Научная статья на тему 'Влияние Bacillus subtilis на рост и активность антиоксидантных ферментов растений Triticum aestivum при Сd-СТРЕССЕ'

Влияние Bacillus subtilis на рост и активность антиоксидантных ферментов растений Triticum aestivum при Сd-СТРЕССЕ Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

CC BY
552
127
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
КАДМИЙ / ОКИСЛИТЕЛЬНЫЙ СТРЕСС / АНТИОКСИДАНТНЫЕ ФЕРМЕНТЫ / ПЕРЕКИСНОЕ ОКИСЛЕНИЕ ЛИПИДОВ / TRITICUM AESTIVUM / BACILLUS SUBTILIS / CADMIUM / OXIDATIVE STRESS / ANTIOXIDANT ENZYMES / LIPID PEROXIDATION

Аннотация научной статьи по биологическим наукам, автор научной работы — Курамшина З.М., Смирнова Ю.В., Хайруллин Р.М.

Изучено влияние инокуляции семян пшеницы эндофитными бактериями B. subtilis шт. 11ВМ на рост и активность антиоксидантных ферментов Triticum aestivum при Cd-стрессе в условиях водной культуры. Показано, что инокуляция растений клетками B. subtilis снижала токсический эффект кадмия, что проявлялось в более высоких показателях роста, активности каталазы и пероксидазы и уменьшении интенсивности перекисного окисления липидов.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по биологическим наукам , автор научной работы — Курамшина З.М., Смирнова Ю.В., Хайруллин Р.М.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

EFFECT OF BACILLUS SUBTILIS ON THE GROWTH AND ANTIOXIDANT ENZYMES ACTIVITY IN TRITICUM AESTIVUM PLANT UNDER Cd-STRESS

Environmental contamination by heavy metals is one of the major abiotic stresses that affect plant. A common consequence of heavy metal toxicity in the plant, including cadmium, is the excessive accumulation of reactive oxygen species. Higher plants have developed a complex antioxidant defense system of plant cells from oxidative stress, antioxidant enzymes catalase and peroxidase are the most important links of this system. Several researchers associated conservation of activity of these enzymes in conditions of TM with resistance to this type of plant stress. Currently, one of perspective directions to enhance plant resistance to the action of heavy metals is the use of ecologically clean technologies based on the use of endophytic strains of B. subtilis, that have antifungal and growth-stimulating activity. We have studied the effect of inoculation of wheat seed (Triticum aestivum L.) with cells of endophytic Bacillus subtilis strain 11VM on the growth and activity of antioxidant enzymes in plant under the cadmium ions action (Cd-stress). Peroxidase activity was evaluated according to the method (Khairyllin et al, 2001) based on the amount of oxidized orthophenylenediamine. Catalase activity was determined according to the method Koroljuk et al (1984) on the basis of the ability of hydrogen peroxide and molybdenum salts to form a stable colored complex. Malondialdehyde content was measured using the method of Costa et al (2002) based on the formation of a colored complex between MDA and thiobarbituric acid. It is shown that inoculation of plants by B. subtilis cells reduced the toxic effects of cadmium, which was manifested in higher rates of growth, the activity of catalase and peroxidase and reduced lipid peroxidation. The results of the work are of significant interest in developing methods for growing crops on soils contaminated with heavy metal salts.

Текст научной работы на тему «Влияние Bacillus subtilis на рост и активность антиоксидантных ферментов растений Triticum aestivum при Сd-СТРЕССЕ»

УДК 581.1

ВЛИЯНИЕ BACILLUSSUBTILIS НА РОСТ И АКТИВНОСТЬ АНТИОКСИДАНТНЫХ ФЕРМЕНТОВ РАСТЕНИЙ TRITICUM AESTIVUM

ПРИ Сd-СТРЕССЕ

© З. М. Курамшина1*, Ю. В. Смирнова1, Р. М. Хайруллин2

1 Башкирского государственного университета, Стерлитамакский филиал Россия, Республика Башкортостан, 453109 г. Стерлитамак, пр. Ленина, 49.

