Научная статья на тему 'Влияние тяжелых металлов и пониженных температур на морфо-физиологические процессы проростков гречихи и пшеницы'

Влияние тяжелых металлов и пониженных температур на морфо-физиологические процессы проростков гречихи и пшеницы Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

CC BY
730
164
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ГРЕЧИХА / ПШЕНИЦА / ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ / ПОНИЖЕННЫЕ ТЕМПЕРАТУРЫ / BUCKWHEAT / HEAVY METALS / LOW TEMPERATURES

Аннотация научной статьи по сельскому хозяйству, лесному хозяйству, рыбному хозяйству, автор научной работы — Мазей Наталья Григорьевна, Медная А. Е.

Исследовано влияние тяжелых металлов и пониженных температур на морфо-физиологические Процессы проростков гречихи и пшеницы.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по сельскому хозяйству, лесному хозяйству, рыбному хозяйству , автор научной работы — Мазей Наталья Григорьевна, Медная А. Е.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

The impact of heavy metals and low temperatures on the morphological and physiological processes in seedlings of buckwheat and wheat

The effect of heavy metals and low temperatures on the morphological and physiological processes of buckwheat and wheat seedlings was studied.

Текст научной работы на тему «Влияние тяжелых металлов и пониженных температур на морфо-физиологические процессы проростков гречихи и пшеницы»

ИЗВЕСТИЯ

ПЕНЗЕНСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ПЕДАГОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА имени В. Г. БЕЛИНСКОГО ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ № 25 2011

IZVESTIA

PENZENSKOGO GOSUDARSTVENNOGO PEDAGOGICHESKOGO UNIVERSITETA imeni V. G. BELINSKOGO NATURAL SCIENCES № 25 2011

УДК 581.1

ВЛИЯНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ И ПОНИЖЕННЫХ ТЕМПЕРАТУР НА МОРФОФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРОРОСТКОВ ГРЕЧИХИ И ПШЕНИЦЫ

© Н. Г. МАЗЕЙ, А. Е. МЕДНАЯ Пензенский государственный педагогический университет им. В.Г. Белинского, кафедра ботаники, физиологии и биохимии растений e-mail: natashamazei@mail.ru

Мазей Н.Г., Медная А.Е. - Влияние тяжелых металлов и пониженных температур на морфо-физиологические процессы проростков гречихи и пшеницы // Известия ПГПУ им В.Г. Белинского. 2011. № 25. С. 624-631. - Исследовано влияние тяжелых металлов и пониженных температур на морфо-физиологические Процессы проростков гречихи и пшеницы.

Ключевые слова: гречиха, пшеница, тяжелые металлы, пониженные температуры.

Mazei N.G., Mednaya А.Е. - The impact of heavy metals and low temperatures on the morphological and physiological processes in seedlings of buckwheat and wheat // Izv. Penz. gos. pedagog. univ. im.i V.G. Belinskogo. 2011. № 25. P. 624-631. - The effect of heavy metals and low temperatures on the morphological and physiological processes of buckwheat and wheat seedlings was studied.

Key words: buckwheat, wheat, heavy metals, low temperatures.

Развитие растений тесно связано с условиями окружающей среды. Условия внешней среды претерпевают периодические и случайные колебания, причем отклонения от благоприятных для жизни растений норм часто достигают опасных амплитуд. Действуя на растительный организм, неблагоприятные факторы вызывают в нем разнообразные ответные защитно-приспособительныереакции.Впроцессеэво-люции растения в различных эколого-климатических зонах приобрели устойчивость к определенным неблагоприятным факторам среды. Однако многие факторы среды, к которым растение эволюционно не приспособлено, могут оказывать стрессовое воздействие на организм, приводящее кразличным физико-химическим аномалиям в клетках растений, повреждению их структур и метаболических функций, снижению или полному подавлению образования de novo органического вещества [1, 7, 16].

Температура является одним из наиболее значительных лимитирующих факторов среды, определяющих географическое распространение и продуктивность растений. Тепловой режим среды обитания оказывает существенное влияние на интенсивность и направленность физиологических и биохимических процессов, рост и продуктивность растений [7].

