Зміни активності глутатіонредуктази проростків кукурудзи за дії важких металів та гербіциду фронт’єр Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

УДК 633.15 + 57.042

В. С. Бшьчук, H. О. Хромих Днтропетровський нацюнальний утверситет

ЗМ1НИ АКТИВ H OCT I ГЛУТАТЮНРЕДУКТАЗИ ПРОРОСТКШ КУКУРУДЗИ ЗА ДП ВАЖКИХ МЕТАЛЮ ТА ГЕРБ1ЦИДУ ФРОНТ'€Р

У модельному експеримент! дослщжували сшльну fliio ¡отв важких металт (свинцю, кад-М1Ю) i хлорацетаншпдного гербщиду фронт'ер на актившсть глутатюнредуктази [К.Ф. 1;6;4;2| у проростках кукурудзи на початкових стад1ях онтогенезу. Встановлено шдвищення активное™ ферменту в зерш, що проростае в присутносп гербщиду й ïohîb свинцш i кадмад, та варновання ензиматично'! активност! в проростках при сшльнш дн токсикантт.

In modelling experiment joint action of heavy metal ions (lead, cadmium) and cloroacetanilide herbicide frontjere on glutationreductase activity in maize seedlings at initial stages of ontogenesis was investigated. The increasing of enzyme activity in a sprouting grain at herbicide and ions of lead and cadmium presence and variation of enzyme activity in seedlings were established at joint action of toxicants.

Розкриття мсхашз\нв формування адаптацшних реакцш неможливе без ви-вчення антиоксидантних систем, зокрема глутатюнзалежнсн, яка бере участь у 6io-xiMi4HHX процесах захисту рослинно'1 клтши при стресовому вплив1 р1зноманптних бютичних i абютичних фактор1в. У природному середовипп мае мюце комб1нова-ний вплив речовин антропогенного походження на рослинш об'екти. Якщо ефекти токсичного впливу окремих шгред1ешлв забруднення агроценоз1в дослщжеш до-сить повно [3; 6; 7; 10], то вщомосп про одночасну дпо двох i бшьше стрес-фактор1в на ф1зюлого-бюх1м!Чну систему культурних рослин у npoueci ¡ндив¡дуального розвитку вкрай обмежеш [2; 4; 8]. Тому прогнозування ступеня пошко-дження вищих рослин i ïx адаптацн за дй' важких метал ¡в на тл1 гербщиджн оброб-ки е необхщним не тальки для визначення мехашзм1в впливу ксенобютиюв на рос-лини, але i для оптиупзацп життед1яльност1 рослин у техногенному середовищк Особливе м!сце серед мехашз\«в пристосування рослин до дп чинниюв довкшля поадае глутатюнзалежна ферментна система, зокрема глутатюнредуктаза (ГР), яка катал ¡зуе обернене окиснення шкотинамщадешщцнуклеотиду (НАДФ-Н) глутатю-ном. Фермент вщповщае за пщтримання високо'1 концентрацп' вщновленого глута-TioHy, е одним ¡з ключових у систем! захисту клгоши вщ продукпв перекисного окиснення лшдав, шдвищено!' концентрацй' вшьних радикал ¡в та шших активних форм оксигену в клггинь ХПтературш дат свщчать, що за участю ГР вщбуваеться адаптащя рослин до ди важких метагпв [7; 8], сполук фтору [3; 6], хшошв [1]. Вплив комплексу пшдливих чинниюв на глутатюнзалежну систему культурних рослин дослщжено недостатньо. Отже, вивчення особливостей ф1зюлого-6ioxiMi4HHX змш на рi вн i активности ГР пщ впливом важких метал1в та гербщидних препарата i особливо ïx комбшацш е актуальним та науково обгрунтованим. Основною метою було дослщження особливостей функшонування ГР у проростках кукурудзи на початкових стад1ях онтогенезу при вплив1 важких метал1в та р!зних концентрацш гербщиду хлорацетаншщно! групи окремо та в ïx комбшацн.

Матер1али та методи

Об'ектом дослщження були проростки кукурудзи пбриду Кадр 267 МБ. Конт-рольш зразки вирощували на дистильованш вод1, дослщш - в розчинах гербщиду

© BijibnyK B. C., Xpomhx H. 0., 2005

BicHHK ^mnponeTpoBctKoro ymBepcHTeTy. Eionom, eKonoria.

