CC BY
64
_НАУЧНОЕ ПЕРИОДИЧЕСКОЕ ИЗДАНИЕ «IN SITU» №4/2016 ISSN 2411-7161_
БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ
Абилова Гуляра Абуталибовна
канд. биол. наук ДГУ, г. Махачкала, РФ E-mail: gulyaraabilova@mail.ru Газиева Анджела Гамзатовна, магистр 2 курса биологического факультета ДГУ, г. Махачкала, РФ
ВЛИЯНИЕ САЛИЦИЛОВОЙ КИСЛОТЫ НА ОКИСЛИТЕЛЬНЫЙ СТРЕСС ПРОРОСТКОВ
ОГУРЦА ПРИ ГИПОТЕРМИИ
Аннотация
Аккумуляцию пролина и салициловой кислоты (СК) связывают с развитием устойчивости растений к действию разных стрессов, включая низкотемпературные. Целью настоящего исследования было изучение влияния 0,1мМ раствора СК на процессы роста растений и аккумулирование пролина в семядольных листьях (СЛ) и корнях проростков огурца (Cucumis sativus L) сорта «Пальчик» после кратковременного (2 часа) ежесуточного (в течение 3-х суток) понижения температуры (ДРОП воздействие) окружающей среды до 40С.
Установлено, что СК подавляет рост осевых органов при температуре 220С и при ДРОП воздействии 40С. Выявлена различная динамика изменений содержания пролина в СЛ и корнях проростков огурца, росших на дистиллированной воде и 0,1мМ СК. Колебания этого показателя могут свидетельствовать как об адаптации к температурному фактору, так и о фазе стрессовой реакции. Физиологическое действие СК возможно реализуется через стрессовый фитогормон АБК.
Ключевые слова
Салициловая кислота, пролин, активные формы кислорода, окислительный стресс, гипотермия.
Термоморфогенез - направление в науке, посвященное изучению роли кратковременного ежесуточного понижения температуры до низких положительных значений на процессы роста и развития растений [1]. Ежесуточные низкотемпературные воздействия (ДРОП) вызывают у растений стрессовую реакцию, которая сопровождается накоплением активных форм кислорода (АФК) [2]. В защите растений от АФК, наряду с антиоксидантными ферментами, участвуют и низкомолекулярные соединения, такие, как пролин и салициловая кислота (СК). Аккумуляцию пролина связывают с развитием устойчивости растений к действию разных стрессов, включая низкотемпературные [3]. СК - соединение фенольной природы, способное оказывать защитный эффект на растение при воздействии стрессовых факторов [4].
Настоящее исследование посвящено изучению действия ежедневных кратковременных снижений температуры до 40С на процессы роста и аккумуляцию пролина в недельных проростках растений огурца (Cucumis sativus L) сорта «Пальчик», а также влияния на эти процессы СК. Семена огурца проращивали в дистиллированной воде и 0,1мМ растворе СК. Начиная с возраста 7 суток, проростки ежедневно подвергали кратковременным (2 часа) снижениям температуры до 40С путем перестановок чашек Петри из одной камеры в другую. После каждого сеанса гипотермии часть растений использовали для определения содержания пролина в семядольных листьях (СЛ) и корнях с помощью кислого нингидринового реактива [5]. На 9-е сутки, после последнего сеанса гипотермии у проростков огурца определяли сырую массу надземной и подземной части растений.
В ходе проведенных экспериментов было показано, что ДРОП-воздействие вызывает увеличение массы и длины осевых органов растений огурца (табл. 1). Длина корня увеличилась в 1,6 раза, а масса - в 1,1 раза; длина и масса гипокотиля увеличились в 1,2 раза. Лишь размеры СЛ остались на уровне контроля.