Также важнейшим условием нормальной работы и развития растений является их оптимальная обеспеченность ионами металлов. однако при избыточном содержании в почве многие металлы начинают

оказывать токсическое действие на растения. Проблема загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами становится все более и более актуальной. Многие из этих металлов обладают высоким сродством к серосодержащим лигандам и образуют с ними прочные соединения. Поэтому, попадая в клетки, они взаимодействуют с SH-группами, инактивируя многие ферменты. Это вызывает разнообразные нарушения метаболизма клеток, с чем связана высокая токсичность тяжелых металлов. Среди тяжелых металлов, не относящихся к необходимымпитательнымэлементам, наиболее распространенРЬ.Связываясьнаповерхно-сти клеток или проникая в них, РЬ2+ может взаимодействовать функциональными группами белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов и других соединений, а также замещать ионы других металлов, связанные с этими группами. В результате возникают различные нарушения метаболизма, причем, обычно не ясно, какие из них первичные, а как являются следствием повреждения других процессов [15].

В последнее время параметры существования растений усложняются в связи с глобальными процессами на Земле, как естественными, так и антропогенными. Меняется климат, под влиянием хозяйственной деятельностичеловекапоявляютсяновыеэкосистемы, в которых должны выживать представители различных групп растений. Расширяется список культивируемых видов, а также интродуцируемых в различных биотопах форм и сортов. В связи с этим возрастает

потребность в точной оценке адаптивного потенциала растений, которая невозможна без изучения их устойчивости и повреждения при стрессовых воздействиях окружающей среды. Не постигнув сути процессов, происходящих в растениях, нельзя понять, как можно регулировать их рост и развитие в меняющихся условиях среды обитания. Как правило, в естественных условияхстрессовыефакторынедействуютпоотдель-ности. Совместное действие пониженных температур и тяжелых металлов недостаточно изучено. Можно предположить, что оно вызывает усиление ответных реакций в растениях, повреждающее действие двух стрессоров окажется более значительным, чем каждого стрессора в отдельности [2, 5].

Целью работы являлось изучение действия стрессовых факторов - пониженных температур и ионов РЬ2+ на морфофизиологические и биохимические процессы у растений пшеницы и гречихи на ранних этапах онтогенеза.

Исходя из поставленной цели, решали следующие задачи:

1. Изучить реакции прорастания семян и ростовые параметры при действии пониженных положительных температур.

2. Исследовать влияние ТМ (ионов РЬ2+) на ростовые характеристики и на анатомическое строение вегетативных органов пшеницы и гречихи.

3. Выявить изменения ферментативной активности (ПФО, МДА) в прорастающих семенах после действия стрессовых факторов (ТМ, пониженные температуры).

4.Последействиестрессовыхфакторовнасодер-жание пигментов в проростках растений.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ

Исследования проводились на семенах и проростках растений пшеницы (Тпйсит aestivum Ь., сорт Пирамида) и гречихи (Fagopyrum esculentum Моеп^ сорт Аромат).

Семена растений замачивали на 6 часов в воде, а затем подвергали воздействию пониженной температуры (00С), чтосоответствовало началу метаболической стадии прорастания.

После воздействия пониженными температурами, семена высаживали в растильни с растворами РЬ(П03)2 в концентрациях (0.005, 0,01 мМ), в каждую растильню по 50 семян, в 4 повторностях каждого варианта. Контрольные растения проращивали в дистиллированной воде. Во всех опытах использовали соли тяжелых металлов квалификации "х. ч.", отечественного производства.

Температура проращивания 25оС.

На 4 день проращивания определяли энергию прорастания, на 7 день - всхожесть семян (ГОСТ 12038-84) и проводили измерения ростовых характеристик (длина корня и побега).

Активность ПФО определяли по Бояркину [8]. Активность фермента определяли в прорастающих семенах сразу после охлаждения и спустя сутки.

Определение содержания МДА в растительных тканях основано на его реакции с 2-тиобарбиту-ровой кислотой (ТБК), в. результате чего образуется окрашенный продукт с максимумом поглощения при 532 нм [8]. Материалом для работы служили прорастающие семена и проростки гречихи и пшеницы. Активность фермента определяли в прорастающих семенах и проростках сразу после охлаждения и спустя сутки.

Содержание пигментов в листьях ювенильных растений определяли спектрофотометрически.

Полученные данные подвергали статистической обработке [17]. На рисунках отмечали средние арифметические и их стандартные ошибки.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ Влияние стрессовых факторов на энергию прорастания и всхожесть семян гречихи и пшеницы

Стрессовые реакции растений на физические факторы проявляются в нарушении равновесного состояния систем и способствуют достижению нового равновесия [3]. В семенах эти процессы инициируются при действии стрессоров больших интенсивностей, летальных и сублетальных для проростков и взрослых растений [12]. Изучению закономерностей прорастания семян и влиянию на прорастание физического воздействия посвящены работы многих ученых [4, 5,

10, 11, 13].

