Влияние солей тяжелых металлов на уровень пролина у разных сортов конопли посевной Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

ИЗВЕСТИЯ

ПЕНЗЕНСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ПЕДАГОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА имени В. Г. БЕЛИНСКОГО ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ № 10 (14)2008

IZ VESTIA

PENZENSKOGO GOSUDARSTVENNOGO PEDAGOGICHESKOGO UNIVERSITETA imeni V. G. BELINSKOGO NATURAL SCIENCES № 10 (14)2008

УДК 581.1

ВЛИЯНИЕ СОЛЕЙ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ НА УРОВЕНЬ ПРОЛИНА У РАЗНЫХ СОРТОВ КОНОПЛИ ПОСЕВНОЙ

© н. А. СОЛДАТОВА, В. Н. ХРЯНИН Пензенский государственный педагогический университет им. В. Г. Белинского кафедра ботаники, физиологии и биохимии растений e-mail: [email protected]

Солдатова Н. А., Хрянин В. Н. - Влияние солей тяжелых металлов на уровень пролина у разных сортов конопли посевной. - Известия ПГПУ им. В. Г. Белинского. 2008. № 10 (14). - С. 39-42. - Изучали влияние возрастающих концентраций растворов солей тяжелых металлов (Pb(NO3)2, CuSO4, ZnSO) на изменение содержания пролина в растениях Cannabis sativa L. Предполагается, что накопление аминокислоты в растениях носит адаптивный характер по отношению к стрессорным факторам. Выявлена зависимость изменения уровня свободного пролина от концентраций соли в среде выращивания.

Ключевые слова: тяжелые металлы, пролин, стресс, конопля, Cannabis sativa.

Soldatova N. A., Khryanin V. N. - The influence of salts of heavy metals on the level of proline in different culti-vars of hemp. - Izv. Penz. gos. pedagog. univ. im.i V. G. Belinskogo. 2008. № 10 (14). P. 39-42. - The influence of increasing concentrations of heavy metals solutions (Pb(NO3)2, CuSO4, ZnSO 4) on the modification of content of proline in the plants Cannabis sativa L was studied. It is supposed that accumulation of amino acid in the plants has an adaptive character concerning stress factors. The dependence of modification of the level of free proline from concentrations of salt in the medium of cultivation was exposed.

Keywords: heavy metal, praline, stress, hemp, Cannabis sativa.

Проблема загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами становится все более актуальной. Высокие концентрации тяжелых металлов оказывают значительное влияние на жизнедеятельность живых организмов, включая высшие растения. Показано, что их негативному воздействию подвержены такие физиоло-го-биохимические процессы, как рост, развитие, фотосинтез, дыхание, водный обмен, минеральное питание.

Установлено, что в ответ на действие тяжелого металла, который является стрессором для растений, происходит активация защитной системы. Предполагается, что пролин является одним из компонентов стресс-реакции, первой стадией адаптации [3, 5].

Цель нашей работы: изучение содержания свободного пролина в растениях разных сортов конопли посевной (Cannabis sativa L.) при наличии в среде выращивания ионов свинца, меди и цинка.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА В качестве объектов исследования были взяты разные сорта двудомной конопли: раннеспелый сорт «Кубанская ранняя», среднеспелый сорт «Зеница» и позднеспелый сорт «Славянка».

Растения выращивались в чашках Петри при 22-24°С и естественном световом режиме в течение 10 дней.

В контроле для проращивания семян и последующего выращивания растений использовали дистиллированную воду; в опытных вариантах - растворы солей тяжелых металлов (РЬ^03)2, CuS04 ZnS04) в концентрациях 10-5-10-10М.

Содержание свободного пролина в растениях конопли посевнойопределялипо методу Batesссоавтр. [6]. Для анализа брали как надземную, так и подземную часть растения, т. е. весь растительный организм.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

В ходе лабораторных опытов выявлено, что уровень свободного пролина в растениях зависел от вида тяжелого металла и его концентрации в среде выращивания, а также от сортовых особенностей конопли посевной.

Медь оказывала по сравнению с другими тяжелыми металлами более сильный эффект на уровень свободного пролина у конопли посевной. Содержание аминокислоты в растениях возрастало пропорционально концентрации тяжелого металла в среде выращивания. Так у раннеспелого сорта количество пролина в опыте увеличилось в 1,62-3,34 раза, у среднеспелого -в 1,28-2,86 раза, у позднеспелого - в 1,44-2,81 раза по сравнению с контролем (рис. 1).

Кубанская ранняя Зеница Славянка

□ контроль 01 02 Ш3 Ш ®5 Ш6

Рис. 1. Содержание пролина в растениях конопли при действии различных концентраций CuS04. Концентрации CuS04: 1) 10-5 М; 2) 10-6 М; 3) 10-7 М; 4) 10-8 М; 5) 10-9 М; 6) 10-10 М.

