CC BY
12УДК581.1 Г.А. Абилова
Влияние салициловой кислоты наперекисное окисление липидов и содержание пролина в растениях огурца в связи с преадаптацией к холодовому стрессу
Дагестанский государственный университет;gulyaraabilova@mail.т
Исследовано действие пониженных положительных температур на интенсивностьпере-кисного окисления липидов и содержание пролина в семядольных листьях и корнях проростков огурца сорта «Феникс», выросших из семян, подвергнутых действию салициловой кислоты. Наблюдаемые изменения носят адаптивный характер по отношению к стрессовому факторуи направлены на мобилизацию резервов для приспособления к новым условиям существования.
Ключевые слова:салициловая кислота, перекисное окисление липидов, активные формы кислорода, пролин, гипотермия.
Одним из факторов, оказывающих неблагоприятное действие на растения, является пониженная положительная температура. В результате температурных сдвигов у растений наблюдаются нарушения, которые проявляются как на уровне клетки и ее органоидов, так и на уровне целого организма. Основной причинойнаблюдаемых изменений является стресс-индуцируемое накопление в растительных клетках избыточного количества активных форм кислорода (АФК) и вызванный ими окислительный стресс [1]. Для снижения повреждающего действия неблагоприятных факторов, в т. ч. и пониженных температур, в клетках растений образуются «стрессовые гормоны»,то есть вещества, от которых зависит выживание растений при действии на них биотических и абиотических факторов [2].Среди таких веществ особое место занимает салициловая кислота (СК). В ряде работ показана ключевая роль СК в индукции системной приобретенной устойчивости к патогенам [3]. Кроме того, является доказанным фактом участие СК в развитии защитных реакций в растениях в ответ на неблагоприятные условия среды не только биотической, но и абиотической природы [4].
Количество образующихся АФК в клетках определяются соотношением уровня ПОЛ и активностью антиоксидантной (АО) системы. СК в зависимости от концентрации может проявлять про- и антиоксидантные эффекты.
Задачей настоящего исследования является изучение изменений в перекисном окислении липидов (ПОЛ)и в АО системе клеток проростков огурца, происходящих при экзогенной предобработке СК семян и последующем холодовом шоке проростков, выросших из этих семян.
Методика исследования
Объектом исследования служили растения огурца (CucumissativusL) сорта «Феникс». Семена замачивали 3 часа в растворах СК с концентрацией 0,1 и 0,5 мМ (контроль - в дистиллированной воде), затем промывали и проращивали на фильтровальной бумаге в чашках Петри с периодическим поливом дистиллированной водой при свете дневных ламп ЛД-40 и интенсивностью освещения 12000 лк и длительностью светового дня 16 часов. На третий день определяли энергию прорастания (ЭП) семян, подсчитывая в процентах долю проросших семян относительно общего количества. На 4-е сутки (с момента замачивания семян) чашки Петри с проростками помещали на 24 часа в холодильную камеру с температурой 50С. Охлаждение растений проводили в темноте, т. к. показано, что свет может усиливать холодовые повреждения мембран у теплолюбивых растений [5]. Контрольные проростки на 24 часа помещали в темноту
при температуре 220С. На 9-е сутки опыта регистрировалидлину надземных и подземных органов. В семядольных листьях (СЛ) и корнях определяли содержание свободного пролина нингидриновым методом [6], в СЛ определяли интенсивность ПОЛ по содержанию малонового альдегида (МДА) с помощью реакции с тиобарбитуровой кислотой [7].
Все опыты в каждой серии повторяли 3 раза, они включали не менее четырех по-вторностей. Обработку данных проводили методами математической статистики [8]. В таблицах представлены средние арифметические из всех опытов и их стандартные ошибки. Сравнение различных вариантов опыта проводили по критерию Стьюдента при 5-процентном уровне значимости.