В период прорастания семян закладываются зачатки генеративных и вегетативных органов, поэтому изменение физиологических процессов этого этапа, вызванное стрессором, отразится на протекании всех последующих этапов онтогенеза, на росте и продуктивности растений [9].

Обработка семян пониженной температурой и тяжелыми металлами привела к изменению энергии прорастания и всхожести семян пшеницы (табл.1).

Таблица 1.

Влияние пониженных температур и солей тяжелых металлов на энергию прорастания и всхожесть семян пшеницы; М ±

Вариант опыта Энергия прорастания (4 сут), % Всхожесть (7 сут), %

Контроль 85,4 ± 2,0 95,8 ± 3,1

0оС 58,3* ± 1,9 68,75* ± 2,8

0,005ммоль РЬ(П03>2 72,1* ± 2,2 92,8 ± 2,8

0оС +0,005 ммоль РЬ(П03>2 43,9* ± 3,2 82,2* ± 3,0

0,01ммоль РЬ(П03)2 90,3 ± 3,1 94,1 ± 2,8

0оС +0,01 ммоль РЬ(П03>2 54,2* ± 2,8 72,3* ± 1,9

Наибольшая энергия прорастания наблюдается в контроле. По сравнению с контрольными семенами, семена подвергшиеся охлаждению снизили ЭП на 26,7%. Семена, которые после охлаждения росли на растворах тяжелых металлов снизили ЭП на 31-41%. Семена, которые росли на растворах соли РЬ(П03)2 концентрации 0,005мМ и 0,01 мМ, снизили ЭП на 13 %. Таким образом, совершенно очевидна зависимость энергии прорастания семян пшеницы от охлаждения, тяжелых металлов и совместного их влияния. При помещении семян в эти стрессовые условия ЭП уменьшалась.

Понятие всхожести как показателя качества партии семян - чем выше доля непроросших семян, тем ниже качество проросших, - было обосновано в работе Абдалла и Робертса (1969) и объяснено тем, что в пределах каждого семени потеря способности к прорастанию предшествует потери качества или силы. Всхожестьсемян, определяемаяввозрасте7 сут, более интегрируемыйпоказатель, т. к. характеризуетпроцес-сы роста, питания, включения ферментов и др. Всхожесть контрольных семян самая высокая. По сравнению с ней всхожесть семян, которые охлаждали при 0°С снизиласьна26,25 %. Всхожестьсемян,обработан-ных солями РЬ 0,005 мМ и 0,01 мМ снизилась на 1 и 17 % соответственно. Всхожесть семян снизилась на 23,8 и 13,8 % у семян, подвергшихся охлаждению и воздействию тяжелых металлов.

При действии НТ, РЬ(П03)2, и этих стрессоров совместно на энергию прорастания и всхожесть семян обнаруженапрямаязависимость.Перечисленныефак-ты дают возможность считать ответ растений на воздействие различных факторов универсальным.

Изменение параметров ЭП и всхожести семян гречихи после воздействия НТ и солей свинца носило аналогичный характер (табл. 2).

Таблица 2.

Влияние пониженных температур и солей тяжелых металлов на энергию прорастания и всхожесть семян гречихи; % ,М ±

ЭП семян гречихи, выращенных при 0,005 мМ РЬ(П03)2 самая высокая - по сравнению с контролем этот показатель выше на 10,5 %. Но при увеличении воздействия стрессовых факторов ЭП снижается, что говорит о постепенном угнетающем воздействии на растение.

Возможно, это свидетельствует о хорошей приспособленности сорта к данному стрессовому фактору. Также как и в случае с ЭП, всхожесть снижается при увеличении стрессовых факторов на растения (при увеличении концентрации РЬ до 0,01 мМ, и при совместном воздействии охлаждения и тяжелых металлов 0,01 и 0,005 мМ). Таким образом, растения гречихи и пшеницы по-разному реагируют на стрессовые факторы в виде пониженной температуры, солей тяжелых металлов и совместного их воздействия, что проявилось в различном снижении, как энергии прорастания, так и всхожести данных семян. Если у пшеницы мы наблюдаем прямую зависимость ЭП и всхожести от воздействия на нее стрессоров (при воздействии стрессоров по сравнению с контролем данные параметры снижаются), то у гречихи наиболее высокие показатели при воздействии на нее солей тяжелых металлов 0,005 мМ, что говорит о ее большей сортовой приспособленности к данному фактору, по сравнению с пшеницей.

