Научная статья на тему 'Влияние низких температур на дыхание прорастающих семян гречихи'

Влияние низких температур на дыхание прорастающих семян гречихи Текст научной статьи по специальности «Агробиотехнологии»

CC BY
212
37
Поделиться
Ключевые слова
низкие температуры / дыхание / гречиха / lower temperatures / respiration / buckweat

Аннотация научной статьи по агробиотехнологии, автор научной работы — Мазей Н. Г., Шиленков А. В., Вяль Ю. А.

Изучено действие низких температур различной продолжительности на интенсивность дыхания и активность дыхательных ферментов каталазы и полифенолоксидазы в прорастающих семенах гречихи.

Похожие темы научных работ по агробиотехнологии , автор научной работы — Мазей Н. Г., Шиленков А. В., Вяль Ю. А.

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

Impact of lower temperatures of the different durations on the respiration intensity and activity of respiratory enzymes catalase and polyphenoloxydase in germinating buckwheat seeds was studied.

Текст научной работы на тему «Влияние низких температур на дыхание прорастающих семян гречихи»

ИЗВЕСТИЯ

ПЕНЗЕНСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ПЕДАГОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА имени В. Г. БЕЛИНСКОГО ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ № 14 (18) 2009

IZVESTIA

PENZENSKOGO GOSUDARSTVENNOGO PEDAGOGICHESKOGO UNIVERSITETA imeni V. G. BELINSKOGO NATURAL SCIENCES № 14 (18) 2009

УДК 581.1

ВЛИЯНИЕ низких ТЕМПЕРАТУР НА ДЫХАНИЕ ПРОРАСТАЮЩИХ СЕМЯН ГРЕЧИХИ

© н. г. МАЗЕЙ, А. В. ШИЛЕНКОВ, Ю. А. ВЯЛЬ Пензенский государственный педагогический университет им. В.Г.Белинского, кафедра ботаники, физиологии и биохимии растений e-mail: vyal81@mail.ru

Мазей Н.Г., Шиленков А.В., Вяль Ю.А. - Влияние низких температур на дыхание прорастающих семян гречихи // Известия ПГПУ им. В. Г. Белинского. 2009. № 14 (18). С. 36-38. - Изучено действие низких температур различной продолжительности на интенсивность дыхания и активность дыхательных ферментов каталазы и по-лифенолоксидазы в прорастающих семенах гречихи. Ключевые слова: низкие температуры, дыхание, гречиха.

Mazei N.G., Shilenkov A.V., Vy'al Yu.A. - Impact of lower temperatures on the respiration of germinating seeds of buckwheat // Izv. Penz. gos. pedagog. univ. im.i V.G. Belinskogo. 2009. № 14 (18). P. 36-38. - Impact of lower temperatures of the different durations on the respiration intensity and activity of respiratory enzymes catalase and Polyphenoloxydase in germinating buckwheat seeds was studied. Keywords: lower temperatures, respiration, buckweat.

Интегральным показателем изменения энергетических процессов является дыхание. Энергия дыхания используется для ростовых процессов растений, различных синтетических реакций, поглощения элементов минерального питания, передвижения ассимилятов. интенсивность дыхания организмов в значительной степени зависит от условий среды и действия различных факторов: температуры, влажности, ионизирующего излучения, электрических и магнитных полей и др. [8, 9]. Ряд авторов показывали, что при действии многих физических факторов, интенсивность дыхания возрастает [2-4, 8]. Одним из следствий воздействия низкими температурами также является изменение интенсивности дыхания [6]. Обнаружено, что длительное повышение интенсивности дыхания после пролонгированной холодовой экспозиции может указывать на необратимые метаболические нарушения и накопление недоокисленных промежуточных соединений [12]. Механизм стимуляции до конца не ясен. Возможно, что усиление дыхания отражает реакцию на перенос растений из пониженных температур в более высокие [19]. Однако вероятно и неодинаковое действие на разные виды и сорта охлаждения различной интенсивности и продолжительности [16, 17] выдвинуто предположение, что небольшую стимуляцию дыхания после охлаждения следует рассматривать как адаптивную реакцию, а снижение или очень большое увеличение интенсивности дыхания - как начало развития повреждений растений [1].

В исследовании интенсивности дыхания при действии низких температур были получены следующие результаты (рис. 1).