При использовании растворов соли ZnS04 в концентрациях 10-5-10-8 М уровень пролина в опыте превышал контроль. Так у сорта «Кубанская ранняя» содержание аминокислоты в опыте увеличилось в 1,75-3,24 раза, у сорта «Зеница» - в 1,40-2,62 раза,

у сорта «Славянка» - в 1,58-2,96 раза по сравнению с контрольным показателем. Более низкие концентрации соли в среде выращивания незначительно повышали уровень пролина у растений конопли посевной (рис. 2).

0,2

0,16 -

0,12 -

3 0,08 -

&

0,04 -

Кубанская ранняя

Зеница

Славянка

□ контроль

11

12

13

14

15

Ш6

Рис. 2. Содержание пролина в растениях конопли при действии различных концентраций ZnS04. Концентрации ZnS04: 1) 10-5 М; 2) 10-6 М; 3) 10-7 М; 4) 10-8 М; 5) 10-9 М; 6) 10-10 М.

0

ФИЗИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ ►►►►►

Высокие концентрации РЬ^Оэ)2 в среде выращивания (10-5-10-8 М) повышали содержание аминокислоты в опыте у раннеспелого сорта в 1,56-2,91 раза, у среднеспелого - в 1,40-2,25 раза, у позднеспелого -

в 1,61-2,51 раза по сравнению с контролем. При использовании раствора соли в концентрации 10-9-10-10 М количество свободного пролина в растениях конопли достоверно не отличалось от контрольного показателя (рис.3).

0,2 -.

0,16 -

¡Г 0,12 -

0,08 -

N

а*

t 0,04 Н

о

Кубанская ранняя

Зеница

Славянка

□ контроль

11

]2

13

14

15

Шб

Рис. 3. Содержание пролина в растениях конопли при действии различных концентраций Pb(N03l Концентрации Pb(N03)2: 1) 10-5 М; 2) 10-6 М; 3) 10-7 М; 4) 10-8 М; 5) 10-9 М; 6) 10-10 М.

0

Аккумуляция свободного пролина при действии на растения различных стрессорных факторов носит адаптивный характер. Это наиболее ярко проявляется у раннеспелого сорта «Кубанская ранняя». Позднеспелый и среднеспелый сорта оказались более устойчивыми к изменяющим условиям среды. Это, вероятно, можно объяснить тем, что у позднеспелых сортов более стабильная «генетическая программа развития». Раннеспелые сорта менее устойчивы к изменяющимся условиям среды.

Установлено, что аминокислота пролин способствует поддержанию в клетках водного гомеостаза в качестве осморегулятора; предотвращает инактивацию белков, сохраняя их пространственную структуру и биологическую активность, стабилизирует механизм их биосинтеза [3, 5, 8].

В ходе исследований было обнаружено, что тяжелые металлы вызывают окислительный стресс у растений конопли посевной. При воздействии стрес-сорного фактора происходит активация перекисного окисления липидов, что может привести к нарушению целостности мембран [1, 4, 7]. Пролин способен инак-тивировать гидроксильные радикалы и другие высоко реактивные соединения, проявляя тем самым антиокислительные свойства [2, 9, 10]

Таким образом, накопление свободного пролина в растениях может играть защитную роль при солевом стрессе.

список ЛИТЕРАТУРЫ

1. Деви С. Р., Прасад М. Н. В. Антиокислительная активность растений Brassica juncea, подвергнутых действию высоких концентраций меди // Физиология растений. 2005. Т. 52. №2. С. 233-237.

2. Карташов А. В., Радюкина Н. Л., Иванов Ю. В., Паш-ковский П. П., Шевякова Н. И., Кузнецов Вл. В. Роль систем антиоксидантной защиты при адаптации дикорастущих видов растений к солевому стрессу // Физиология растений. 2008. Т. 55. С. 516-522.

3. Кузнецов Вл. В., Шевякова Н. И. Пролин при стрессе: биологическая роль, метаболизм, регуляция // Физиология растений. 1999. Т. 46. С. 321-336.

4. Серегин И. В., Иванов В. Б. Физиологические аспекты токсического действия кадмия и свинца на высшие растения // Физиология растений. 2002. Т. 48. №4. С. 606-630.

5. Шевякова Н. И. Метаболизм и физиологическая роль пролина в растениях при водном и солевом стрессе // Физиология растений. 1983. Т. 30. С. 768-783.

6. Bates L. S., Waldren S. P., Teare I. D. Rapid Determination of Proline for Water-Stressed Studies // Plant Soil. 1973. V. 39. P. 205-207.

7. Jain S. K. The accumulation of malonyldialdehyde, a product of fatty acid peroxidation, can disturb aminophospholipid organization in the membrane bilayer of human erythrocytes // J. Biol. Chem. 1984. V. 259. P. 3391-3394.

8. Paleg L., Stewart G. R., Bradbeer J. W. Proline and glycine betaine influences protein solvation // Plant Physiol. 1994. V. 75. P. 974-978.

9. Saradhi P. P. et al. Proline accumulation in plants exposed to UV radiation protects them against induced

peroxidation // Biochem. Biophys. Res. Commun. 1995. V. 290. P. 1-5.

10. Smirnoff N., Cumbes Q. J. Hydroxyl radical scavenging activity of compatible solutes // Phytochemistry. 1989. V. 28. P. 1057-1060.