2Институт биохимии и генетики УНЦ РАН Россия, Республика Башкортостан, 450054 г. Уфа, пр. Октября, 71.

*Email: kuramshina_zilya@mail.ru Тел./факс: +7 (347) 343 38 69.

Изучено влияние инокуляции семян пшеницы эндофитными бактериями B. subtilis шт. 11ВМ на рост и активность антиоксидантных ферментов Triticum aestivum при Cd-стрессе в условиях водной культуры. Показано, что инокуляция растений клетками B. subtilis снижала токсический эффект кадмия, что проявлялось в более высоких показателях роста, активности каталазы и пероксидазы и уменьшении интенсивности перекисного окисления липидов.

Ключевые слова: Triticum aestivum, Bacillus subtilis, кадмий, окислительный стресс, ан-тиоксидантные ферменты, перекисное окисление липидов.

Введение

Загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами (ТМ) — один из основных абиотических стрессов, оказывающих влияние на растения. Общим следствием токсичности тяжелых металлов, в том числе и кадмия, в растительном организме является чрезмерное накопление активных форм кислорода, которые могут вызвать перекисное окисление липидов (ПОЛ), окисление белка, инактивацию ферментов, повреждение нуклеиновых кислот и др. [1]. Высшие растения развили сложные системы антиоксидантной защиты растительных клеток от окислительного стресса, важнейшим звеном которых являются антиокислительные ферменты — ка-талаза и пероксидаза. Сохранение активности этих ферментов в условиях воздействия ионов металлов ряд исследователей связывают с устойчивостью растений к данному виду стресса [2].

В настоящее время, одним из перспективных направлений по повышению устойчивости растений к действию различных стрессовых факторов является использование экологически чистых технологий, основанных на применении эндофитных штаммов Bacillus subtilis, обладающих фунгицид-ной и ростстимулирующей активностями [3]. Бациллы, как известно, продуцируют большое количество биологически активных веществ, таких как ферменты, в том числе антиоксидантные, антибиотики, различные аминокислоты [4]. Известен антистрессовый эффект B. subtilis (например, штаммы 26Д и 11ВМ) при воздействии на растения различных абиотических факторов (засоление, водный дефицит, действие ТМ) [5-7]. В литературе, однако, отсутствуют сведения о механизмах антистрессового эффекта этих бактерий, в том числе и при воздействии на растения ТМ. В связи с этим, целью настоящей работы явилось изучение влияния инокуляции семян пшеницы эндофитными штаммами

бактерий B. subtilis шт. 11ВМ на рост и активность антиоксидантных ферментов растений пшеницы при Cd-стрессе.

Методика

Растительный материал. Объектом исследования служили растения пшеницы (Triticum aestivum L., Омская-35). Эксперименты проводили в лабораторных условиях, в водной культуре. Семена перед посадкой промывали в мыльной воде, стерилизовали 1 мин 96%-ым этанолом, трижды ополаскивали в дистиллированной воде, подсушивали. В экспериментах использовали бактерии B. subtilis шт. 11ВМ (выделены в лаборатории биотехнологии Башкирского ГАУ из поверхностно стерилизованных тканей растений мягкой яровой пшеницы Triticum aestivum L.). Обработку семян бактериями проводили в стерильных условиях, в ламинар-боксе. В опытах использовали 20-часовую культуру бактерий, растущую на мясо-пептонном агаре при +37 оС. Клетки бактерий отмывали раствором 0.001 М KCl. Суспензию клеток доводили до необходимой концентрации по оптической плотности. 1 г семян обрабатывался 20 мкл суспензии бактерий концентрации 106 кл/мл. Обработанные семена выдерживали в течение часа, затем использовали в экспериментах. Контрольные семена обрабатывали дистиллированной водой.