Результаты и их обсуждение
Согласно многочисленным литературным данным, экзогенная обработка семян СК проводилась в диапазоне от 1 до 10 мМ [9]. Для изучения влияния СК на растения огурца, подвергавшиеся действию пониженной температуры, мы использовали 0,1-0,5мМ СК. Как следует из таблицы 1, предварительное замачивание семян в течение трех часов оказывало ингибирующее действие на прорастание семян: ЭП на 4-е сутки снизилась на 5 и 9 % при концентрациях СК соответственно 0,1 и 0,5 мМ относительно контроля.
Таблица 1.Влияние предпосевной отработки СК (3часа) на ЭП семян огурца
сорта «Феникс»
Концентрация СК, мМ Энергия прорастания семян, %
Н2О 78 ± 2,9 (8)
0,1 74 ± 1,9 (8)
0,5 70 ± 2,8 (8)*
р<0,01
Р - различия с контролем достоверны прир<0,05.
Как известно, рост является интегральной характеристикой физиологического состояния растений. В ходе проведенных экспериментов было установлено, что под влиянием экзогенной СК наблюдалось подавление роста подземной части растений (табл. 2): длина корняуменьшалась на 15 % при концентрации СК 0,1 мМ и на 18 % при концентрации СК 0,5 мМ. Длина побегов в этих условиях эксперимента колебалась вокруг контрольных значений. Действие гипотермии 50С в течение 24 часов на 4-дневные проростки огурца сопровождалось снижением длины осевых органов у 9-дневных растений - побега на 28 % и корня на 20 % по сравнению с контролем. Действие СК в условиях гипотермии не сказалось на размерах побега, а длина корня уменьшалась еще в большей степени, но эти различия не были достоверными по сравнению с контролем, когда проростки, полученные из семян, не обработанных СК, подвергались действию температуры окружающей среды 50С.
Таблица 2.Влияние СК на длину осевых органов 9-дневных проростков огурца, на третьи сутки подвергшихся гипотермии 5°С в течение 24 часов
КонцентрацияСК (мМ) Длина побега (мм) Длина корня (мм)
Без гипотермии С гипотермией Без гипотермии С гипотермией
0 (Н2О) 0,1 54 ± 1,12 54 ± 1,06 39 ± 1,49** 36 ± 2,03** 101 ± 1,67 86 ± 2,86* 81 ± 1,90** 80 ± 2,68**
0,5 57 ± 2,31 30 ± 2,51** 82 ± 1,70* 78 ± 2,64**
Примечания к таблицам 2-4:
* - достоверные различия по сравнению с действием дистиллированной воды при
той же температуре;
** - достоверные различия по сравнению с действием дистиллированной воды при температуре 220С.
Пониженные положительные температуры вызывают у теплолюбивых растений в период их активной вегетации многочисленные нарушения. Многие исследователи указывают на то, что причиной холодового повреждения является нарушение функционирования мембранных липидов [10,11]. Основной причиной такого разрушения мембранных липидов является их перекисное окисление. В связи с этим задачей следующего этапа исследования было выяснение закономерностей изменений интенсивности ПОЛ в семядольных листьях огурца, выросших из семян, обработанных СК и подвергнутых на четвертые сутки от момента замачивания семян действию температуры 50С в течение 24 часов.
Представленные в таблице 3 данные свидетельствуют о том, что в СЛ проростков, выросших при комнатной температуре, содержание МДА, конечного продуктаперео-кисления мембранных липидов, составляло 0,048 мкМ/г сырой массы. При действии СК в концентрациях 0,1 и 0,5 мМ содержание МДА увеличивалось соответственно на 50 и 33 %. Таким образом, изменение содержания МДА зависело от дозы СК. В опытах с 24-часовой гипотермией 50С проростков, семена которых не обрабатывались СК, уровень ПОЛ в клетках СЛ достоверно повышался на 65 %. Совместное действие СК и гипотермии на проростки огурца привело к накоплению продуктов ПОЛ, однако они не достигали достоверных значений по сравнению с водным контролем, но были достоверно выше значений, полученных при действии тех же концентраций СК, но при оптимальных температурных условиях.
