko A. H., 2005
BicHHK ^HinponeTpoBCLKoro yHiBepcmeTy. Eionoria, eKonoria. 232 Visnik Dnipropetrovs'kogo universitetu. Sena Biologia, ekologia
Visnyk of Dnipropetrovsk University. Biology, ecology. Visn. Dnipropetr. Univ. Ser. Biol. Ekol. 2005. 13(1). ISSN 2310-0842 print ISSN 2312-301X online www.ecology.dp.ua
клетках анаэробов, который участвует в непосредственном обрыве цепи свободно-радикальных реакций еще на стадии инициирования [12].
С учетом важности роли супероксиддисмутазы в механизме адаптации растений к различным видам стресса нами изучена активность СОД в зрелом зерне кукурузы под действием различных гербицидов.
Материалы и методы
Исследования проводились в условиях полевого опыта на базе стационара Института зернового хозяйства УААН (лаборатория борьбы с сорной растительностью). Объектом исследования явился гибрид кукурузы Кадр 267 MB, выращенный в полевых условиях при применении следующих гербицидных композиций: харнес (2,5л/га) + диален С (2,5л/га); примэкстра голд (3,5л/га) + диален С (2,5л/га); фрон-тьер (1,5л/га) + диален С (2,5л/га). Контрольные растения выращивали без герби-цидной обработки. Для анализа отбиралось зерно в фазе полной спелости. Почва опытных участков - чернозем, рН - нейтральное. Препараты вносили при помощи малогабаритного штангового опрыскивателя ОМ-4,2.
Активность СОД оценивали по степени ингибирования процесса восстановления нитротетразолия синего в системе феназинметасульфат - NADHT- нитротетра-золий синий [15]. Активность выражали в опт.ед./мин.г.с.в. Полученные данные обработаны статистически. Сущность разницы между средними контроля и опыта оценивали с помощью t-критерия Стьюдента.
Результаты исследований
Результаты исследования активности СОД приведены в табл. 1 и наглядно представлены на рис. 1. Анализ полученных данных свидетельствует о том, что изучаемые нами гербицидные композиции вызывают достоверное повышение активности фермента.
Таблица 1
Активность супероксиддисмутазы (отн.ед./мин.г.с.в.) в зерне кукурузы под влиянием гербицидов ( X imj
Вариант опыта % от контроля
1 - контроль (без гербицидов) 6,27±0,041 100
2 - харнес + диален С 11,80±0,038 188,06
3 - примэкстра голд + диален С 10,58±0,066 168,65
4 - фронтьер + диален С 7,85±0,034 125,15
Активность СОД в контрольных образцах зерна, выращенного без применения гербицидов, составляет 6,27 отн.ед./мин.г.с.в. Применение хлорацетанилидного препарата фронтьер (1,5 л/га) в почву с последующей обработкой всходов комбинированным препаратом на основе 2,4-Д - диаленом С (2,5 л/га) - приводило к увеличению активности на 25% относительно контроля до значений 7,85 отн.ед./мин.г.с.в. Направленное внесение диалена С в количестве 2,5 л/га на фоне предпосевной обработки почвы комбинированным гербицидом на основе ат-разина - примэкстра голд (3,5 л/га) - вызывало повышение активности на 69%. Наивысшую активность СОД 11,8 отн.ед./мин.г.с.в. наблюдали в зерне кукурузы, выращенной на фоне применения предпосевного препарата харнес (2,5 л/га) с последующей обработкой посевов в фазу развития 3-5 листьев диаленом С (2,5 л/га).
Эти результаты согласуются с полученными раннее. Так, нами было отмечено [13], что в зерне растений, которые выращивались на фоне внесения предпосевного
Вюник Дтпропетровського утверситету. Бюлогы, еколопя.
Visnik Dnipropetrovs'kogo universitetu. Seriä Biología, ekologiä 233
Visnyk of Dnipropetrovsk University. Biology, ecology.
Visn. Dnipropetr. Univ. Ser. Biol. Ekol.
2005. 13(1).