Обработанные бактериями и контрольные семена проращивали в чашках Петри в дистиллированной воде. Наклюнувшиеся семена раскладывали в вегетационные сосуды по 30 семян. Для эксперимента использовали стеклянные сосуды емкостью 750 мл, d = 120 мм.

Кадмий в виде соли Cd(NO3^4H2O добавляли в конечных концентрациях (в пересчете на ионы металла) 0.05, 0.1 и 0.5 мг/л. Сосуд с дистиллированной водой без металла использовали в качестве контроля.

Растения выращивали при равномерном освещении в течение 14 дней, каждый день доливали испарившуюся дистиллированную воду до метки. На 3, 9 и 14 сутки проводили измерение биомассы растений и отбор проб для определения активности ферментов и уровня малонового диальдегида (МДА).

Экстракция. Отбирали проростки растений, выращенные в растворах с различной концентрацией ионов кадмия, промывали в дистиллированной воде, удаляли избыток воды фильтровальной бумагой, взвешивали. Растительный материал гомогенизировали в 0.1М К-фосфатном буфере pH 6.0 (при определении пероксидазы) или в Трис-HCl буфере pH 7.8 (при определении каталазы и МДА) в соотношении навеска: экстрагент — 1:10, центрифугировали 10 минут при 6—8 тыс. об./мин. Надосадоч-ную жидкость центрифугировали еще 10 минут при 16—18 тыс. об./мин. Для определения активности ферментов и уровня МДА использовали надоса-дочную жидкость.

Определение активности ферментов и концентрации малонового диальдегида. Активность пероксидазы оценивали согласно методике Хай-руллина с соавторами, исходя из количества окисленного ортофенилендиамина [8]. Концентрацию белка определяли согласно методу Bradford [9]. Активность каталазы определяли согласно методике Королюк с соавторами. Принцип метода основан на способности перекиси водорода образовывать с солями молибдена стойкий окрашенный комплекс [10]. Содержание МДА измеряли, используя метод Costa с соавторами [11]. Метод основан на образовании окрашенного комплекса между МДА и тиоб-арбитуровой кислотой при нагревании.

Все эксперименты проводили в трех биологических повторностях. В таблицах приведены средние значения трех независимых опытов и их стандартные ошибки.

Результаты и их обсуждение

Влияние ионов кадмия на сырую массу растений. При выращивании пшеницы в водной культуре было отмечено, что обработка семян бактериями B. subtilis положительно влияла на рост растений.

Растения, инокулированные клетками Б. subtilis, имели более высокие показатели биомассы побегов и корней, чем необработанные (табл. 1). Так, на 9 сутки показатели сырой массы обработанных Б. suЫШs 11ВМ растений были выше, чем у необработанных на 18 и 14%, для корней и побегов соответственно.

Известно, что бактерии Б. subtilis шт. 11ВМ являются эндофитными микроорганизмами, способными стимулировать рост растений, синтезируя многочисленные регуляторы роста, защищая растения от фитопатогенов, мобилизуя питательные вещества и улучшая структуру почвы [4, 7, 12, 13].

Содержание тяжелого металла в растворе в концентрации 0.05 мг/л оказывало слабое стимулирующее действие на рост корней на 3 и 14 сутки эксперимента (в пределах 6% по отношению к собственному контролю), заметную стимуляцию побегов наблюдали только на 14 сутки. Подобные эффекты кадмия описаны в литературе. Так, кадмий в очень низких концентрациях способен стимулировать рост растений, повышать содержание фотосинтетических пигментов, уменьшать интенсивность перекисного окисления липидов [2]. При действии высоких концентраций кадмия происходит торможение роста, уменьшение сырой и сухой массы растений, прогрессирующие с увеличением концентрации металла в среде выращивания [14, 15].

Ионы кадмия в высоких концентрациях (0.1 и 0.5 мг/л) заметно угнетали рост корней и побегов необработанных растений пшеницы во все дни эксперимента. Корневая система была более чувствительна к действию металла, чем побеги. Растения, инокулированые бактериями, в присутствии кадмия росли лучше необработанных. Так, при концентрации 0.5 мг/л масса побегов у обработанных бактериями Б. subtilis 11ВМ растений была больше необработанных на 20%, масса корней - на 21%.