Последействие пониженных температур и тяжелых металлов на рост проростков гречихи

Воздействие пониженных температур в период прорастания семян и начальных фаз вегетации проявляется в удлинении вегетационного периода и снижении основных элементов продуктивности. При этом замедляются дифференциация конуса нарастания и прохождение этапов морфогенеза, снижается количество вновь сформированных органов растений и скорость их появления; изменяется образование и структуракорней;снижаетсяинтенсивностьцветения, наполнение плодов и семян [5].

В связи с возрастающим антропогенным воздействием на окружающую среду проблема ее загрязнения тяжелыми металлами (ТМ) становится все более актуальной. Многиерастенияобладаютспособностью аккумулировать тяжелые металлы в количестве, во многом превышающем их содержание в почве, и как результат, являются основным источником их поступления в пищевые цепи [15].

Загрязнение свинцом мест обитания растений оказывает токсическое действие на метаболические процессы, вызывая нарушение митозов и хлороз листьев, нарушение структуры ядрышек, ингибирование роста корней и побегов, снижение фотосинтеза, транспирации, репликации ДНК и ингибирование или стимуляция активности ферментов [6].

Нами было изучено последствие НТ и ТМ на рост и развитие растений пшеницы и гречихи в возрасте 7 и 10 суток.

НТ и ТМ оказали влияние на рост корней проростков пшеницы. В возрасте 7 суток наибольшая длина корня пшеницы наблюдается при 0,005 ммоль.

Вариант опыта Энергия прорастания (4 сут), % Всхожесть (7 сут),%

Контроль 37,2 ± 2,0 83,3 ± 2,4

0оС 16,6* ±1,8 41,6* ± 3,1

0,005ммоль РЬ(П03)2 37,5* ± 2,2 74,5* ± 3,1

0оС +0,005 ммоль РЬ(П03>2 11,9* ± 3,9 24,0* ± 2,2

0,01ммоль РЬ(П03)2 28,0* ± 2,2 66,5* ±2,7

0оС +0,01 ммоль РЬ(П03>2 10,2* ± 4,0 28,3* ± 3,3

Рис. 2. Влияние НТ и ТМ на рост корней проростков пшеницы.

Длина корня снижается в контроле и при 0,01 ммоль в 1,03 и 1,11 раз соответственно. При воздействии НТ и ТМ наблюдается замедление роста корня, т.о. концентрация ТМ 0,005 ммоль оказывает стимулирующее действие на рост корня в возрасте 7 суток. Повышение концентрации ТМ до 0,01 ммоль не привело к такому же эффекту. При совместном воздействии НТ и ТМ наблюдается еще более угнетающее действие на корневую систему.

В возрасте 10 суток в контроле наибольшая длина корня. При воздействии ТМ длина корня закономерно уменьшается (при 0,005 ммоль по сравнению с контролем в - 1,15 раз; при 0,01 ммоль - в 1,64 раза). Не смотря на небольшое увеличение корня при 0,005 ммоль, при увеличении стрессовых факторов (совместное воздействие ТМ и НТ, а так же 0,01 ммоль) происходит уменьшение длины корня, что говорит об ее угнетении ростовых процессов в этих условиях.

В возрасте 7 суток (так же как и корень пшеницы в возрасте 7 суток) наибольший рост побега наблюдается при концентрации 0, 005 ммоль (аналогично и в корне). Длина побега снижается в контроле и при 0,01 ммоль в 1,24 и 1,1 раза соответственно. При совместном действии НТ и ТМ и отдельно НТ наблюдается еще большее угнетающее действие на побег пшеницы в возрасте 7 суток.

В возрасте 10 суток наибольшее значение длина побега наблюдается при 0,005 ммоль. Практически не отличается от длины побега при 0,005 ммоль длина по-

бега в контроле. С увеличением концентрации ТМ до 0,01 ммоль можно наблюдать уменьшение длины побега, что говорит об угнетающем действии ТМ на растения. Длина побега 10 суток при совместном действии ТМ и НТ и отдельно НТ выше, чем у 7-ми суточных растений в таких же условиях.

