CC BY
51
Биология
Вестник Нижегородского 'университета им. Н.И. Лобачевского, 2007, № 5, с. 65-67
УДК 581.1
ВЛИЯНИЕ ГИПЕРТЕРМИИ И ЭКЗОГЕННОЙ ГИББЕРЕЛЛОВОЙ КИСЛОТЫ НА АКТИВНОСТЬ АМИЛАЗ В ПРОРАСТАЮЩИХ ЗЕРНОВКАХ ПШЕНИЦЫ
© 2007 г.
И.Ф. Александрова, АА. Веселова, А.С. Лебедева
Нижегородский госуниверситет им. Н.И. Лобачевского
aleksandrova@bio.unn.ru
Псетупила вондаацию 17.09.2007
Исследовано действие гипертермии (2 ч, 42°С) и экзогенной гибберелловой кислоты (ГК) (1-10- М) на интенсивность амилолиза в 1- и 4-дневных проростках пшеницы. Установлено, что ответная реакция на ГК зависит от возраста проростков - увеличение активности амилолитического процесса в зерновках обнаружено только у 1-дневных проростков. Модифицирующее влияние ГК на тепловое воздействие проявляется лишь у 4-дневных прорастающих семян пшеницы. Гипертермия не приводила к изменению скорости реакции расщепления крахмала в зерновках в оба исследованных срока. Вегетативные части 4дневных проростков по сравнению с зерновками более чувствительны к ГК и температуре.
Процесс деградации крахмала при прорастании семян осуществляется путём последовательного воздействия нескольких типов амилаз, как образующихся при созревании семян, так и синтезирующихся de novo в процессе прорастания. Скорость гидролиза запасных веществ изменяется в ответ на различные внешние и внутренние факторы. К числу важнейших внутренних факторов относится фитогормональный фон, и в частности содержание гибберелловой кислоты (ГК), образующейся в зародыше и щитке и индуцирующей синтез гидролитических ферментов в клетках алейронового слоя и их секрецию в эндосперм. Вместе с тем фитогормональный статус зависит от условий среды. Как количество, так и соотношение фитогормонов в тканях растений изменяются под влиянием внешних факторов.
Целью настоящей работы было исследование влияния экзогенной ГК и высокотемпературного воздействия на активность амилаз в проростках пшеницы разного возраста.
Материалом исследования служили проростки пшеницы сорта Московская-35. ГК (конечная концентрация 1 • 10-5 М) добавляли в раствор для проращивания семян (2 мМ CaSO4). Семена выращивали при 24-26°С, часть проростков на 1-й и 4-й день подвергали тепловому воздействию в течение 2 часов при 42°С. Ами-лолитическую активность оценивали по количеству расщеплённого крахмала [1]. Опыты проводили в 6-8 повторностях, статистическую обработку осуществляли методом парных сравнений для связанных выборок с использованием критерия Стьюдента.
Анализ амилолитической активности (табл. 1) показал, что в отсутствие экзогенной ГК теп-
ловое воздействие практически не изменяло степени амилолиза как у 1-, так и у 4-дневных прорастающих зерновок. Мы предполагаем, что малосущественные сдвиги в активности амилаз могут быть результатом двух разнонаправленных адаптационных реакций. С одной стороны, амилолиз, вызывая расщепление крахмала, способствует повышению осмотического давления и удержанию воды [2, 3]. С другой стороны, при повышении температуры замедляются ростовые процессы, что требует притока меньшего количества углеводов в надземную часть и корни.
При проращивании зерновок на растворе с экзогенной ГК гипертермия вызывала статистически достоверное повышение активности ами-лолиза только в 4-дневных зерновках (на 20%). Вместе с тем постоянное присутствие экзогенной ГК в среде (контроль) приводило на 4-й день к небольшому (7%) падению уровня ами-лолиза, очевидно, благодаря более быстрому исчерпанию резервов крахмала, требующегося для интенсивного процесса роста в присутствии ГК.
Скорость расщепления крахмала у 1-дневных зерновок была более чем в 2 раза ниже, чем в 4-дневных. В 1-дневных проростках главную роль в амилолизе играют Р-амилазы, повышающие свою активность в результате активации латентных форм фермента [4, 5]. На ранних этапах прорастания появляется и небольшая доля активности а-амилаз, которая постоянно нарастает, благодаря индукции синтеза гибберелловой кислотой а-амилазы «прорастания», активации и секреции а-амилаз «созревания». По данным литературы [1, 6], максимум активности суммарных амилаз в процессе прорастания семян пшеницы обычно приходится на 3-6-й день.