Влияние ионов кадмия на активность антиок-сидантных ферментов. Для анализа развития окислительного стресса, вызванного ионами кадмия и изучения адаптационных свойств растений пшеницы, была исследована суточная динамика активности ферментов-антиоксидантов (каталазы и

Таблица 1

Влияние кадмия на сырую массу растений пшеницы, мг_

Концентрация Cd, мг/л Вариант Время, сутки

3 9 14

корни побеги корни побеги корни побеги

0 Не обр. 61.7±2.4 64.9±0.1 70.0±1.4 85.0±0.1 80.0±2.3 103.3±4.7

Об. B.s. 11ВМ 65.0±0.1 67.9±0.1 83.0±0.1 97.2±0.1 91.6±4.1 106.8±7.1

0.05 Не обр. 65.8±0.1 55.8±0.1 70.0±1.2 75.0±0.1 85.0±1.0 128.0±1.3

Об. B.s. 11ВМ 54.2±0.1 62.5±0.1 67.0±0.1 85.1±1.7 88.3±4.2 115.1±4.4

0.1 Не обр. 68.3±3.9 60.8±0.1 54.1±0.1 75.0±0.1 68.3±4.2 105.0±0.9

Об. B.s. 11ВМ 67.6±0.1 70.8±0.1 67.3±0.1 87.1±0.4 80.1±2.2 113.0±2.3

0.5 Не обр. 52.5±4.5 55.8±4.8 47.1±2.3 72.0±0.2 48.3±0.9 98.3±7.7

Об. B.s. 11ВМ 58.3±4.5 59.2±3.3 57.3±0.1 72.4±1.2 58.3±3.7 118.1±0.7

пероксидазы) и продуктов перекисного окисления липидов.

В ходе эксперимента было отмечено, что у контрольных растений активность каталазы повышалась по мере роста растений, достигая максимума на девятые сутки (табл. 2). У растений, обработанных Б. suЫiШ, активность фермента увеличивалась и была максимальной на четырнадцатые сутки роста проростков.

При наличии ионов кадмия в растворе активность каталазы у необработанных растений увеличивалась как в побегах, так и в корнях пшеницы. У инокулированных бациллами растений показатели активности каталазы в присутствии металла были выше, чем у необработанных. Исключение составили проростки, выросшие при воздействии ионов кадмия в концентрации 0.5 мг/л (на 9 и 14 сутки).

Активность пероксидазы в тканях необработанных растений была максимальной на третьи сутки роста в среде без металла (табл. 2). У обработанных клетками Б. subtilis растений активность фермента была выше, чем у необработанных на 9 и 14 сутки. При добавлении ионов кадмия в раствор активность пероксидазы у обработанных и неино-кулированных бациллами растений на 9 и 14 сутки роста повышалась. У обработанных бактериями растений резкого активность пероксидазы в присутствии металла на 9 и 14 сутки была выше, чем у

необработанных.

Окислительный стресс, вызванный кадмием, может стимулировать образование АФК, которые способны инициировать их перекисное окисление липидов, в результате чего происходит повреждение клеточных структур, связанное с нарушением функций мембранных белков. Продуктом перекис-ного окисления мембран является малоновый диальдегид (МДА), по содержанию которого можно судить о степени развития окислительного стресса в растительных тканях [11, 15].

В ходе эксперимента было установлено, что у проростков пшеницы с увеличением возраста растений происходило накопление МДА в побегах. У растений, обработанных бактериями, накопления МДА в побегах не происходило (табл. 3). Так, показатели содержания продукта перекисного окисления липидов в побегах обработанных бактериями растений, выросших в дистиллированной воде, на 14 сутки были ниже необработанных на 27%.