_НАУЧНОЕ ПЕРИОДИЧЕСКОЕ ИЗДАНИЕ «IN SITU» №4/2016 ISSN 2411-7161_
СК при температуре 220С подавляла рост всех структур проростков огурца, но только длина и масса гипокотилей достигали достоверных отличий по сравнению с контролем. ДРОП-воздействие на проростки, выросшие на СК, сопровождалось снижением значений всех исследованных параметров по сравнению с данными, полученными на проростках, выросших на воде. Но уровень этих значений был более высоким по сравнению с тем, который наблюдался у растений огурца при выращивании их на растворе СК при температуре 220С.
Таблица 1.
Влияние ежесуточных кратковременных снижений температуры (ДРОП) на размеры и массу структур
проростков огурца, выросших на дистиллированной воде и СК
Условия опыта Масса семядольных листьев, мг Длина корня, мм Масса корня, мг Длина гипокотиля, мм Масса гипокотиля, мг
220С Н2О 77 ± 4,9 83 ± 6,7 93 ± 8,1 45 ± 2,4 92 ± 7,5
220С СК 72 ± 6,9 72 ± 6,1 79 ± 8,7 35 ±1,7 А 69 ± 6,9 А
40С Н2О 78 ± 3,6 132 ± 11,0 А 98 ± 4,7 53 ± 3,2 109 ± 7,0
40С СК 66 ± 2,2 АБ 96 ± 5,9 БВ 68 ± 4,1 Б 40 ± 1,6 72 ± 2,5 Б
Примечание:
АР < 0,05 (относительно температуры 220С, вода)
БР < 0,05 (относительно температуры 40С, вода)
ВР < 0,05 (относительно температуры 220С, СК).
Определение свободного пролина в проростках огурца, выросших на дистиллированной воде, показало, что его уровень в СЛ был в 5,8 раз выше по сравнению с корнями. Во всех сериях опытов эта закономерность сохранялась, но в зависимости от условий эксперимента отношение содержания свободного пролина с СЛ и корнях колебалось от 4,2 раза до 7,3 раза (табл.2).
В СЛ и корнях проростков огурца, росших на дистиллированной воде при температуре 220С наблюдалось постоянное уменьшение содержания пролина: в первый день после 2-х часовой экспозиции проростков в темноте содержание пролина было самым высоким (в СЛ - 5,21 мкМ/г, в корнях - 0,90 мкМ/г); на второй день эксперимента оно снизилось; на третий день после 2-х часового пребывания в темноте было самым низким (в СЛ - 4,08 мкМ/г, в корнях - 0,68 мкМ/г) (табл. 2).
Таблица 2.
Влияние СК на содержание пролина (мкМ/г сырой массы) в семядольных листьях и корнях после ДРОП
обработки проростков огурца
Условия опыта Семядольные листья Корни
220С 40С 220С 40С
1 день
дист. вода 5,21 ± 0,05 5,32 ± 0,04 0,90 ± 0,05 0,73 ± 0,06
СК 4,54 ± 0,19* 5,22 ± 0,04 1,06 ± 0,14 1,09 ± 0,10
2 день
дист. вода 4,93 ± 0,12 4,39 ± 0,33 0,74 ± 0,08 0,96 ± 0,08
СК 5,58 ± 0,22* 4,35 ± 0,38 0,80 ± 0,06 0,80 ± 0,06
3 день
дист. вода 4,08 ± 0,05 5,59 ±0,31 0,68 ± 0,07 0,83 ± 0,05
СК 4,82± 0,08* 4,30 ± 0,30* 1,00 ± 0,11* 0,81 ±0,04
* - различия достоверны по сравнению с контролем при той же температуре культивирования
Присутствие СК в среде культивирования проростков при температуре 220С на всех этапах эксперимента, за исключением СЛ в первый день опыта, стимулировало накопление пролина. Наибольшее содержание пролина наблюдалось после первого кратковременного охлаждения проростков в клетках корня. Оно было выше контрольных значений на 47%.
