Вплив нафтового забруднення грунту на вміст аскорбінової кислоти та активність аскорбатоксидази в органах рослин люцерни округлої Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

УДК 581.144.2+581.524+581.55

Величко О., к.б.н., м.н.с., Терек О.1, проф., (biofr@franko.lviv.ua) ©

Лье1еський нацюнальний ушверситет ¡мет 1вана Франка, кафедра ф1зюлогп та екологИрослин

ВПЛИВ НАФТОВОГО ЗАБРУДНЕННЯ ГРУНТУ НА ВМ1СТ АСКОРБ1НОВО1 КИСЛОТИ ТА АКТИВН1СТЬ АСКОРБАТОКСИДАЗИ В ОРГАНАХ РОСЛИН ЛЮЦЕРНИ ОКРУГЛО1

Показано, що елементами загальног адаптивног вгдповгдг рослин люцерни округлог (Medicago lupulina L.) до нафтох1м1чного забруднення грунту е нагромадження у гг органах низькомолекулярного антиоксиданту - аскорбату, вм1ст якого зменшуеться на фош активацп аскорбатоксидази гз зростанням концентрацп нафти у Трунт1.

Ключо^^ слова: люцерна округла, нафтох1м1чне забруднення, адаптащя, аскорбтова кислота, аскорбатоксидаза

Вступ. Вивчення проблеми адаптаци рослин до стресових умов середовища е актуальною проблемою сучасно! бюлоги. Вщносно юнуючих сьогодш досить грунтовних уявлень щодо механiзмiв стшкост рослин до таких екстремальних чинникiв як гiпо- та гiпертермiя, засуха, засолення, дiя важких металiв та iн., природа адаптаци рослин до екстремальних грунтових умов, спричинених забрудненням нафтою, е малодослщженою. Проблема ж навантаження грунтiв нафтою е глобальною, оскшьки деградацiя унаслщок нафтового забруднення грунтiв несе загрозу загально! деградаци Земно! поверхнi.

Наслщки забруднення грунтiв нафтою через И полшомпонентшсть е рiзнобiчними, а саме:

• токсичш елементи й пари легколетючих вуглеводнiв безпосередньо пригнiчують бюлопчш процеси у грунтовiй екосистемi;

• важю вуглеводнi нафти (смоли, асфальтени) призводять до стшко! riдрофобiзацп поверхш грунту й знижують його вологоемшсть, унаслiдок чого заблоковуеться доступнiсть наявних поживних речовин;

• одновалентнi катюни супутнiх солей призводять до засолення грунту;

• за рахунок вуглеводшв нафти порушуеться наявне у грунт спiввiдношення вуглецю й азоту. Таю грунти е практично непридатними для життедiяльностi як грунтово! бiоти, так i вищих рослин. Встановлено, що здатшстю виживати за умов забруднення грунту нафтою володшть рослини осоки шорстковолосисто! (Сагех Ыпа L.) [9; 4] та люцерни округло! (Medicago 1ири1та L.) [1]. Проте, роботи щодо вивчення природи адаптаци рослин до рiзнобiчно екстремальних грунтових умов, спричинених навантаженням нафтою, е поодинокими i мають фрагментарний характер.

Оскшьки одшею iз визнаних загальних реакцш рослин на стрес найрiзноманiтнiшо! природи е збшьшення продукцi! активних форм кисню й

© Величко О., Терек О.1, 2008

29

в1дпов1дне шщшвання активаци системи протиди окислюючш деструкци у кл1тиш, метою роботи було вивчення функцюнування антиоксидантно! системи захисту рослин люцерни округло! за умов забруднення грунту нафтою, що з'ясовували, оцшюючи вмют у органах рослин одного з низькомолекулярних антиоксидант1в - аскорбату та ферментативно! активност аскорбатоксидази.

Матер1али 1 методи. Об'ектом дослщжень були рослини виду люцерна округла (Medicago lupulina L.). Насшня пророщували у ящиках, заповнених модифшовано забрудненим нафтою грунтом [4]. Концентраци нафти, внесет у грунт, становили 5, 50 та 75 г/кг грунту. Контролем вважали рослини, вирощеш на грунт без нафти. Для анал1з1в використовували рослини 4-мюячного вшу.