Visnik Dnipropetrovs'kogo universitetu. Seria Biologia, ekologia 7

Visnyk of Dnipropetrovsk University. Biology, ecology. Visn. Dnipropetr. Univ. Ser. Biol. Ekol. 2005. 13(1). ISSN 2310-0842 print ISSN 2312-301X online www.ecology.dp.ua

фронт'ер 3 концентращями 1мг/л, 5 мг/л i 10 мг/л, в розчинах азотнокислого свинцю i азотнокислого кадмЬо з концентращею 10"4 М/л та в розчинах, що мютили фронт'ер (10 мг/л) i солi важких метал1в (10"4 М/л). Визначення 6íoxímí4Hhx показтшв проводили в зерш, коренях i пагонах 3-, 5-, 7- та 10-добових проростюв. Фермента-тивну актившсть визначали за [12] в нашш модифкацй: брали ОД г сиро!' тканини, гомогешзували в 1 мл фосфатного буферу. РеакцШну сум im, яка мостила в co6i 1 мл 0,1 М натршфосфатного буфера (pH 8,0); 0,1 мл 1 мМ ЕДТА; 0,3 мл 2 мМ окисне-ного глутатюну; 0,2 мл проби, шкубували в термостат 10 хвилин при 30°С. Реак-шю починали додаванням 0,2 мл 2 мМ NADPH i реестрували зменшення оптичноУ густини при довжиш хвил1 340 нм. Питому актившсть ферменту виражали в мкмоль окисненого НАДФ-Н /мг бшкахв. Bmíct бшка вим^рювали за [11]. Результата опрацьовували статистично загальноприйнятими методами, р1вень похибки не перебшьшував 5%.

Результата та ix обговорення

У результат! проведених досл^джень встановлено вгрогщне тдвищення пито-моУ активности ГР у проростаючому зерш за дп гербщиду фронт'ер у концентращях 5 мг/л i вшце на bcíx стадиях проростання (рис. 1а).

Мйпмальна концентрация фронт'еру (1 мг/л) не викликала достоверно! змши активhoctí ГР до 7 доби проростання. При вивченш впливу íohíb свинцю вщзначе-но тдвищення активносп глутатюнзалежного ферменту вщносно контролю в проростаючому зерн1 до 8 доби проростання з максимальним значениям показника на 5 добу. Д\я íohíb кадмш викликала достов1рне пщвищення активносп ферменту, по-чинаючи з 2 доби проростання, при цьому максимальна ензиматична актившсть вщм1чена на 5 добу. При су mich ¡й дп íohíb свинцю та кадмго спостер1гали аналоп-чну до ди кадмш динам1ку змш активносл ГР у npoiieci проростання з проявлениям максимального значения активное^ на б'шьш ранн/х стад'шх проростання, на вщм^ну вщ впливу окремих токсиканпв (рис. 16). Сумюна дхя герб!циду фронт'ер та íohíb свинцю i кадмпо шпбувала процес окиснення НАДФ^Н глуштюном, вна-слщок чого актившсть ГР дослйшого зерна була менше, шж в контрольних зразках (рис. 1в).

При вивченш впливу р\зних концентраций фронт'еру на стан активное^ ГР в KopÍHHÍ проростюв В1дзначено зниження активности ферменту на 3 добу дослщу для bcíx зразюв вщ 32,7% до 70,4% пор^вняно з контролем (рис. 2а).

Аналопчш змши актив hoctí ГР викликала сум im íohíb свинцю та кадмно (рис. 26). При цьому спостер^гали зменшення ензиматично'У активное^ до 46,2% вщ контролю на paHHÍx стад1ях розвитку. При сумюнш aív íohíb важких метамв i rep6í-циду вщбувалось зниження питомо'У активное^ ГР у KopÍHHÍ 3-добових проростюв i активвашя перетворення глутатюну на наступних стадиях онтогенезу (рис. 2в).

У пагонах проростетв кукурудзи залежи¿сть активност! ГР вщ flii токсикант!в була дешо ¡нша. Так, максимальна концентрация фронт'еру викликала достов1рне зниження aKTHBHocTÍ ферменту вщносно контролю (рис. За), на вщмшу вщ малих концентрацш гербщиду, «kí сприяли пщвищенню показника. При сумюнш дн íohíb свинцю та кадмш спостер!гали незначне тдвищення ензиматично'У активность на b^míhy вщ окремо'У дн íohíb (рис. 36). Комплексний вплив cymíuií íohíb метал1в та гербщиду викликав достов^рне збшьшення ензиматичноУ активносп протягом до-слщжуваного термину, на вщмшу вщ cyMÍcHoi' дп фронт'еру з кожним h íohíb окремо (рис. Зв).

8

Вкник Днiпропетровського унiверситету. Бюлопя, еколопя.

Visnik Dnipropetrovs'kogo universitetu. Seriä Biologiä, ekologiä Visnyk of Dnipropetrovsk University. Biology, ecology.