Наличие кадмия в растворе приводило к повышению уровня МДА в тканях необработанных растений, в корнях процессы перекисного окисления липидов шли более интенсивно, чем в побегах. В тканях растений, обработанных бактериями, показатели МДА были ниже, чем у необработанных растений. Вероятно, в растениях, инокулированных бактериями, при воздействии кадмия процессы пе-

Активность антиокислительных ферментов в тканях пшеницы, выращенных

Таблица 2

Концентрация Cd, мг/л Время, сутки

Вариант 3 9 14

Корни побеги корни побеги корни побеги

Активность каталазы, мкат/л

0 Не обр. 1.6±0,1 7.3±0.2 3.8±0.1 9.9±0.5 3.6±0.2 7.7±0.3

Об. B.s. 11ВМ 1.5±0.2 7.3±0.2 5.4±0.6 10.8±1.2 4.5±0.2 11. 1±1. 1

Не обр. 1.7±0.1 8.0±0.4 5.0±0.1 11.9±1.2 4.3±0.1 14.6±1.4

0.05 Об. B.s. 11ВМ 2.3±0.1 10.6±0.8 5.9±0.4 11.9±1.3 4.8±0.1 12.0±1.1

Не обр. 2.2±0.1 8.9±0.6 5.2±0.1 12.0±1.4 4.4±0.1 14.1±1.3

0.1 Об. B.s. 11ВМ 4.5±0.1 9.3±0.1 6.4±0.1 12.1±0.4 4.8±0.1 13.0±1.0

Не обр. 4.4±0.1 9.1±0.1 5.6±0.2 11.9±0.3 6.3±0.3 14.0±0.8

0.5 Об. B.s. 11ВМ 4.6±0.1 9.4±0.2 7.6±0.4 10.7±0.6 6.4±0.1 9.5±0.4

Активность пероксидазы, ед. мг 1.С 1

Не обр. 6.2±0.1 3.8±0.1 3.9±0.1 3.3±0.1 3.3±0.3 2.4±0.1

0 Об. B.s. 11ВМ 5.4±0.1 3.7±0.1 4.7±0.4 5.1±0.1 6.6±0.4 3.3±0.3

Не обр. 4.6±0.2 3.8±0.1 5.5±0.1 4.2±0.1 3.4±0.1 5.5±0.4

0.05 Об. B.s. 11ВМ 5.4±0.1 2.8±0.1 6.2±0.9 6.3±0.1 5.6±0.1 5.9±0.1

Не обр. 4.5±0.1 3.2±0.1 4.5±0.2 6.1±0.2 3.7±0.1 5.6±0.5

0.1 Об. B.s. 11ВМ 4.8±0.1 3.3±0.1 8.4±0.7 7.2±0.1 4.7±0.4 5.0±0.1

Не обр. 5.2±0.1 3.5±0.1 6.5±0.1 6.3±0.6 8.4±0.1 3.6±0.3

0.5 Об. B.s. 11ВМ 4.4±0.1 2.6±0.1 7.3±0.1 7.5±0.2 7.7±0.1 4.9±0.2

Таблица 3

Влияние ионов кадмия в растворе на содержание малонового диальдегида в растениях пшеницы, 10 5 нмоль/г сырого веса