У 7-ми суточных растений пшеницы прирост корня и побега, уменьшается по сравнению с контролем при 00С, НТ и ТМ 0,005 и 0,01 ммоль, вероятно, процесс адаптации у растений в данных стрессовых условиях еще не закончен. Чего нельзя сказать о ТМ 0,005 ммоль - в этом варианте опыта прирост корня и побега больше, чем в контроле. Это указывает на то, что растения чувствуют себя комфортно в данной среде. При ТМ 0,01 ммоль прирост корня меньше, а прирост побега больше, чем в контроле. Это говорит о том, что адаптация разных частей растения - надземной и подземной, идет с разной скоростью в данных стрессовых условиях. Аналогичный эффект можно наблюдать и у 10-ти суточных растений при ТМ 0,005 ммоль

- прирост корня меньше, чем прирост побега по сравнению с контролем. У 10-ти суточных растений пшеницы во всех остальных вариантах опыта наблюдается уменьшение прироста корня и побега по сравнению с контролем, т.е. растениянаходятсявстадииадаптации к стрессовым факторам.

Рис. 3. Влияние НТ и ТМ на рост побегов проростков пшеницы.

□ 7 сувс □ 10 гтуто*

Рис. 4. Влияние НТ и ТМ на рост корней проростков гречихи.

У растений гречихи в возрасте 7 суток максимальное значение длины корня наблюдается в контроле, при 0,005 ммоль и при 0,01 ммоль меньше, чем в контроле в 1,32 и 1,66 раз соответственно. При 00С длина корня гречихи в возрасте 7 суток уменьшилась в 2,32 раза. Закономерно уменьшилась длина корня при совместном действии НТ и ТМ.

В возрасте 10 суток растений гречихи, можно сказать, что максимальная длина корня при ТМ 0,005 ммоль. Вероятно, данная концентрация стимулирует рост корня. Чуть меньше показатель в контроле, а по сравнению с ним, во всех остальных вариантах опыта,мы наблюдаем уменьшение величины корня. Для 10-ти суточных растений гречихи стимулирующее влияние на рост оказывают ТМ 0,005 ммоль. Все остальные стрессовые факторы (ТМ 0,01 ммоль, со-

ШЯШШу

□ 7суш □ Юсупа

Рис. 5. Влияние НТ и ТМ на рост побегов проростков гречихи.

вместное действие НТ и ТМ, 00С ) оказывают угнетающее воздействие.

Влияние НТ и ТМ на рост побегов гречихи в воз-расте7 суток, практически не отличаются междусобой в контроле и при 0,005 ммоль. Вероятно, концентрация ТМ 0,005 ммоль стимулирует рост. Впоследствии, в возрасте 7 суток, уменьшение длины побега наблюдается при 00С, совместном действии НТ и ТМ, и более высокая концентрация ТМ 0,01 ммоль. Эти стрессоры негативно влияют на рост побегов гречихи в возрасте 7 суток, угнетая их.

Наибольшее значение длины побега у 10-ти суточных растений наблюдается в контроле, чуть меньше при 0,005 ммоль. При 0,01 ммоль наблюдается меньший рост побега. Закономерно уменьшение длины корня у растений, на которые воздействуют НТ и ТМ. Самое низкое значение длины побега гречихи в возрасте 10 суток у растений, которые подвергались охлаждению. Возможно, для растений этого возраста охлаждение является одним из факторов ингибирования роста побегов.

Во всех вариантах опыта у 7-ми суточных растений гречихи происходит уменьшение прироста корня и побега по сравнению с контролем, а значит, что растения еще адаптируются к стрессовым условиям. У

10-ти суточных растений гречихи наблюдается уменьшение прироста побега во всех вариантах опыта. Прирост корня увеличивается при ТМ 0,005 ммоль, уменьшаясь во всех остальных вариантах опыта. Вероятно, концентрация свинца 0,005 ммоль оказывает стимулирующее действие на рост корня в возрасте 10-ти суток.

Активность полифенолоксидазы в прорастающих семенах гречихи и пшеницы после воздействия стрессовых факторов

Полифенолоксидазы представляют собой ферменты, окисляющие в присутствии молекулярного кислорода различные фенолы и их производные с образованием соответствующих хинонов. Активность полифенолоксидаз возрастает при механическом повреждении плодов, воздействии низких температур, кристаллизации воды при замораживании и т. д. Хотя физиологическая роль ПФО остается недостаточно ясной. Показано изменение ее активности в онтогене-

ММОЛЬ ммоль ммоль ммоль □ 24 часа после охлаждения п48 часов после охлаждения

Рис. 6. Изменение активности полифенолоксидазы в прорастающих семенах гречихи при воздействии на них охлаждения и солей тяжелых металлов.

зе растений (активация ПФО при старении), при повреждениях и патогенезе [14].