Visn. Dnipropetr. Univ. Ser. Biol. Ekol.

2005. 13(1).

ISSN 2310-0842 print ISSN 2312-301X online www.ecology.dp.ua

2.5 -i

x .5 a vo

£

У 4!

OS ca S о

Ё с

2 -

1.5

0.5 -

—К— 10 мг/л — -Д — 5 мг/л —В— 1 мг/л —♦— контроль

-1 I-1-1

III V VII X

термш проростання, доба

а

В S

I .5

я ю

К

н

а

ев

а

S

о

н

я

С

2.5 -

•5 2

1.5 -

1 -

а а S

0

1

0.5 -

л к о

г

2

и л

5 к S .5 S ю S

3 1

2.5 -

2 -

1.5 -

1 -

0.5 -

-Pb + Cd

- -A- Cd

—В—РЬ —♦— контроль

III V VII X

термш проростання, доба

б

-X—F+Pb+Cd •Д- F+Cd -*—F+Pb

контроль

III

VII X

термш проростання, доба

в

Рис. 1. Зм'ши активност'1 глутатшнредуктази в проростаючому зерн» кукурудзи за дН гербщиду фронт'ер (а), йошв свинцю i кадм!ю (б) та cyMicHo'i ди токсикант1В (в)

BicHHK ^HinponeTpoBCLKoro yHiBepcHTeTy. Bionoria, eKonoria. Visnik Dnipropetrovs'kogo universitetu. Seria Biologia, ekologia Visnyk of Dnipropetrovsk University. Biology, ecology. Visn. Dnipropetr. Univ. Ser. Biol. Ekol. 2005. 13(1). ISSN 2310-0842 print ISSN 2312-301X online www.ecology.dp.ua

H 03

b a

x .3

as vo

s I

M ^

a 5

2 ° o

1.4 -| 1.2 -1 -

0.8 -0.6 -0.4 -0.2 -

III

-1-1-1

V VII X

TepMiH apopoci aiiHH. flo6a

—♦-KOHTpOJlb

■Hi— 1 Mr/.i ■A — 5Mr/n -X—10.wr/ji

a

1.6 1.4 -

1.2

a

a -a n >o s

H

s

o

H

s C

o.s 0.6 -

0.4 -

0.2

III

-4— KOHTponb Hi—Pb

■A— Cd

-K—Pb+Cd

--,-,---,

V VII X

TepMiH npopocxamix, flooa

H Gi

o ^s

x .5

m vo

a u

ca ca S o fs C

1.6 -] 1.4 -1.2 -1 -

0.6 -0.4 -

0.2 -

—♦-KOHTpOJlt

-»—F+Pb -A - F+Cd -X—F+Pb+Cd

III

-1-1-1

V VII X

TepMiH npopocTanHit. ao6a

e

Phc, 2. 3mihh akthbhocti rjiyraTioHpeiiyKTa3H b KopiHHi npopocTKiB KyKypyaiH 3a ail rep6iuHfly «jipoHT'cp (a), hohib cbhhuio i KajiMiio (6) Ta cyMicHo'i aii tokcukbhtib (b)

10

BicHHK ^HinponeTpoBCfcKoro ymBepcrneTy. Eionoria, eKonoria. Visnik Dnipropetrovs'kogo universitetu. Seria Biologia, ekologia Visnyk of Dnipropetrovsk University. Biology, ecology. Visn. Dnipropetr. Univ. Ser. Biol. Ekol. 2005. 13(1). ISSN 2310-0842 print ISSN 2312-301X online www.ecology.dp.ua

0.8-|

0.7 -

о a u.o ■я 5 | ю 0.5

S Л ¡a a S о н s С

0.4 0.3 0.2 0.1 0

III

-1-,-,

V VII X

термш проростання, доба

— контроль

— 1мг/л

—А — 5мг/л —X— 10мг/л

а

0.9 0.8

е « о.7 <■» к „ я .3 0.6

ш Ю

5 h 0.5-j iti

S ^ 0.4-I g 0.3 -

С s 0.20.1 -

н & о к

"5 -5

а <о Я

ё св й S О

■2 1

1 -

0.6

0.4

0.2 -

— контроль

hi—рь

- -A- Cd

—X—Pb+Cd

-j-1 | i

III V VII X

термш проростання, доба

б

-контроль

—И—F+Pb — -А — F+Cd —К—F+Pb+Cd

III

V VII X

термш проростання, доба

в

Рис. 3. Змши активносп глутатюнредуктази в пагонах проростов кукурудзи за дн гербщиду фронт'ер (а), йошв свинцю I кадмию (б) та сумкноТ дн токсикант1в (в)

Таким чином, наслщки токсично'! дн шкщливих факторов (важю метали, гер-бщид) викликають р1зномаштш змши активносп ГР, що свшчить про участь глута-понзалежних фермешчв у антиоксидантному захисп в проростках кукурудзи.