Концентрация Cd, мг/л Варианты Время, сутки

3 9 14

корни побеги корни побеги корни побеги

0 Не обр. 9.3±0.2 10.9±0.1 8.8±0.2 13.3±1.1 9.9±0.1 14.6±0.6

Об. B.s. 11ВМ 11.2±0.2 13.7±0.7 9.3±0.2 11.5±1.3 10.0±0.1 10.7±0.7

0.05 Не обр. 10.3±0.2 14.0±0.1 11.7±0.1 13.4±0.6 12.5±0.1 13.7±0.1

Об. B.s. 11ВМ 13.0±0.8 16.0±0.8 7.5±0.2 12.3±0.4 8.9±0.1 11.1±0.1

0.1 Не обр. 13.6±0.2 15.7±0.3 14.1±0.8 13.8±0.4 12.5±0.2 16.4±0.2

Об. B.s. 11ВМ 12.9±0.9 13.9±0.1 8.9±0.7 8.9±0.1 11.8±0.8 14.9±0.8

0.5 Не обр. 15.9±0.3 16.5±0.5 14.3±1.4 13.9±0.2 14.1±1.2 14.8±1.1

Об. B.s. 11ВМ 12.8±0.1 13.8±0.4 13.6±1.2 10. 9± 1. 1 13.3±1.2 9.8±0.3

рекисного окисления шли менее интенсивно по сравнению с необработанными эндофитом растениями.

Известно, что в токсичных концентрациях ионы ТМ индуцируют образование АФК и могут вызывать значительные отклонения метаболизма [1, 2]. У растениях пшеницы окислительный стресс, вызванный кадмием, выражался в повышении активности антиокислительных ферментов. Активация каталазы и пероксидазы направлена на разрушение H2O2 и АФК и защиту клетки от вызываемых ими повреждений [2]. Об эффективной работе ферментов при низких концентрациях кадмия свидетельствует низкий уровень продуктов ПОЛ в тканях пшеницы. Более высокий уровень МДА при высоких концентрациях металла в растворе у необработанных бактериями растений по сравнению с контрольными позволяет предположить нарушение растительной ферментной системы антиоксидантной защиты. Повреждающий эффект ионов кадмия был хорошо заметен на 9 и 14 сутки эксперимента. Вероятно, это связано с тем, что в течение определенного времени растение активно борется с действием фактора, и только затем наступают повреждения.

Инокуляция клетками B. subtilis снижала токсический эффект кадмия, что проявлялось не только в показателях лучшего роста при воздействии ионов кадмия, но и в более высоких показателях активности каталазы и пероксидазы, уменьшении интенсивности ПОЛ. Таким образом, повышение устойчивости растений, обработанных бактериями B. subtilis шт. 11ВМ, при воздействии ионов кадмия можно объяснить повышением активности антиокислительных ферментов и менее интенсивным развитием окислительного стресса.

ЛИТЕРАТУРА

1. Cho U. H., Seo N. H. Oxidative Stress in Arabidopsis thaliana Exposed to Cadmium Is due to Hydrogen Peroxide Accumulation // Plant Sci. 2005. V. 168. P. 113-120.

2. Титов А. Ф., Таланова В. В., Казнина Н. М., Лайдинен Г. Ф. Устойчивость растений к тяжелым металлам. Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 2007. 172 с.

3. Мубинов И. Г. Реакции пшеницы на действие клеток эндофитного штамма 26D Bacillus subtilis основы био-

фунгицида фитоспорин: автореф. дис. ... канд. биол. наук. Уфа. 2007. 22 с.

4. Недорезков В. Д. Биологическое обоснование применения эндофитных бактерий в защите пшеницы от болезней на Южном Урале: автореф. дис. ... д-ра с.-х. наук. С-Пб, 2003. 41 с.

5. Хайруллин Р. М., Недорезков В. Д., Мубинов И. Г., Захарова Р. Ш. Повышение устойчивости пшеницы к абиотическим стрессам эндофитным штаммом Bacillus subtilis // Вестник ОГУ. 2007. №2. С. 129-134.

6. Курамшина З. М., Смирнова Ю. В., Хайруллин Р. М. Повышение толерантности проростков подсолнечника Helianthus annuus, инокулированных эндофитным штаммом Bacillus subtilis, к действию тяжелых металлов. Сообщение 2. Антистрессовая активность эндофита Bacillus subtilis 26D при действии тяжелых металлов на растения подсолнечника Helianthus annuus // IV Всероссийская научно-практическая конференция «Проблемы экологии Южного Урала»: приложение к 10 номеру (2009 г.) журнала «Вестник ОГУ», 2021 октября 2009 г. Оренбург: Оренбургский государственный университет, 2009. С. 461-463.