продолжительность проращивания (охлаждения), ч

I ■ контроль в 4° С Q0° С I

Рис. 1. Интенсивность дыхания прорастающих семян гречихи при действии охлаждения (* - р < 0,05).

Охлаждение при температуре 0° С (рис. 1) снижало интенсивность дыхания по сравнению с уровнем при температуре +4° С на 6,1 %, с увеличением про-

ФИЗИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ ►►►►►

должительности воздействия интенсивность дыхания снижалась на 12,0 % при 0° С

Причиной снижения интенсивности дыхания прорастающих семян при действии низких температур могли стать метаболические нарушения, возникшие при охлаждении, возможной причиной могли выступать также нарушения структуры митохондрий, а также изменение активности некоторых ферментов, например каталазы и полифенолоксидазы

Рядом авторов показано, что при охлаждении различных видов растений активность каталазы резко снижалась [13, 18]. Причем у холодоустойчивого сорта риса она восстанавливалась после отогрева, а у теплолюбивых сортов после отогрева активность ката-лазы продолжала снижаться [13]. По другим данным в прорастающих семенах кукурузы показано возрастание активности каталазы в ответ на охлаждение, главным образом, за счет повышения изозимов КАТ-1 и КАТ-2, однако в последующем также наблюдали снижение активности фермента [10]. Авторы предположили, что различные гены, кодирующие изоформы каталазы у кукурузы, по-разному реагируют на гипотермию на разных стадиях развития.

Многие авторы показывают, что чувствительные к охлаждению виды часто имеют пониженную антиок-сидантную способность по сравнению с устойчивыми видами, особенно по активности антиоксидантных ферментов [14].

Изучено действие низких температур на активность каталазы семян гречихи. как показали исследования (табл. 1), в контроле активность каталазы повышалась с увеличением возраста прорастающих семян.

таблица 1. изменение активности каталазы в прорастающих семенах гречихи при низких температуры, мг н2о2мин-1, M ± m, п = 4, * - p < 0,05.

вариант опыта продолжительность проращивания (охлаждения), час

12 (6) 24 (18)

контроль 0,2 0,26

+4 0,17*± 0,005 0,15*± 0,004

0 0,15*± 0,007 0,13*± 0,004

-4 0,11*± 0,005 0,08*± 0,002

В возрасте 6 час в контроле и опыте активность фермента возрастала относительно уровня, отмеченного в сухих семенах, на 38,5 % в контроле.

При охлаждении прорастающих семян получены следующие результаты. Низкие температуры снижали активность каталазы линейно в зависимости от силы повреждающего воздействия и возраста прорастающих семян. При +4° С активность фермента снизилась при воздействии 12 ч на 7 %, при 0° С - на 25 %, при -4° С - на 48 %. При увеличении времени охлаждения уровень активности фермента упал на

42,3; 50,0 и 70,0 % соответственно для температур +4° С, 0° С, -4° С. Таким образом, низкие температуры снижали активность каталазы и интенсивность дыхания семян.

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

В экспериментах по исследованию активности полифенолоксидазы получены следующие результаты (табл. 2).

таблица 2.

изменение активности полифенолоксидазы в прорастающих семенах гречихи

при низких температурах, ед/г*с, M ± m, п = 4, * - p < 0,05.

вариант опыта продолжительность проращивания (охлаждения), час

6 (12) 48(12)

контроль 0,889 ± 0,004 0,666 ±0,008

+4 0,997*± 0,005 0,689*± 0,004

0 1,012*± 0,007 0,728*± 0,003

В результате опыта наименьшая активность фермента отмечена у контрольных растений (табл. 2). При действии низких температур значения активности превышали контроль на 12,4-13,8 % соответственно. Увеличение активности полифенолоксидазы связано, по-видимому, с действием низких температур как стрессора, что, безусловно, сопряжено с развитием окислительного стресса, лежащего, по мнению многих авторов, в основе реакции на любой стрессирующий фактор [6, 11, 15].

Степень изменения активности фермента в динамике охлаждения растений гречихи связана с развитием окислительного стресса. Эти изменения носили адаптивный характер и были направлены на снятие окислительного стресса и тем самым холодового повреждения.

Таким образом, низкие температуры оказали специфическое действие на прорастающие семена гречихи. В прорастающих семенах гречихи изменилась активность каталазы. колебания активности фермента коррелировали с изменением интенсивности дыхания. Так же, изменилась активность полифенолок-сидазы. Низкие температуры, как стрессовый фактор, вызвала в растительном организме комплекс реакций, направленных на мобилизацию резервов для приспособления к новым условиям существования, на уровне клетки - это перестройка работы определенных метаболических центров.