Таблица З.Влияние трехчасовой обработки семян огурца СК на интенсивность ПОЛ в семядольных листьях 9-дневных проростков огурца
Концентрация СК (мМ) Содержание МДА (мкМ/г ткани)
220С 40С
Дистиллированная вода 0,1 мМ 0,5 мМ 0,048 ± 0,004 (8) 0,072 ± 0,010 (8)* 0,064 ± 0,006* 0,079 ± 0,006 (8)* 0,096 ± 0,006 (8) 0,090 ± 0,004 (7)**
Наблюдаемые нами под влиянием СК изменения ростовых процессов огурца, а также степени ПОЛ клеточных мембран при гипотермии свидетельствуют об участии в этих процессах АФК и об изменениях в про/антиоксидантной системе. В последнее время появляются сообщения о том, что аминокислота пролин является одним из компонентов стресс-реакции и способна инактивировать гидроксильные и другие радикалы, проявляя тем самым антиокислительные свойства [12].
Данные по влиянию гипотермии на аккумуляцию пролина в проростках огурца, выросших из семян, обработанных СК, представлены в таблице 4. СЛ 9-дневных проростков огурца имели более высокий уровень пролина по сравнению с корнем (4,54 мкмоль/г сырой массы в СЛ и 0,80 мкмоль/г сырой массы в корнях). Коэффициент стойкости К (отношение концентрации свободного пролина при гипотермии к исходному его содержанию при нормальных температурных условиях) указывает на интенсивность накопления пролина в данных структурах и равен для СЛ 1,06, для корней -
2,04. Это означает, что накопление пролина при гипотермии в корневой системе происходило более интенсивно.
Таблица 4.Содержание пролина (мкМ/г сырой массы) в СЛ и корнях 9-дневных проростков, выросших из семян огурца, обработанных СК и подвергнутых действию гипотермии 5°С в течение 24 часов (К - коэффициент стойкости)
Концентрация Семядольные листья Корни
СК, мМ 220С 50С К 220С 50С К
0 (Н2О) 4,54 ± 0,30 4,79 ± 0,15 1,06 0,80 ± 0,14 1,63 ± 0,21 2,04
0,1 4,65 ± 0,23 4,07 ± 0,17* 0,88 0,88 ± 0,05 0,98 ± 0,11* 1,11
0,5 4,67 ± 0,28 4,24 ± 0,17* 0,91 0,88 ± 0,16 0,99 ± 0,16* 1,13
Сравнивая изменения содержания пролина в разных структурах проростков, в зависимости от концентрации СК можно отметить, что при нормальных температурных условиях СК в концентрациях 0,1 и 0,5 мМ не влияла на накопление пролина в СЛ и корнях. Совместное действие СК и гипотермии привело к существенному и достоверному снижению содержания пролина в СЛ и корнях по сравнению с контрольными проростками, выращенными при гипотермии и не подвергавшиеся обработке СК.
Совокупность полученных данных подтверждает имеющиеся в литературе сведения, что СК является одним из ключевых факторов в развитии защитных реакций в растениях в ответ на действие пониженных положительных температур [13]. Степень экзогенного влияния СК на физиологические и биохимические процессы в клетках растений зависит от концентрациисалицилата. Так, ЭП семян с увеличением дозы СК снижалась и при концентрации 0,5 мМ была на 10 % ниже по сравнению с контролем. На проростках огурца была показана органоспецифичность действия СК,заключавшаяся в большей чувствительности корневой системы к действию СК, чем побеги, что проявлялось в снижении интенсивности роста корней. Выявлено, что под действием СК в СЛ проростков огурца увеличивался уровень ПОЛ при неизменном содержании в этих структурах пролина. После действия гипотермии в растениях, обработанных салицилатом, не происходило усиления процесса липопероксидации. Это можно объяснить работой антиоксидантной системы, активность которой была уже на достаточно высоком уровне до действия гипотермии.