BicHHK ^HinponeTpoBCLKoro yHiBepcHTeTy. Bionoria, eKonoria. Visnik Dnipropetrovs'kogo universitetu. Seria Biologia, ekologia Visnyk of Dnipropetrovsk University. Biology, ecology. Visn. Dnipropetr. Univ. Ser. Biol. Ekol. 2005. 13(1). ISSN 2310-0842 print ISSN 2312-301X online www.ecology.dp.ua

Вплив дослщжених комбшацш токсиканта мав cпeцифiчний характер i залежав як

вщ i'x концентрацш, так i вщ стадн онтогенезу проростив.

Б1блшграф1чш посилання

1. Биронайте Д. А. Инактивация глутатионредуктазы хинонами и нитрозокарбамидами / Д. А. Биронайте, Н. К. Ченас, В. В. Луценко // Укр. 6ioxiM. журн.. - 1993. - Т. 65. - № 1. - С. 97-100.

2. Глубока В. М. Змши вмюту фосфолшщних компонента колеоптшпв кукурудзи при комбшованш даТ важких метал ¡в та гербщид1в // Питания бюшдикацп та екологп. 36. За-пор1жського держ. ун-ту. - 2003. - Вип. 8. - № 1. - С. 48-53.

3. Гришко В. Н. Пероксидное окисление липидов и функционирование некоторых антиокислительных ферментных систем у кукурузы и овса при остром поражении фтористым водородом / В. Н. Гришко, Д. В. Сыщиков // Укр. бкшм. журнал. - 1999. - Т.71. -№3,- С. 51-57.

4. Гришко В. Н. Толерантность кукурузы к различным солям кадмия и никеля и содержание антиоксидантов / В. Н. Гришко, Д. В. Сыщиков // Доповш НАН Укра'ши. - 2002. -№ 1. - С. 170-175.

5. Меньшикова Е. Б. Антиоксиданты и ингибиторы радикальных окислительных процессов / Е. Б. Меньшикова, Н. К. Зенков // Успехи соврем, биологии. - 1993. - Т. 113. -С. 442-454.

6. Паталах И. И. Влияние фтористого водорода на активность ферментов цикла глутатио-на / И. И. Паталах, Н. И. Мушенко, В. Н. Гришко // Вкник Дшпропетр. ун-ту. Cepin Bio-лопя. Еколопя. - 1999. - Вип. 6. - С. 68-74.

7. Пацула О. Система глутатюну в pa3i адаптацп рослин соняшника до токсично! дп свин-цю / О. Пацула, О. Демюв // Вкник Льв1вського ун-ту. Cepin бюлопчна. - 2004. -Вип. 37.-С. 222-226.

8. Платонова А. А. Вмют вщновленого глутатюну та активнють тлутатюнзалежних фермента у проростках гороху (Pisum sativum L.) при дп юшв кадмио i талио / А. А. Платонова, С. С. Костишин, М. М. Блошко // Физиол. и биохим. культ, растений. - 1998. -Т. 30. - № 4. - С. 264-270.

9. Сищиков Д. В. Глутатiонзалежна антиоксидантна система i толеранттсть npopocTKie кукурудзи, col й гороху за дн кадмш та шкелю // Автореф. дис.ж канд. бюл. наук, - К., 2003.- 18 с. *'

10. Сищиков Д. В. Глутат!онзалежна антиоксидантна система проростк1в гороху та кукурудзи за дп с полу к шкелю / Д. В. Сищиков, В. М. Гришко // Укр. 6ioxiM. журнал. - 2003. -Т. 75. - № 4. - С. 131-138.

11. Bradford М. М. A rapid and sensitive method for the quantative of microgram quantaties of protein utilizing the principle of protein-dye binding // Anal. Biochem. - 1976. - Vol. 72. -P. 248-254.

12.CarIberg I. Methods in enzymology /1. Carlberg, B. Mannervic / N. Y.: Acad. Press INC. -1985.-P. 484-^90.

Hadiituuia до редколегп 20.01.05

1 2 BicHHK ^HinponeTpoBCLKoro yHiBepcHTeTy. Eionoria, eKonoria.

Visnik Dnipropetrovs'kogo universitetu. Seria Biologia, ekologia Visnyk of Dnipropetrovsk University. Biology, ecology. Visn. Dnipropetr. Univ. Ser. Biol. Ekol. 2005. 13(1). ISSN 2310-0842 print ISSN 2312-301X online www.ecology.dp.ua