ISSN 2310-0842 print ISSN 2312-301X online www.ecology.dp.ua
препарата трофи, активность энзима достоверно повышена на 3 5-60% относительно контроля. Использование комплексного действия препарата трофи и послевсхо-дового гербицида диалена С вызывало повышение активности СОД в 1,2-1,6 раза в сравнении с индивидуальной обработкой препаратом трофи. При этом анализ накопления малонового диальдегида свидетельствует о повышении интенсивности перекисного окисления липидов в 1,2-4,5 раза относительно контроля в зависимости от применяемых гербицидов.
ЧЯВЯЯяЯЯЯЯяЯл .аячцяыавн«!!:
niBBiiiiaMa
{»¿¿SSSSSSK»'111 *■■*■■*■■
w/////////// «■■■■■■■■■na
□ 1 - контроль без гербицидов Z¿2 - харнес+диален С ШЗ - примэкстра голд+диапен С SS4 - фронтьер+диален С
Рис. 1 Активность СОД в зерне
На основании полученных данных можно полагать, что увеличение активности супероксиддисмутазы при действии гербицидного стресса (не вызывающего видимых повреждений) не является отражением деструктивных катаболических процессов, а имеет, вероятно, защитно-адаптационное значение. Увеличение активности фермента свидетельствует об адаптации растений кукурузы к комплексной герби-цидной обработке, так как для сдерживания высоких уровней пероксидации необходимо иметь более мощную антиоксидантную систему.
В работах многих исследователей указывается, что влияние различных неблагоприятных факторов (засуха, гипоксия, засоление, температура, клиностатйрова-ние и др.) [1; 6; 7; 10; 16] увеличивает активность СОД и других антиоксидантных ферментов в тканях и клетках растений. Это свидетельствует об адаптации последних к тем или иным условиям. Бараненко В. В. в своей работе [1] указывает, что устойчивые растительные организмы имеют более высокие уровни или активности ферментов антиоксидантов, т.е. более эффективную систему защиты. Автор также отмечает, что на этом фа^те базируются работы по получению трансгенных растений, которые, имея повышенные уровни антиоксидантов, в том числе и СОД, являются более устойчивыми к действию неблагоприятных воздействий [17; 18].
Таким образом, полученные результаты свидетельствуют о том, что изучаемые нами гербицидные композиции повышают активность СОД. Применяемые препараты с разным механизмом действия в посевах кукурузы по-разному влияют на прохождение реакций обмена веществ. Это проявляется в активации фермента, что в свою очередь свидетельствует об адаптации растений кукурузы к гербицидному стрессу и устойчивости к действию комплексной обработки.
Библиографические ссылки
1. Бараненко В. В. Актившсть супероксиддисмутази в рослинах гороху за юнностату-вання // Терноп. пед. ун-т ¡м. Гнатюка В. Сер[я: Бюлопя. - 2002. - №1(16). - С. 38-42.
Вкник Дтпропетровського утверситету. Бюлопя, еколопя. 234 Visnik Dnipropetrovs'kogo universitetu. Seria Biologia, ekologia
Visnyk of Dnipropetrovsk University. Biology, ecology. Visn. Dnipropetr. Univ. Ser. Biol. Ekol. 2005. 13(1). ISSN 2310-0842 print ISSN 2312-301X online www.ecology.dp.ua
2. Василюк E. M. Исследование влияния гербицидов на активность каталазы некоторых самоопыленных линий кукурузы в условиях вегетационного эксперимента // Bicrnnc Дншропетр. Ун-ту. Сер1я Бюлопя. Еколот. - 1997. - № 3- С. 179-187.
3. Винниченко А. Н. Изменение белоксинтезирующей системы при адаптации растений к стрессовым воздействиям / А. Н. Винниченко, Н. П. Коцюбинская // Адаптация растений в антропогенных условиях (Сб. науч. тр.). - 1992. - С. 14-25.
4. Глубока В. М. Склад лшццв та лшщний обмш у зерш р1зних за стшмстю пбрщцв ку-курудзи при проростанш ilia впливом герб1циду харнеса / В. М. Глубока, Л. Ф. Замо-руева, I. О. Фшошк, О. М. Вшниченко // В1сник Дншропетр. ун-ту. С ер ¿я Бюлогш. Еко-лопя. -2001. -Вип. 9, т. 1. - С. 33-38.