список литературы

1. Зауралов О. А., Лукаткин А. С. Последействие пониженных температур на дыхание теплолюбивых растений // Физиология растений. 1997. Т. 44. № 5. С. 736-741.

2. Корнеева И. В., Переверзева В. Влияние лазерного излучения на активность оксидаз в проростках огурца и подсолнечника разных генотипов. Харьков: Харк. гос. ун-т, 1987. 8 с.

ИЗВЕСТИЯ ПГПУ им. В. Г. Белинского • Естественные науки • № 14 (18) 2009 г.

3. Курганова Л. Н., Красенкова М. Ю. Изменение активности ферментов, контролирующих процесс перокси-дации в связи с облучением. В кн.: Регуляция ферментативной активности у растений. Межвуз. сб. науч. трудов. Горький, 1990. С. 96.

4. Кусакина М. Г., Елисеева Т. В. К исследованию влияния предпосевной обработки семян пшеницы электрическим полем на процесс дыхания в растениях. В кн.: Рост, развитие и адаптация растений к экстремальным факторам. Пермь, 1987. 148 с.

5. Лапаева Л. А. О механизме воздействия слабых электрических полей на живые организмы. Влияние электромагнитных полей на живые организмы. М.: Наука, 1973. 120 с.

6. Лукаткин А. С. Вклад окислительного стресса в развитие холодового повреждения в листьях теплолюбивых растений. 2. Активность антиоксидантных ферментов в динамике охлаждения // Физиология растений. 2002. Т. 49. № 6. С. 878-885.

7. Лукаткин А. С. Инициация и развитие холодового повреждения в листьях теплолюбивых растений // Физиология растений. 2005. Т. 52. № 4. С. 608-613.

8. Рубин Б. А., Ладыгина М. Е. Физиология и биохимия дыхания растений. М.: Наука, 1974. 210 с.

9. Семихатова О. А. Энергетика дыхания растений в норме и при экологическом стрессе. Л.: Наука, 1990. 73 с.

10. Auh C. К., Scandalios J. G. Spatial and temporal responses of the maize catalases to low temperature // Physiol. plantarum. 1997. V. 101. № 1. Р. 149-156.

11. De Santis A., Landi P., Genchi G. Changes of Mitochondrial Properties in Maize Seedlings Associated with Selection for Germination at Low Temperature. Fatty Acid

Composition, Cytochrom c oxidase and Adenine Nucleotide Translocase Activities // Plant Physiol. 1999. V. 119. P. 743-754.

12. Eaks I. L. Effect of chilling on respiration and volatiles of California lemon fruit // J. Amer. Soc. Hort. Sci. 1980. V. 105. № 5. P. 865-869.

13. Fadzillah N. M., Gill V., Finch R. P., Burdon R. H. Chilling, oxidative stress and antioxidant responses in shoot cultures of rice // Planta. 1996. V. 199. № 4. P. 552-556.

14. Hodges D. M., Andrews C. J., Johnson D. A., Hamilton R. I. Sensitivity of maize hybrids to chilling and their combining abilitiesat 2 developmental stages // Crop Sci. 1997. V. 37. № 3. P. 850-856.

15. Kuroda H., Sagisaka S., Asada M., Chiba K. Peroxide-Scavenging Systems During Cold Acclimation of Apple Callus In Culture // Plant and Cell Physiology. 1991. V. 32. P. 635-641.

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

16. Leviatov S., Shoseyov O., Wolf S. Involvement of en-domannanase in the control of tomato seed germination under low temperature conditions // Annals of Botanyro 1995. V. 76. № 1. P. 1-6.

17. Leviatov S., Shoseyov O., Wolf S. Roles of different seed components in controlling tomato seed germination at low temperature // Sci. Hortic. 1994. V. 56. № 3. P. 197-206.

18. Saruyama H., Tanida M. Effect of chilling on activated oxygen-scavenging enzymes in low temperature-sensitive and -tolerant cultivars of rice (Oryza sativa L.) // Plant Science. 1995. V. 109. № 2. P. 105-113.

19. Sasson N., Bramlage W.J. Effects of chemical protectants against chilling injury of young cucumber seedlings // J. Amer. Soc. Hort. Sci. 1981. V. 106. № 3. P. 282-284.