7. Егоршина А. А., Р. М. Хайруллин, Лукьянцев М. А., Курамшина З. М., Смирнова Ю. В. Фосфат-мобилизующая активность эндофитных штаммов Bacillus subtilis и их влияние на степень микоризации корней пшеницы // Научный журнал Сибирского федерального университета. 2011. №1. С. 172-182.

8. Хайруллин Р. М., Яруллина Л. Г., Трошина Н. Б., Ахметова И. Э. Активация хитоолигосахаридами окисления ортофе-нилендиамина проростками пшеницы в присутствии щавелевой кислоты // Биохимия. 2001. Т. 66. №3. С. 354-358.

9. Bradford M. M. A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding//Anal. Biochem. 1976. Vol. 72. No. 2. P. 248-254.

10. Королюк М. А., Иванова Л. И., Майорова И. Г., Токарев В. Е. Метод определения активности каталазы // Лаб. дело. 1988. № 1. С. 16-18.

11. Costa H., Gallego S. M., Tomaro M. L. Effect of UV-B radiation on antioxidant defense system in sunflower cotyledons // Plant Sci. 2002. V. 162. P. 939-945.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

12. Архипова Т. Н., Веселов С. Ю., Мелентьев А. И., Мартынен-ко Е. В., Кудоярова Г. Р. Сравнение действия штаммов бактерий, различающихся по способности синтезировать цитоки-нины, на рост и содержание цитокининов в растениях пшеницы // Физиология растений. 2006. Т. 53. №4. С. 567-574.

13. Мелентьев А. И. Аэробные спорообразующие бактерии Bacillus Cohc в агроэкосистемах. М.: Наука. 2007. 147 с.

14. Ghorbanli M., Kavaeh S.H., Serehr M.F. Effects of Cadmium and Gibberellin on Growth and Photosynthesis of Glycine max // Photosynthetica. 1999. V. 37. P. 627-631.

15. Zhang F., Shi W., Jin Z., Shen Z. Response of Antioxidative Enzymes in Cucumber Chloroplasts to Cadmium Toxicity // J. Plant Nutr. 2003. V. 26. P. 1779-1788.

Поступила в редакцию 27.06.2014 г.

ISSN 1998-4812

BecTHHK BamKHpcKoro yHHBepcureTa. 2014. T. 19. №3

839

EFFECT OF BACILLUS SUBTILIS ON THE GROWTH AND ANTIOXIDANT ENZYMES ACTIVITY IN TRITICUM AESTIVUM PLANT UNDER Cd-STRESS

© Z. M. Kuramshina1*, J. V. Smirnova1, R. M. Khairullin2

1Sterlitamak branch of Bashkir State University 49 Lenin Ave., 453109 Sterlitamak, Republic of Bashkortostan, Russia.

2Institute of Biochemistry and Genetics, Ufa Scientific Centre of RAS 71 Oktyabrya Ave., 450054 Ufa, Republic of Bashkortostan, Russia.

Phone: +7 (347) 343 38 69.

*Email: kuramshina_zilya@. mail.ru

Environmental contamination by heavy metals is one of the major abiotic stresses that affect plant. A common consequence of heavy metal toxicity in the plant, including cadmium, is the excessive accumulation of reactive oxygen species. Higher plants have developed a complex antioxidant defense system of plant cells from oxidative stress, antioxidant enzymes - catalase and peroxidase are the most important links of this system. Several researchers associated conservation of activity of these enzymes in conditions of TM with resistance to this type of plant stress. Currently, one of perspective directions to enhance plant resistance to the action of heavy metals is the use of ecologically clean technologies based on the use of endophytic strains of B. subtilis, that have antifungal and growth-stimulating activity. We have studied the effect of inoculation of wheat seed (Triticum aestivum L.) with cells of endophytic Bacillus subtilis strain 11VM on the growth and activity of antioxidant enzymes in plant under the cadmium ions action (Cd-stress). Peroxidase activity was evaluated according to the method (Khairyllin et al, 2001) based on the amount of oxidized ortho-phenylenediamine. Catalase activity was determined according to the method Koroljuk et al (1984) on the basis of the ability of hydrogen peroxide and molybdenum salts to form a stable colored complex. Malondialdehyde content was measured using the method of Costa et al (2002) based on the formation of a colored complex between MDA and thiobarbituric acid. It is shown that inoculation of plants by B. subtilis cells reduced the toxic effects of cadmium, which was manifested in higher rates of growth, the activity of catalase and peroxidase and reduced lipid peroxidation. The results of the work are of significant interest in developing methods for growing crops on soils contaminated with heavy metal salts.