_НАУЧНОЕ ПЕРИОДИЧЕСКОЕ ИЗДАНИЕ «IN SITU» №4/2016 ISSN 2411-7161_
В варианте с гипотермией ответная реакция в виде аккумулирования пролина в СЛ и корнях проростков огурца, росших на дистиллированной воде, была разной. В первый день после 2-х часовой гипотермии в СЛ содержание пролина не изменилось, а в корнях уменьшилось по сравнению с тем, что было получено при температуре 220С. На второй день эксперимента гипотермия привела к разнонаправленным изменениям содержания пролина в СЛ и корнях - к уменьшению на 11% в СЛ и увеличению на 30% - в корнях. После трехкратного действия гипотермии интенсивное накопление пролина наблюдалось и в СЛ, и в корнях.
При совместном влиянии двух факторов - гипотермии и СК - в СЛ наблюдалась стабилизация содержания пролина после одно- и двукратного снижения температуры к уровню значений, наблюдавшихся при тех же температурных условиях, но росших на дистиллированной воде. После трехкратного снижения температуры до 40С присутствие СК в среде культивирования привело к достоверному снижению содержания пролина.
Клетки корневой системы реагировали на совместное действие двух факторов иначе. После однократной гипотермии содержание пролина достигало максимальных величин, и было на 49% выше по сравнению с серией опытов, где действовал только один фактор - низкая температура. После второго и третьего сеанса гипотермии уровень пролина был ниже значений контрольных вариантов.
Результаты наших исследований свидетельствуют о том, что после ДРОП-воздействия в растениях огурца увеличивались линейные размеры и масса гипокотилей и корней по сравнению с нормотермией. Согласно литературным данным [1], направленность изменений биомассы и устойчивости растений имеет фазовый характер: при малых дозах температурного фактора наблюдается ингибирование сухой массы, при средних значениях - возврат к уровню контроля или стимуляция этого процесса, а дальнейшее увеличение дозы фактора приводит к значительному снижению сухой массы. По-видимому, для растений огурца в наших условиях двухчасовые ежесуточные низкотемпературные воздействия (40С) приходятся на вторую фазу стрессовой реакции, при которой происходит перераспределение энергии и метаболитов, формирование необходимого уровня устойчивости и активности ассимиляционной деятельности. Образующиеся в этих условиях метаболиты расходуются на формирование биомассы.
На ранних этапах онтогенеза большой вклад в адаптацию растений вносят СЛ, являющиеся у растений огурца фотосинтезирующими и запасающими органами. Размеры СЛ при ДРОП-воздействии не изменились по сравнению с контролем. Учитывая тот факт, что запасные вещества семядолей огурца расходуются за 810 дней [6], можно предположить, что их концентрация начала снижаться в последние дни эксперимента. При этом вновь образуемые метаболиты тратились на поддержание метаболической активности самих СЛ, а также на образование транспортных форм углеводов и их отток в формирующиеся органы.
Проращивание семян и дальнейшее культивирование проростков огурца на растворе СК тормозило рост всех изученных структур проростков огурца. Физиологическое действие СК в этом случае может реализоваться с участием стрессового фитогормона абсцизовой кислоты (АБК), содержание которой в растениях пшеницы и томатов увеличивается после обработки СК [7]. Под контролем АБК находится накопление одного из эффективных осмопротекторов клеток - пролина [7], при этом максимуму в его накоплении предшествует повышение АБК.
Таким образом, в ходе проведенных исследований установлено, что СК подавляет рост осевых органов при температуре 220С и при ДРОП воздействии 40С. Выявлена различная динамика изменений содержания пролина в СЛ и корнях проростков огурца, росших на дистиллированной воде и 0,1мМ СК. Колебания этого показателя могут свидетельствовать как об адаптации к температурному фактору, так и о фазе стрессовой реакции. Физиологическое действие СК возможно реализуется через стрессовый фитогормон АБК.
Список использованной литературы:
1. Марковская Е.Ф. Сысоева М.И., Шерудило Е.Г. Кратковременная гипотермия и растение. /Е.Ф. Марковская, М.И. Сысоева, Е.Г. Шерудило// Петрозаводск: Карельский научный центр РАН. - 2013. - 194 С.
