CC BY
44
АГРОНОМИЯ
УДК 633+546.23
ВЛИЯНИЕ СЕЛЕНА НА АКТИВНОСТЬ КОМПОНЕНТОВ АНТИОКСИДАНТНОЙ СИСТЕМЫ РАСТЕНИЙ
В. А. Вихрева, канд. биол. наук, доцент; Т. Б. Лебедева, канд. с.-х. наук, доцент;
Т. В. Клейменова, канд. с.-х. наук
ФГОУ ВПО «Пензенская ГСХА», т. 89273624203
В лабораторном опыте показана активность компонентов антиоксидантной системы проростков яровой пшеницы и козлятника восточного в оптимальных и стрессовых условиях среды выращивания при использовании селена и без него. Выявлено положительное действие селенсодержащих соединений на стресстолерантность клеток растений.
Ключевые слова: пшеница, бобовые, селен, стресстолерантность, свободные радикалы, антиоксидантная система клетки.
В процессе вегетации сельскохозяйственные культуры нередко подвергаются неблагоприятному воздействию окружающей среды. Это кислая реакция почвенного раствора, холод, действие гербицидов и т. д. Все это индуцирует окислительный стресс в клетках растений, приводящий к некрозу тканей, нарушению дыхания и фотосинтеза, к снижению скорости метаболических реакций [1].
Адаптация растений к неблагоприятным условиям среды проходит с образованием активных форм кислорода: супероксидного анион-радикала (О^2), гидроксиль-ного (ОН^) и гидропероксидного СООН) радикалов, синглетного кислорода (О/) и перекиси водорода (Н2О2). При выращивании в оптимальных условиях содержание в растениях активных форм кислорода удерживается на безопасном для организма уровне с помощью компонентов антиоксидант-ной системы - ферментов супероксиддисму-тазы (СОД), каталазы, пероксидазы, ферментов аскорбатглутатионового цикла (АсП). При стрессе интенсивность образования активных форм кислорода превышает анти-оксидантный потенциал клетки и активные формы кислорода неконтролируемо реагируют с белками, липидами и нуклеиновыми кислотами, изменяя их структуру или даже разрушая их [1, 2].
Для инактивации реакционноспособных форм кислорода у растений имеются дос-
таточно мощные системы. Однако при интенсивном и продолжительном воздействии стрессовых факторов их работа может быть недостаточной, что ведет к необратимым последствиям.
Способность растений активизировать систему защиты от окислительной деструкции является важным фактором, влияющим на их устойчивость к неблагоприятным условиям среды.
В последние десятилетия установлено, что способностью повышать общую сопротивляемость организма к действию стрессовых факторов обладает селен. Доказано, что в основе защитного действия селена в животных клетках лежит функционирование ряда белков, активный центр которых содержит «селеновые» аминокислоты (се-леноцистеин и селенометионин) [3, 4, 5]. Высказано предположение о возможном участии селена в регуляции активности ферментов, фитогормонов и в синтезе защитных белков.
Целью настоящей работы было изучить изменения, происходящие в растениях на начальных этапах роста в условиях повышенной кислотности среды, темноты и гипотермии, и действие селена на интенсивность перекисных процессов и активность антиоксидантных ферментов.
Методика. Проведена серия лабораторных опытов, в которых создавались стрессовые условия для растений: повы-
Нива Поволжья
№ 1 (10) февраль 2009
1
шенная кислотность среды (рН=4,5) - добавлением 1М НС1 в водную среду, темнота и гипотермия (t=2°Q. Объектами исследований являлись растения козлятника восточного сорта Галега и яровой пшеницы сортов Тулайковская 10, Кинельская 59, Новосибирская 29 и Нива 2 на ранних этапах онтогенеза. В опытных вариантах растения обрабатывались раствором селената и селенита натрия в концентрации 10-4 %. Стресс-резистентность проростков оценивалась по активности антиоксидантных ферментов. Общую протеиназную активность в прорастающих семенах осуществляли по стандартной методике у 3-х- и 7-дневных проростков (Третьяков, 1982). Активность антиоксидантных ферментов определяли в супернатантах, а интенсивность перекисных процессов - в гомогена-тах из семядольных листьев и проростков контрольных и опытных образцов. Активность СОД анализировали методом, предложенным Giannopolitis C. N., Ries S. K. (1977); ГР - по Schaede M., Bassham J. А. (1977); АсП -по Nakano Y., Asada K. (1981); ката-лазы и пероксидазы - по Плешкову (1985). Интенсивность перекисных процессов - по Андреевой с соавторами (1988) по содержанию реагирующих на тиобарбитуровую кислоту (ТБК) продуктов в гомогенатах семядольных листьев.