Через 24 часа после охлаждения активность по-лифенолоксидазы у растений гречихи имеет прямую зависимость, т.е. чемвболеестрессовыхусловияхока-зываются прорастающие семена, темвышеактивность ПФО. По сравнению с контролем, активность ПФО увеличилась в 1,6 раз у семян, подвергшихся охлаждению; в 3,5 раза при воздействии 0,005 мМ РЬ(П03)2; в 6 раз - при совместном влиянии охлаждения и воздействия 0,005 мМ РЬ(П03)2; в 8,7 раз при увеличении концентрации РЬ(П03)2 до 0,01 мМ и в 10,5 раз при совместном влиянии охлаждения и воздействия РЬ(П03)2 0,01 мМ. Возможно, это связано с запуском протеолитических процессов мобилизации запасных веществ в прорастающих семенах.

Активность ПФО, являющейся одной из терминальных оксидаз растительной клетки, в неблагоприятных и стрессовых условиях среды усиливается, и наряду с ПО участвует в окислении фенольных соединений, которые являются антиоксидантами, и выступают в качестве защитных компонентов растительной клетки. Поэтому увеличение активности фенолокис-ляющих ферментов можно рассматривать в качестве одного из индикаторов неустойчивости вида [14].

Через 48 часов после охлаждения активность ПФО, наблюдаем малое отличие активности фермента контрольных семян от тех, которые прорастали на растворах тяжелых металлов 0,005 и 0,01 ммоль, активность ПФО в данном случае увеличилась лишь в

1,3 и в 1,6 раз соответственно. Это может свидетельствовать о том, что концентрации РЬ(П03)2 не являются серьезным стрессовым фактором на данной стадии произрастания. Активность ПФО увеличилась в 2 раза в прорастающих семенах, которые подверглись охлаждению. Самая высокая активность фермента наблюдается при воздействии 2-х стрессовых факторов

- холода и воздействия соли свинца (по сравнению с контролем активность увеличилась в 4,4 раза при концентрации свинца в 0,005 ммоль и в 6,9 раз при концентрации в 0,01 ммоль).

Активность ПФО во всех вариантах опыта после 24 часов охлаждения увеличилась по сравнению с

Рис. 7. Изменение активности полифенолоксидазы в прорастающих семенах пшеницы при воздействии на них охлаждения и солей тяжелых металлов.

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

Рис. 8. Изменение активности МДА в прорастающих семенах гречихи после охлаждения и воздействия тяжелых металлов.

контролем. Самый высокий показатели ПФО наблюдается при ТМ 0,01 ммоль, по сравнению с контролем активность фермента возрослав21,1раза.Дальшеуве-личение активности ПФО наблюдается при НТ и ТМ

0,005 и 0,01 ммоль - в 15,3 и 7,8 раза соответственно, при ТМ 0,005 ммоль - в 5,1 раза, при НТ 0°С в 4,1 раза.

Через 48 часов после охлаждения мы наблюдаем прямую зависимость активности ПФО от увеличения воздействия стрессовых факторов.

При воздействии стрессовых факторов в виде НТ, ТМ и их совместного воздействия растения гречихи и пшеницы реагируют повышением ПФО по сравнению с контролем. ПФО выделяется в большом количестве при неблагоприятных условиях и вместе с фенольными соединениямиучаствует в антиоксидант-ной защите. Таким образом, в растениях через 24 и 48 часов после охлаждения включаются защитные механизмы от стресса.

Влияние НТ и ТМ на активность малонового диальдегида в прорастающих семенах

Малоновый диальдегид (МДА) — продукт пере-кисного окисления липидов. В ответ на различные стрессовыевоздействиявтканяхрастенияпроисходит увеличение содержания МДА, что связано с активацией в этих условиях свободнорадикальных реакций в клетках. Таким образом, содержание МДА может служить показателем активности окислительных процессов, обусловленных кислородными радикалами.

Концентрация МДА в прорастающих семенах и проростках гречихи после воздействия пониженных температур и РЬ(П03)2 0,005 и 0,01 мМ (рис.8) через 24 часа после охлаждения во всех вариантах опыта увеличилась.

Самый высокий показатель наблюдается при НТ и ТМ 0,005 ммоль. По сравнению с контролем этот показатель увеличился в 5,79 раза. Вероятно, это связано с увеличением окислительного стресса. Чуть меньше значения НТ и ТМ 0,005 ммоль концентрация МДА при ТМ 0,005 ммоль. При НТ, ТМ 0,01 ммоль и при НТ и ТМ 0,01 ммоль наблюдается уменьшение концентрации МДА по сравнению с НТ и ТМ 0,005 ммоль ,но значительно увеличение в сравнении с контролем в

3,82,3,27и 4,7разасоответственно.Такимобразом,ак-тивность МДА увеличивается при увеличении стрессовых условий.