Keywords: Triticum aestivum, Bacillus subtilis, cadmium, oxidative stress, antioxidant enzymes, lipid peroxidation.

Published in Russian. Do not hesitate to contact us at bulletin_bsu@mail.ru if you need translation of the article.

REFERENCES

1. Cho U. H., Seo N. H. Plant Sci. 2005. Vol. 168. Pp. 113-120.

2. Titov A. F., Talanova V. V, Kaznina N. M., Laidinen G. F. Ustoichivost' rastenii k tyazhelym metallam [Resistance of Plants to Heavy Metals]. Petrozavodsk: Karel'skii nauchnyi tsentr RAN, 2007.

3. Mubinov I. G Reaktsii pshenitsy na deistvie kletok endofitnogo shtamma 26D Bacillus subtilis osnovy biofungitsida fitosporin: avtoref. dis. ... kand. biol. nauk. Ufa. 2007.

4. Nedorezkov V. D. Biologicheskoe obosnovanie primeneniya endofitnykh bakterii v zashchite pshenitsy ot boleznei na Yuzhnom Urale: avtoref. dis. ... d-ra s.-kh. nauk. S-Pb,2003.

5. Khairullin R. M., Nedorezkov V. D., Mubinov I. G., Zakharova R. Sh. Vestnik OGU. 2007. No. 2. Pp. 129-134.

6. Kuramshina Z. M., Smirnova Yu. V., Khairullin R. M. IV Vserossiiskaya nauchno-prakticheskaya konferentsiya «Problemy ekologii Yuzhnogo Urala»: prilozhenie k 10 nomeru (2009 g.) zhurnala «Vestnik OGU», 20-21 oktyabrya 2009 g. Orenburg: Orenburgskii gosudarstvennyi universitet, 2009. Pp. 461-463.

7. Egorshina A. A., R. M. Nauchnyi zhurnal Sibirskogo federal'nogo universiteta. 2011. No. 1. Pp. 172-182.

8. Khairullin R. M., Yarullina L. G., Troshina N. B., Akhmetova I. E. Biokhimiya. 2001. Vol. 66. No. 3. Pp. 354-358.

9. Bradford M. M.Anal. Biochem. 1976. Vol. 72. No. 2. Pp. 248-254.

10. Korolyuk M. A., Ivanova L. I., Maiorova I. G., Tokarev V E. Lab. delo. 1988. No. 1. Pp. 16-18.

11. Costa H., Gallego S. M., Tomaro M. L. Plant Sci. 2002. Vol. 162. Pp. 939-945.

12. Arkhipova T. N., Veselov S. Yu., Melent'ev A. I., Martynenko E. V., Kudoyarova G. R. Fiziologiya rastenii. 2006. Vol. 53. No. 4. Pp. 567-574.

13. Melent'ev A. I. Aerobnye sporoobrazuyushchie bakterii Bacillus Cohc v agroekosistemakh. Moscow: Nauka. 2007.

14. Ghorbanli M., Kavaeh S.H., Serehr M.F. Photosynthetica. 1999. Vol. 37. Pp. 627-631.

15. Zhang F., Shi W., Jin Z., Shen Z. J. Plant Nutr. 2003. Vol. 26. Pp. 1779-1788.

Received 27.06.2014.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.