Эксперименты выполнены в трех биологических и трех аналитических повтор-ностях; ошибка средней не превышала 5 %.
Результаты и обсуждение. Анализ данных свидетельствует о том, что интенсивность перекисных процессов (по ТБК) в семядольных листьях козлятника, выращенного в водном растворе, выдержанных на свету и в темноте, практически не различается (табл. 1).
Те же образцы, но испытывающие стресс температуры в +2°С, отличаются увеличением содержания ТБК-реагирующих продуктов на 27 %. Предварительная обработка растений раствором селената натрия вызывает «исправляющий» эффект, снижая количество ТБК-реагирующих продуктов по сравнению со стрессовым контролем (К3) на 40...42 %.
Активность супероксиддисмутазы в листьях контрольных проростков после 24-часовой экспозиции на свету в нормальных условиях превышала величину активности этого фермента в листьях, выдержанных в темноте, на 27 %, что объясняется генерацией супероксиданиона в фотосинтетических процессах. Холодовое стрессовое воздействие на листья в темноте никак не изменило активности СОД. Обработка опытных растений селенатом натрия в нормальных условиях снижает активность СОД на 10.14 %, а в условиях гипотермии - на 32.35 % относительно К1.
Активность ГР в листьях, экспонированных на свету, незначительно превосходила (+6 %) аналогичный показатель контрольных листьев, выдержанных в темноте (контроль 1). При стрессе отмечалось увеличение деятельности глутатионредуктазы на 17 %. Воздействие селена на опытные растения вызвало в нормальных условиях увеличение активности ГР на 38.22 %, а в стрессовых - на 48 %.
Аскорбатпероксидазная активность листьев в «световом» варианте превосходила аналогичный показатель в «темновом» на 26 % при нормальных условиях и на 20 % в условиях гипотермии. При обработке растений селеном в нормальных условиях отмечалось лишь незначительное повышение активности АсП (6 %), а воздействие селена в условиях гипотермии уве-
Таблица 1
Содержание реагирующих с тиобарбитуровой кислотой (ТБК) продуктов и активность супероксиддисмутазы (СОД), глутатионредуктазы (ГР) и аскорбатпероксидазы (АсП) в листьях козлятника после 24-часовой экспозиции на свету и в темноте при 20°С и 2°С
Вариант Показатель
ТБК-реаги-рующих продуктов, нмоль/г СОД, ед. ГР, мкмоль/г АсП, мкмоль/мин
Контроль 1 (1 = + 20 °С, темнота) 357 840 0,273 2,14
Контроль 2 (1 = + 20 °С, свет) 363 1070 0,289 2,70
Контроль 3 (1 = + 2 °С, темнота) 453 834 0,320 2,57
Опыт 1 (1 = + 20 °С, темнота) 274 568 0,405 2,70
Опыт 2 (Ыа2ЗеО4, 1 = + 2 °С, темнота) 262 548 0,406 2,78
2
Агрономия
личило аскорбатпероксидазную активность на 26...30 % относительно бесстрессового контроля К-|. Тем не менее следует отметить, что достоверных отличий в активности АсП между контрольными (К3) и растениями, обработанными селеном, в условиях холо-дового стресса в темноте не обнаружено.