В контроле через 96 часов после охлаждения увеличилась активность МДА по сравнению с контролем через 24 часа после охлаждения в 5,57 раз. Такая же закономерность в увеличении МДА по сравнению с 24 часами после охлаждения наблюдается при НТ 00С, ТМ 0,005 ммоль и 0,01 ммоль. Это может свидетельствовать о том, что растения еще не закончили процесс адаптации и продолжают восстанавливать последствия, вызванные окислительным стрессом. При совместном воздействии НТ и ТМ 0,005 ммоль наблюдается понижение активности МДА по сравнению с теми же вариантами опыта через 24 часа после охлаждения в

8,4 раза. Практически не изменилась активность МДА при НТ и ТМ 0,01 ммоль. Это может указывать на то, что данные растения стабилизировали свое состояние, погасив выброс активированных форм кислорода активизацией антиоксидантной системы.

ннлхп. [ГС 0,005 0*0*0,005 И.ОІ [Г&ДП1

ЫЫйП] ИН01Ъ Ы ПОП] ШКПм

□ 24 чвн пне сиитденш □ 96 чкоа 1ше актдет

Рис. 9. Изменение активности МДА в прорастающих семенах пшеницы через 24 и 96 часов после охлаждения и тяжелых металлов.

Через 24 часа после охлаждения у растений пшеницы (рис. 9) по сравнению с контролем наблюдается увеличение концентрации МДА при ТМ 0,005 и 0,01 ммоль, 00С, НТ и ТМ 0,01 ммоль в 2,61; 1,1, 1,78 1,62

раза соответственно, что связано с усилениеми окислительного стресса. При НТ и ТМ 0,005 ммоль по сравнению с контролем активность МДА уменьшилась в 2,06 раза.

Через 96 часов после охлаждения по сравнению с контролем практически не изменилась активность МДА при 00С, уменьшилась при ТМ 0,01 ммоль и при НТ и ТМ 0,01 ммоль. Скорее всего в этих вариантах опыта растении стабилизировали свое состояние. По сравнению с контролем увеличилась активность МДА при ТМ 0,005 ммоль и при НТ и ТМ 0,005 ммоль, что может свидетельствовать о том, что растения еще не закончили процесс адаптации и продолжают восстанавливать последствия, вызванные окислительным стрессом.

МДА, также как и ПФО, выделяется в стрессовых условиях и выступает как компонент антиок-сидантной защиты. У растений гречихи и пшеницы активность этого фермента увеличилась во всех вариантах опыта, кроме НТ и ТМ 0,005 моль - у растений гречихи через 96 часов после охлаждения, а у растений пшеницы - через 24 часа. Эти результаты могут говорить о том, что растения в данном варианте опыта максимальноприспособилиськстрессовымусловиям, а потому и образование МДА минимально.

Изменение содержания пигментов в проростках при НТ и ТМ

Действие ионов металлов на растения, помимо снижения общей суммы пигментов, проявляется в форме изменения соотношения пигментов в листьях. Ионы металлов в различной степени изменяют это «идеальное»соотношениепигментов,темсамымнару-шают работу фотосинтетического аппарата растений.

Нами было изучено содержание пигментов в проростках гречихи при воздействии НТ и ТМ (рис.10).

Рис. 10. Содержание пигментов в листьях гречихи после воздействия НТ и ТМ.

В листьях гречихи во всех вариантах опыта на-блюдаетсяизменениесодержанияпигментов(концен-трации хлорофилла а (Хл а), хлорофилла Ь (Хл Ь), ка-ротиноидов ( Кар)иобщегоколичествапигментов). На фоне общего снижения числа пигментов наблюдается

Рис. 11. Содержание пигментов в листьях пшеницы после воздействия НТ и ТМ.

повышение концентрации Хл а, снижение концентрации Хл Ь, повышение числа Кар. Повышение концентрации Хл а происходит за счет уменьшение Хл Ь для поддержания процесса фотосинтеза на оптимальном уровне. У величение концентрации каротиноидов способствует защите растений от свободных радикалов, которые образуются в результате стрессирующего действия НТ, ТМ и их совместного воздействия.