Таблица 1
Активность амилаз в прорастающих зерновках пшеницы, мг крахмала • мин-1 • (г сыр. массы)-1
Возраст пророст- Вариант X *d %
ков, сутки опыта контроль гипертермия Р к контролю
1 (n = 6) без ГК 215.2 221.7 Q.5 >Q.Q5 1Q3
с ГК 263.7 (122%) 275.3 (123%) 1.5 >Q.Q5 1Q4
4 (n = 8) без ГК 562.Q 588.5 2.3 <Q.Q5 1Q5
с ГК 521.Q (93%) 628.Q (1Q7%) 3.8 Q.Q5 <p <Q.Q1 12Q
Таблица 2
Амилолитическая активность в надземной части и корнях 4-дневных проростков пшеницы, мг крахмала • мин-1 • (г сыр. массы)-1
Части проростка Вариант опыта X *d p % к контролю
контроль гипертермия
Надземная часть (n = 8) без ГК 2Q.4 12.3 2.3 <Q.Q5 6Q
с ГК 25.5 (125%) 23.4 (19Q%) Q.7 >Q.Q5 92
Корни (n = 8) без ГК 56.4 52.Q 2.2 <Q.Q5 92
с ГК 69.4 (123%) 66.7 (128%) 1.Q >Q.Q5 96
Зерновки ранних сроков прорастания были более чувствительны к ГК. В первые сутки после начала прорастания и в контроле, и при гипертермии в варианте с добавлением экзогенной ГК зафиксировано возрастание амилазной активности (на 22-23%). Такая ответная реакция на ГК вполне объяснима, поскольку синтез экзогенной ГК в зародыше и щитке и реализация её действия происходит особенно интенсивно на ранних этапах прорастания.
Надземная часть и корни 4-дневных проростков имели значительно более низкую по сравнению с зерновками активность амилаз (табл. 2). Гипертермическое воздействие вызывало статистически достоверное снижение ами-лолиза в надземной части (на 40%), в корнях отмечена тенденция к спаду активности. ГК вызывала защитный эффект - достоверного уменьшения амилолитической активности под действием гипертермии не наблюдалось, поскольку при выращивании проростков на растворе с ГК происходило увеличение степени амилолиза в вегетативных частях проростков, что отмечено и в контроле, и в опыте.
Таким образом, амилолитическая активность чувствительна к действию экзогенной ГК и повышенных температур. Направленность изменений под влиянием этих факторов зависит от стадии развития, исследуемой части проростка. На ранних этапах в зерновках наблюдается интенсификация гидролиза крахмала в присутствии ГК, но она не модифицирует действия высокой температуры. В более поздние сроки про-
растания (4-й день) уровень амилолиза под влиянием ГК смещается незначительно (до 7%), но ГК делает процесс расщепления крахмала более чувствительным к гипертермии. В надземной части и корнях гипертермия приводит к снижению амилолитической активности, которое практически не наблюдается в присутствии ГК. Таким образом, ГК изменяет ответную реакцию - интенсивность расщепления крахмала - на температурное воздействие.
Спиеса литноатуоы
1. Гельманов М.А., Фурсов О.В., Францев А.П. Методы очистки и изучения ферментов растений. Алма-Ата, 1981. 92 с.
2. Чигрин В.В. Активность гидролитических ферментов у устойчивых и восприимчивых сортов пшеницы при заражении стеблевой ржавчиной // Физиол. растен. 1988. Т. 35. Вып. 4. С. 781-786.
3. Блехман Г.И., Шеламова Н.А. Синтез и распад макромолекул в условиях стресса // Успехи соврем. биол. 1992. Т. 112. Вып. 2. С. 281-294.
4. Дарканбаев Г.Б., Фурсов О.В. Амилазы зерновых и регуляция их активности // Успехи биол. химии. 1982. Т. 22. С. 137-148.
5. Каракаева Р.К., Акаева М.М., Юсупова Р.К., Фурсов О.В. Протеолитические ферменты как активаторы Р-амилазы белковых тел созревающего зерна пшеницы // Физиол. и биохим. культ. растен. 1991. Т. 23. Вып. 1. С. 114-118.
6. Livesley M.A. a-Amylase isoenzymes in aged wheat aleurone layers // Biochem. Soc. Trans. 1991. V. 19. № 4. P. 360-364.
EFFECT OF HYPERTHERMIA AND EXOGENOUS GIBBERELLIC ACID ON THE AMYLASE ACTIVITY IN GERMINATING WHEAT GRAINS
I.F. Aleksandrova, A.A. Veselova, A. S. Lebedeva
We study the effect of hyperthermia (2-hr exposure at 42°C) and exogenous gibberellic acid (GA) (1-10-5 M) on the amylolysis rate in 1- and 4-day wheat seedlings. The response to GA depends on the seedling age, so that an increase in the amylolitic process in grains was observed only for 1-day seedlings. The effect of GA on thermal exposure is observed only for 4-day growing wheat seedling. Hyperthermia does not affect the amylolysis rate in grains of both ages. Vegetative parts of 4-days seedlings are more sensitive to GA and hyperthermia in comparison with grains.