Таким образом, СК существенно смещает равновесие прооксиданты-антиоксиданты в структурах огурца, вызывая активацию перекисного окисления. Наблюдаемые изменения в растениях носят адаптивный характер по отношению к стрессовому фактору и направлены на мобилизацию резервов для приспособления к новым условиям существования.
Литература
1. Медведев С.С., Шарова Е.И. Биология развития растений:в 2 т. Т.1. Начала биологии развития растений. Фитогормоны. - СПб:Изд-воСПбУ,2011. - 224с.
2. Тарчевский И.А., Яковлева В.Г., Егорова А.М. Индукция салициловой кислотой компонентов олигомерных белковых комплексов // Физиология растений.- 2012. -Т.59, №4. - С.532-542.
3. Ryals J.A., Neuenschwander U.H.,Willits M.G., Molina A., Steiner H.Y., Hunt D. Systemic acquired resistence // Plant Cell.- 1996.- V.8.- P. 1809-1819.
4. Шакирова Ф.М. Неспецифическая устойчивость растений к стрессовым факторам и ее регуляция. - Уфа, 2001. - 159с.
5. Лукаткин А.С., Голованов В.С. Интенсивность перекисного окисления липидов в охлажденных листьях теплолюбивых растений // Физиология растений, - 1988. -Т.35. - Вып.4. - С. 773-780.
6. Bates L.S., Waldren R.P., Teare I.D. Rapid Determination of Free Proline for Water Studies//Plant Soil.- 1973. - V.39. - P. 205-207.
7. МерзлякМ.К. Использованиеа-тиобарбитуровойкислотыприисследованииперекисногоокислениялипидоввтканяхрасте ний//Биологическиенауки.- 1978. -№ 9. - 132с.
8. ЛакинГ.Ф. Биометрия. - М.:Высшаяшкола, 1980. - 293с.
9. Raskin I. Role of salicylic acid in plants // Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. - 1992. - V.43. - P.439-463.
10. Попов В.Н., Антигина О.В., Трунова Т.И. Перекисное окисление липидов при низкотемпературной адаптации листьев и корней теплолюбивых растений табака //Физиология растений. - 2010. - Т.57, №1. - С. 153-156.
11. Лукаткин А.С., Шаркаева Э.Ш., Зауралов О.А. Изменение перекисного окисления липидов в листьях теплолюбивых растений при различной длительности холодо-вого стресса // Физиология растений. - 1995. -Т.42, №1. - С. 607-611.
12. Солдатова Н.А., Хрянин В.П., Пятин М.А. Роль пролина в адаптации растений конопли разных сортов к действию тяжелых металлов // Материалы Всероссийской научной конференции. - Иркутск, 2009. - С. 314-316.
13. Колупаев Ю.Е., Карпец Ю.В. Активные формы кислорода при адаптации растений к стрессовым температурам// Физиология и биохимия культурных растений. -2009. - Т.41, №2. - С. 95-108.
Поступила в редакцию 10 сентября 2014 г.
UDC 581.1
Effect of salicylic acid on the level of lipid peroxidation and praline content in plants of cucumber in relation to pre-adaptation to cold stress
G.A. Abilova
Dagestan State University;gulyaraabilova@mail.ru
The effect of low positive temperatures on the content of the product of lipid peroxidation of malon dialdehyde in cotyledons and proline in the cotyledon leaves and roots of cucumber seedlings of cultivar«Phoenix» grown from seeds subjected to the action of exogenous salicylic acid has been investigated. The observed changes in cucumber plants are adaptive to the stress factor and are aimed at mobilizing reserves to adapt to new conditions of existence.
Keywords: salicylic acid, lipid peroxidation, oxygen active forms, proline, hypothermia.
Received10September, 2014