Соотношение пигментов в листьях пшеницы (рис.11) во всех вариантах опыта достоверно не отличается от контроля. следовательно, у растений пшеницы прослеживается видоспецифичность и большая устойчивость к НТ, ТМ и совместному их влиянию в фотосинтетическом аппарате клеток.

соотношение пигментов у растений гречихи отличается в стрессовых условиях от контроля - повышается концентрация хлорофилла а, снижается количество хлорофилла Ь и увеличивается число каротино-идов. Таким образом, растения гречихи реагируют на неблагоприятные условия изменением соотношения пигментного состава для оптимизации фотосинтеза и защиты от свободных радикалов. Чего нельзя сказать о растениях пшеницы - в стрессовых условиях соотношение пигментов достоверно не отличается от контроля, что говорит об устойчивости пшеницы к данным стрессорам.

Пониженные температуры в виде кратковременного воздействия и дальнейшее выращивание растений на солях тяжелых металлов различной концентрации оказало влияние на анатомо-физиологические процессы растений гречихи и пшеницы. влияние НТ, ТМ и совместного их воздействия негативно сказывается на всхожести и энергии прорастания семян, что подтверждается повышенным содержанием ПФО и МДА, (являющимисямаркерами стресса).Изменение в пигментном составе растений гречихи в виде изменения соотношения концентрации пигментов говорит о том, что растения, таким образом, оптимизируют процесс фотосинтеза и защиты от свободных радикалов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Акимова Г.П., МаричеваЭ. А. Процессдифференциа-ции клеток кончика корня кукурузы при пониженной

температуре // Особенности физиологических процессов у растений при низких положительных и низких температурах. Якутск, 1980. С. 3-12.

2. Алехина Н. Д., Клюйкова А. И. Усвоение азота растениями при пониженной температуре // Физиология растений. 1986. Т. 33. Вып. 2. С. 372-387.

3. Веселова Т. В., Веселовский В. А., Чернавский Д. С. Стрессу растений. Биофизический подход М.: Изд-во МГУ. 1993. 148 с.

4. Зауралов О. А., Жидкий В. И. Последействие охлаждения на рост и фотосинтез растений проса // Физиология растений. 1982. Т. 29. Вып. 1. С. 98-103.

5. Зауралов О. А., Жидкий В. И. Морфогенез теплолюбивых растений в условиях пониженных температур // Физиология устойчивости растений нечернозем-нойзоныРСФСР.Межвуз. сб.науч. тр.Саранск, 1986. С. 4-14.

6. Лиу Д., Ли Т., Ян С., Ислам Е., Цзин С., Махмуд К. Влияние свинца на активность ферментов антиоксидант-ной защиты и ультраструктуру листьев у двух экотипов // Физиология растений. 2008. №1. С. 73-82.

7. Лукаткин А.С. Холодовое повреждение теплолюбивых растений и окислительный стресс. Саранск: Изд-во Мордов ун-та, 2002. 208с.

8. Малый практикум по физиологии растений / под ред. М. В. Гусева, 1982.

9. Нефедьева Е.Э., Хрянин В.Н. Последействие импульсного давления на содержание фитогормонов и

некоторые физиологические особенности растений гречихи // Физиология растений. 1999. Т.46. №2. С. 231-238.

10. Обручева Н.В., Антипова О.В. Физиология инициации прорастания семян // Физиология растений. 1997. Т. 44. С. 287-302.

11. Овчаров К.Е. Физиология формирования и прорастания семян. М.: Колос, 1976. 256 с.

12. Пахомова В.М., Основные положения современной теории стресса и неспецифический адаптационный синдром у растений // Цитология. Т. 37. № 1/2. 1995. С. 66-91.

13. Петровская-Баранова Т. П. Физиология адаптации и интродукция растений. М.: Наука, 1983. 151 с.

14. Половникова М.Г., Воскресенская О.Л. Активность компонентов антиоксидантной защиты и полифено-локсидазы у газонных растений в онтогенезе в условиях городской среды // Физиология растений. 2008. № 5. С. 699-705.

15. Серегин И.В., Кожевников А.Д. Роль тканей корня и побега в транспорте и накоплении кадмия, свинца, никеля и стронция // Физиология растений. 2008. № 1. С. 3-26.

16. Сичкарь В. И. О холодоустойчивости растений сои // Сельскохозяйственная биология. 1984. № 6. С.

11-16.

17. Шмидт В.М. Математические методы в ботанике. Л.: Изд-во Ленинградского ун-та, 1984. 64 с.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.