2. Колупаев Е.Ю., Карпец Ю.В. Активные формы кислорода при адаптации растений к стрессовым температурам. /Е.Ю. Колупаев, Ю.В. Карпец // Физиология и биохимия культурных растений. - 2009.- Т.41. №2.- С.95-108.
_НАУЧНОЕ ПЕРИОДИЧЕСКОЕ ИЗДАНИЕ «IN SITU» №4/2016 ISSN 2411-7161_
3. Радюкина Н.Л. Участие пролина в системе антиоксидантной защиты у шалфея при действии NaCl и параквата /Н.Л. Радюкина, А.В. Шашукова, Н.И.Шевякова, Вл.В. Кузнецов //Физиология растений. - 2008. -Т.55. - №5. - С.721-730.
4. Колупаев Е.Ю. Активные формы кислорода при адаптации растений к стрессовым температурам / Е.Ю. Колупаев, Ю.В. Карпец. // Физиология и биохимия культурных растений. - 2009. - Т.41. - №2. С. 95-108.
5. Bates L.S. Rapid determination of free proline for stress studies / L.S. Bates, R.P. Waldren, I.D. Teare // Plant Soil. - 1973. - V.39. - P.205-207.
6. Butler R.D. The fine structure of senescing cotyledons of cucumber /R.D. Butler // J. Exp. Bot. - 1967. - V.4. -P.241-246.
7. Колупаев Ю.Е. Пролин: физиологические функции и регуляция содержания в растениях в стрессовых условиях. / Ю.В. Колупаев, А.А. Вайнер, Т.Щ.Ястреб // Вестник Харьковского национального аграрного университета. Серия Биология. - 2014.- Вып. 2(32) - С.6-22.
8. Сахабутдинова А.Р. Регуляция салициловой кислотой устойчивости пшеницы к стрессовым факторам. // Автореферат кандидатской диссертации. 2002. Уфа. 131 с.
© Абилова Г.А., Газиева А.Г., 2016
Асанов Алик Юсупович
канд. биол. наук, заведующий лабораторией, лаборатории исследований биоресурсов пресноводных водоемов (по Пензенской области и Республики Мордовия)
КФ ФГБНУ «ВНИРО», г. Пенза, РФ E-mail: kfVniro-as @ list.ru
ВЛИЯНИЕ ВОДОЗАБОРА САРАНСКОЙ ТЭЦ-2 НА ИХТИОФАУНУ РЕКИ ИНСАР
Аннотация
В соответствие с возрастающими требованиями Росрыболовства необходимо заменять устаревшие и устанавливать современные более эффективные рыбозащитные сооружения на водозаборах. В г. Саранск после установки нового рыбозащитного устройства в насосной станции Саранской ТЭЦ-2 проведены исследования ихтиофауны в р.Инсар. Установлено, что негативное влияние водозабора после реконструкции на ихтиофауну снижено до минимума.
Ключевые слова
Река Инсар, насосная станция, водозабор, рыбозащитное устройство, суточные станции, ихтиофауна,
молодь рыб.
Исследования ихтиофауны на реке Инсар выполняли в 2012 г. в районе береговой насосной станции (БНС) Саранской ТЭЦ-2. С помощью ихтиопланктонной конусной сети, диаметром 0,5 м2, с середины мая до середины сентября проводили суточные станции по отлову молоди рыб перед рыбозащитным устройством БНС и в его камерах (Фото 1, 2). Периодичность суточных станций - в среднем, через каждые трое суток, отлов на суточных станциях производился каждые 4 часа: 15.00, 19.00, 23.00, 3.00, 7.00, 11.00 часов. С октября по декабрь серии ловов осуществлялись в дневное время [1; 2, с.103; 3, с. 650].
Также на данной акватории для отлова ихтиофауны использовали ставные сети, «пауки» разных диаметров, верши, сачки, удочки. Всего было проведено 25 суточных станций в мае - августе, 10 серий ловов