Вмют аскорбшово! кислоти й активност аскорбатоксидази визначали спектрофотометрично окремо у коренях та в надземнш частиш рослин [7; 2].

Результати дослщжень. Основним мюцем бюсинтезу аскорбшово! кислоти (АК) е зелеш листки, тому для переважно! бшьшост рослин характерне переважання вмюту АК у листках пор1вняно з тдземними органами [3]. Для рослин люцерни в листках вмют аскорбату був вищим вщносно корешв бшьше, шж удв1ч1 (рис. 1).

250

200

о 150

100

50

2 Контроль 1 2 3

1 - 5 г, 2 - 50 г, 3 - 70 г нафти / кг грунту Рис. 1 Вплив нафтового забруднення грунту на вм1ст аскорбату в органах рослин люцерни округлоУ

Бшьш1 концентраци антиоксиданив у листках пор1вняно з коренями пояснюють також вищим р1внем окисно-вщновних реакцш у листках через наявшсть хлоропласт1в, котр1 е джерелом продукцп активних форм кисню, а ненасичеш жирш кислоти !х мембран е субстратами вшьнорадикальних окисних процеав [11]. Зростання штенсивност вшьнорадикальних процеав вщбуваеться у раз1 потрапляння рослин у стресов1 умови. Для стримування окисно! деструкци у кл1тинах активуються захисш антиоксидантш системи, одним з мехашзм1в дп яких е нагромадження низькомолекулярних антиоксиданив, здатних, як аскорбат, протид1яти високоактивним кисневим штермед1атам шляхом безпосередньо! з ними взаемоди, або ж - беручи участь у вщновленш шших низькомолекулярних антиоксидант1в шляхом неферментативних { ферментативних реакцш [5, 8, 10, 12].

Нагромадження кшькост аскорбшово! кислоти як у листках, так \ коренях рослин люцерни округло! вщбувалося за екстремальних грунтових умов, спричинених забрудненням нафтою. При цьому, як видно з рис. 1, найбшьш1 кшькост АК виявлено за найнижчо! концентраци нафти у грунту а !з

30

0

зростанням рiвня навантаження грунту нафтою вмют аскорбату знижувався. Зниження кшькост аскорбшово! кислоти iз посиленням ди стресового чинника, очевидно, можна пояснити вичерпуванням пулу антиоксиданта у ходi захисту вiд гострого оксидативного стресу, спричиненого високою концентрацieю нафти у грунт, оскiльки показано використання аскорбату при адаптаци рослин, наприклад, до токсично! ди важких металiв [6].

Зменшення вмiсту АК у органах рослин люцерни iз зростанням концентраци нафти у грунт вiдбувалося на тл активаци аскорбатоксидази (рис. 2).

I 14

I 12

т ф ^ 10

Листки

Кореы

1 - Контроль, 2 - 5, 3 - 50 г нафти / грунту Рис. 2 Актившсть аскорбатоксидази у органах люцерни округлоУ шд впливом нафтового забруднення грунту

Зростання активностi аскорбатоксидази означав збшьшення кiлькостi дегiдроформ аскорбату (дегщроаскорбшово! (ДАК) та дикетогулоново! (ДКГК) кислот), що, очевидно, призводить до змщення за умов забруднення грунту нафтою рiвноваги АК / (ДАК + ДКГК) [6, 8] та шщше активацш системи протидi! окислючiй деструкцш у клiтинi. Грунтовнiше з'ясування природи функцiонування системи антиоксидантного захисту, а саме ферментв, задiяних у синтезi чи вiдновленнi аскорбату за участю ферментiв так званого аскорбат-глутатюнового циклу та за рахунок кл^инного вiдновника НАДФН [8, 12], що працюють на пiдтримання антиоксидантно-прооксидантно! рiвноваги у клiтинi, е метою наших подальших дослiджень. Такi дослiдження е актуальними, оскiльки розумiння природи адаптаци рослин, толерантних до умов нафтозабрудненого грунту залежно вщ конкретних грунтово-^матичних умов та фiзiологiчних особливостей окремих видiв рослин, дозволить ефективно застосовувати вибраш рослини для вiдновлення земель, деградованих унаслiдок !х навантаження нафтою.