5. Деева В. П. О последствии гербицидов - производных галоидфеноксикислот на культурные растения / В. П. Деева, Н. В. Санько // Физиология и биохимия культурных растений. - 1990. - Т. 22, № 6. - С. 523-531.
6. Закржевский Д. А. Окислительные и ростовые процессы в корнях и листьях высших растений при различной доступности кислорода в почве // Физиол. растений. - 1995. -Т. 42, № 2. - С. 272-280.
7. Калашников Ю. Е. Действие почвенной засухи и переувлажнения на активацию кислорода и систему защиты от окислительной деструкции в корнях ячменя / Ю. Е. Калашников, Д. А. Закржевский, Т. И. Балахнина и др. // Физиол. растений. -1992. - Т. 39, № 2. - С. 263-269.
8. Коцюбинская Н. П. Ферменты и адаптация растений к условиям среды // Адаптация растений в антропогенных условиях (Сб. науч. тр.). - 1992. - С. 57-62.
9. Крафтс А. Химия и природа действия гербицидов. - М.: Наука, 1963.
10. Курганова JI. Н. Продукты перекисного окисления липидов как возможные посредники между воздействием повышенной температуры и развитием стресс-реакции у растений / JI. Н. Курганова, А. П. Веселов, Ю. В. Синицына, Е. А. Еликова /У Физиол. растений. - 1998. - Т. 46, № 2. - С. 218-222.
11. Пестициды и защита растений // Грин М. Б., Хартли Г. С., Вест Т. Ф. / Под ред. Н. М. Голышина. - М.: Наука, 1979.
12. Поберезкина Н. Б. Биологическая роль супероксиддисмутазы /' Н. Б. Поберезкина, Л. Ф. Осинская // Укр. биохим. журн. - 1989. - Т. 61, №.2. - С. 14-27.
13. Россихша Г. С. Дослщження шслядн гербщидноУ обробки на активность супероксид-дисмутази та штенсивнють перекисного окисления лшццв у паростках кукурудзи / Г. С. Россихша, В. С. Бшьчук, О. М. Вшниченко // Матер1али V м1жнарод. науково-практич.конф. "Наука i ocBiTa-2002". - Т. 6. Бюлопя. - Д.: Наука i освгга, 2002. - С. 42.
14. Bannister J. V. In: The Biology and chemistry of active oxygen / J. V. Bannister, G. Rotilio. - N.Y.: Amsterdam; Oxford: Elsevier, 1984. - P. 146-189.
15. Fried R. Enzimatic and non-enzimatic assay of superoxide dismutaze // Biochem. -1975. -Vol. 57, №3,-P. 657-660.
16. Hernendez J. A. Response of antioxidant systems and leaf water relations to NaCl stress in pea plants / J. A. Hernendez, A. Campillo, A. Jimenes, J. J. Alarkon, F. Sevilla // Nev Phytologist. - 1999. - Vol. 141. - P. 241-251.
17. Perl A. Enhanced oxidative stress defense in transgenic potato expressing tomato CuZn-superoxide dismutase / A. Perl, R. Perl-Treves, S. Galili, D. Aviv, E. Shalgi, S. Malkin, E. Galun // Theor. Appl. Genet. - 1993. - Vol. 85. - P. 568-576.
18. Sen Gupta A. (1993) Increased resistance to oxidative stress in transgenic plants that overxpresschloroplastic Cu/Zn superoxide dismutase / A. Sen Gupta, J. L. Heinen, A. S. Holaday, J. J. Burken, R. D. Allen. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. - 1993. - Vol. 90. -P. 1629-1633.
Hadmuuia до редколегн 20.03.05
BicHHK ^HinponeTpoBCLKoro ymBepcHTeTy. Eionoria, eKonoria. Visnik Dnipropetrovs'kogo universitetu. Seria Biologia, ekologia Visnyk of Dnipropetrovsk University. Biology, ecology. Visn. Dnipropetr. Univ. Ser. Biol. Ekol. 2005. 13(1). ISSN 2310-0842 print ISSN 2312-301X online www.ecology.dp.ua