При изучении активности ферментов каталазы и пероксидазы в проростках пшеницы было установлено влияние кислотности среды на процессы, происходящие в растениях на начальных этапах роста.
Сорта яровой пшеницы на кислотный стресс реагировали по-разному. Наибольшее проявление стресса отмечено у сорта Новосибирская 29. При увеличении кислотности раствора активность каталазы по сравнению с контролем возрастала у сорта Тулайковская 10 на 54,9 %%, Кинель-ская 59 - на 51,1, Новосибирская 29 - на 59,2 и у сорта Нива 2 только на 34,7 % (табл. 2).
Селенат и селенит натрия в условиях повышенной кислотности среды действовали практически одинаково и поддерживали активность фермента на уровне 0,367...0,678 и 0,474...0,702 мкмоль Н2О2 мин-1т-1 сырой массы соответственно.
При оптимальном уровне кислотности среды селен мало влиял на активность ка-талазы.
Подобный эффект селен оказывал и на другой антиоксидантный фермент - перок-сидазу, отвечающую за регуляцию концентрации Н2О2 и пероксидов органических соединений. В условиях повышенной кислотности среды наблюдалось увеличение активности пероксидазы на 29,2 %% в среднем по сортам.
Действие селената и селенита натрия на активность изучаемого фермента было
аналогичным их действию на активность каталазы.
Таким образом, можно заключить, что повышенная кислотность среды, темнота и гипотермия вызывают у растений окислительный стресс, что проявляется в активации ферментов антиоксидантной защиты клетки.
Полученные данные однозначно свидетельствуют о способности селена корректировать окислительно-восстановительный статус клетки в сторону увеличения ее стресстолерантности.
Литература
1. Alseher, R. G. Biosinthesis and antioxidant function of glutathione in plants I R. G. Alseher II Physiol Plant. - 1989. - Vol. 77. - P. 457-464.
2. Prasad, T. K. Evidence for chilling - induced oxidative stress in maisc seedlinds and a regulatory role for hydragen peroxide I T. K. Prasad, M. D. Anderson, B. A. Martin, C. R. Stewart II Plant cell. - 1994. - Vol. 6. -Р. 65-74.
3. Кудрявцев, А. П. Профилактика селеновой недостаточности у животных и птицы I А. П. Кудрявцев. - М.: Россельхоз-издат, 1979. - 86 с.
4. Исмаилов, Х. А. Перспективы применения селена в иммунитете растений! Х. А. Исмаилов, З. М. Агаева, Т. К. Бекташи II Селен в биологии: материалы науч. конф. - Баку: Элм, 1974. - С. 88-95.
5. Ермаков, В. В. Биологическое значение селена I В. В. Ермаков, В. В. Ковальский. - М.: Мир, 1974. - 298 с.
6. Кузнецов, В. В. Защитное действие селена при адаптации растений пшеницы к условиям засухи: автореф. дис. ... канд. с.-х. наук I В. В. Кузнецов. - М., 2004. - 21 с.
Таблица 2
Активность антиоксидантных ферментов в проростках яровой пшеницы
Уровень рН Вариант опыта Сорт
Тулайковская 10 Кинельская 59 Новосибирская 29 Нива 2
1* 2 1 2 1 2 1 2
ю Вода 0,812 68,9 0,914 97,1 0,608 64,0 0,835 101,2
Селенат натрия 0,541 55,9 0,678 77,6 0,367 57,6 0,641 80,6
Селенит натрия 0,569 52,7 0,539 78,2 0,474 48,8 0,702 79,4
ю со Вода 0,524 51,6 0,605 76,9 0,382 49,6 0,620 78,1
Селенат натрия 0,525 50,3 0,613 76,3 0,369 49,8 0,627 77,9
Селенит натрия 0,531 51,7 0,578 75,8 0,373 49,5 0,653 78,6
*активность: 1 - каталазы, мкмоль Н2О2 мин г сырой массы; 2 - пероксидазы, Е мин-1г-1 сырой массы.
Нива Поволжья
№ 1 (10) февраль 2009
з