Висновки. Отож, отримаш нами результати показали, що елементами загально! адаптаптивно! вiдповiдi рослин люцерни округло! до нафтового забруднення грунту е нагромадження у !! органах низькомолекулярного антиоксиданту - аскорбату, вмют якого зменшуеться на фонi активаци аскорбатоксидази iз зростанням концентрацi! нафти у грунт.

Л1тература

1. Величко О.1., Яворська Н.Й., Терек О.1. Рiст та розвиток рослин люцерни в умовах забруднення нафтою грунту. Матерiали мiжнар. науково-практично! конф."Наукове забезпечення iнновацiйного розвитку аграрного виробництва в Карпатському регюш". - Оброшино. - 2007. - С. 81-85.

31

8

6

4

2. Гавриленко В.Ф., Ладыгина М.Е., Хандобина Л.М. Большой практикум по физиологии растений. Фотосинтез. Дыхание. Учеб. Пособие. - М.: "Высшая школа", 1975. - С. 290-292.

3. Белчгаз1 В.Й. Сортов! особливоси динамки аскорбшово! кислоти i глутатюну в органах винограду. // Науковий вюник УжНУ. Серш: Бюлопя. - 2004. - № 11. - С. 66-68.

4. Джура Н., Цвшинюк О., Терек О.1. Вплив нафтового забруднення грунту на морфофiзiологiчнi особливосп рослин // Вiсник Львiвського ун-ту. Серiя бiологiчна. - 2005. - Випуск 40. - С. 51-58.

5. Кения М.В., Лукаш А.И., Гуськов Е.П. Роль низкомолекулярных антиоксидантов при окислительном стрессе // Успехи соврем. биологии. - 1993.

- 113. - № 4. - С. 456-461.

6. Миюевич 1.М. Роль аскорбшово! кислоти та ферменпв !! метаболiзму в адаптаци рослин до токсично! ди юшв свинцю. Автореф. дис. ... канд. бюл. наук. Львiв, 2003. - 20 с.

7. Муаенко М.М., Паршикова Т.В., Славний П.С. Спектрофотометричнi методи в практищ фiзiологi!, бiохiмi! та екологи рослин / Ки!в: Ф^оцентр. -2001. - С. 127-129.

8. Таран Н.Ю., Оканенко О.А., Бацманова Л.М., Муаенко М.М. Вторинний оксидний стрес як елемент загально! адаптивно! вщповвд рослин на дш несприятливих факторiв довкiлля // Физиология и биохимия культ. растений. -2004. - Т. 36. - № 1. - С. 3-14.

9. Цайтлер М.Й. Змши структури ценопопуляцш Carex hirta в умовах нафтового забруднення екототв на Бориславському нафтовому родовищi // Екологiя та ноосферолопя. - 2000. - Т. 9. № 1-2. С. 127-132.

10. Чиркова Т.В., Новицкая Л.О., Блохина О.Б. Перекисное окисление липидов и активность антиоксидантних систем при аноксии у растений с разной устойчивостью к недостатку кислорода // Физиология растений. - 1998. - Т. 45.

- № 1. - С. 65 - 73.

11. Asada K. Radical production and scavenging in the chloroplasts // Photosyntesis and the Envirnment. Netherlands: Kluver Academic Publishers, 1996. - P. 123-150.

12. Foyer C. Y., Descourvieres P., Kunert K.J. Protection against oxygen radicals: an important defence mechanism studied in transgenic plants // Plant Cell Environ. -1994. - 17. - № 2. - P. 507-523.

Summary

It is shown that one of the elements of general adaptive reaction of alfalfa plants (Medicago lupulina L.) to soils contamination with the crude oil is increasing in level of the low-molecular antioxidant - ascorbate, which decreases with increment of oil concentration in the soil and activating of ascorbate oxydase in a plant organs.

Key words: Medicago lupulina plants, oil pollution of soil, adaptation, ascorbic acid, ascorbate oxydase

Стаття надтшла до редакцИ 11.08.2008

32