Губаренко Ю.Ю., Більчук В.С.

Дніпропетровьский національний університет ім. О. Гончара

Стан антиоксидантної системи в меристемах

кукурудзи за дії сполук кадмію та гіпертермії

В умовах техногенного забруднення навколишнього середовища важкими металами (ВМ) на фоні підвищеної температури повітря в умовах глобального потепління, важливе значення набувають дослідження ефективності захисних систем при комбінованому впливі стресових факторів на рослинні організми. Важкі метали, зокрема кадмій, мають значну фітотоксичність і спричиняють суттєві порушення рослинного метаболізму вже у низьких концентраціях [1]. Навіть незначна кількість кадмію, яка характерна для природних умов зростання, потенційно здатна модифікувати вплив підвищеної температури на рослини [2].

Серед важливих показників фізіологічного стану рослин відзначають рівень активних форм кисню (АФК), який впливає на цілісність біополімерів і життєздатність клітин. Однією з ранніх і неспецифічних реакцій рослинного організму на дію різних за природою стресових факторів,(зокрема ВМ та гіпертермії ) є підвищення вмісту АФК, таких як супероксидний аніон радикал, та пероксид водню [3].

Концентрація АФК у клітинах контролюється системою антиоксидантного захисту, зокрема антиоксидантними ферментами. До важливіших ензимів детоксикації АФК та їх продуктів належать супероксиддисмутаза (СОД) [КФ 1.15.1.1], каталаза [КФ 1.11.1.6], пероксидаза [КФ 1.11.1.7]. Їх функціонування спрямована на зниження рівня окислювального стресу і тим самим на запобігання негативним наслідкам його дії [4]. Тому рівень активності цих ферментів може бути адекватною оцінкою стану рослин в стресових умовах.

Метою роботи було дослідження комбінованого впливу іонів кадмію та підвищеної температури на активність антиоксидантних ферментів, які беруть безпосередню участь у захисних і пристосувальних реакціях на початкових етапах розвитку в меристемах кукурудзи.

Комбіновану дію іонів кадмію та гіпертермії досліджували в умовах модельного експерименту. У досліді використовували репродуктивні органи кукурудзи (Zea mays L) гібриду Білозерський 295 МВ. Насіння пророщували на фільтрувальному папері в термостаті за 25⁰С впродовж 2 діб на воді (контроль) та розчинах Cd(NO₃)₂ концентрації від 0,5^.10^-4 М до 5^.10^-4 моль/л. Вплив гіпертермії на рослинні проростки здійснювали після попередньої обробки сполуками кадмію в термостаті при 42⁰С впродовж 3 годин. Після дії стресових чинників від коріння кукурудзи відрізали меристеми і визначали їх масу, вміст легкорозчинних білків [5] та активність СОД [6], каталази [7], пероксидази [8]. Дослід проводили в 3-разовій повторності. Статистична обробка проведена для рівня значущості 0,05, похибка вимірювання не перевищувала 5%.

В результаті досліджень встановлено, що дія сполук кадмію та гіпертермії пригнічувала ріст коренів проростків, знижуючи масу кореневої меристеми. Найбільше інгібування спричиняла комбінована дія максимальної концентрації сполук кадмію та гіпертермії. Інгібування ростових параметрів, спричинене дією стресорів, є відображенням загальних особливостей адаптації рослин. Важливу роль в рослинному організмі відіграють процеси накопичення АФК. При індикуванні окислювального стресу встановлено, що за дії стресорів підвищується концентрація АФК, і запускається система антиоксидантного захисту. Дослідження активності основних ензимів про/антиоксидантного захисту показали варіювання цього показника для визначених ферментів. Так індукування окислювального стресу за дії кадмію супроводжувалось підвищенням каталітичної активності СОД в залежності від його концентрації. Максимальне зростання активності СОД в меристемах кукурудзи спостерігали за дії кадмію в концентрації 5^.10^-4 моль/л в порівнянні з контролем. Суттєві зміни в активності СОД відбувались і при гіпертермії. За комбінованої дії сполук кадмію та гіпертермії зберігалась тенденція підвищення активності ферменту. Аналогічне підвищення активності за дії стресорів спостерігали і для пероксидази. Слід відзначити, що окислювальний стрес, спричинений кадмієм, викликав зростання пероксидазної реакції в 1,5-1,6 рази, в залежності від типу стресу. За дії гіпертермії каталітична активність пероксидази підвищувалась в 1,2 рази, в порівняні з контролем. Нами встановлено, що при комплексній дії кадмію і гіпертермії підвищення активності пероксидази не залежала від концентрації металу. Криві залежності зміни швидкості реакції пероксидації від терміну часу дозволили виявити деякі закономірності в перебігу процесу в залежності від умов стресу.

На відміну від СОД і пероксидази активність каталази в меристемах кукурудзи в умовах дії кадмію і підвищеної температури знижувалась. Так дія солей кадмію в концентрації від 1^.10^-4 моль/л до 5^.10^-4 моль/л призводила до інгібування каталазної активності в меристемах кукурудзи від 25% до 50%. Дія підвищеної температури викликала зниження активності ферменту на 25%.

Таким чином комплексна дія кадмію і гіпертермії в умовах експерименту спричинювала розвиток окислювального стресу, про що свідчать підвищений рівень СОД і пероксидази.

Литература:

1. 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

2. Барабой В.А., Сутковой Д.А. Окислительно – антиоксидантный гомеостаз в норме и при патологии.-Киев: Наукова думка, 1997.- 420 с.

3. Колупаєв Ю.Є. Роль основних сигнальних інтермедіантів у формуванні адаптивних реакцій рослин на дію абіотичних стресорів // Фізіологія рослин: проблеми та перспективи розвитку.- 2009.- Т2.- С. 166-194

4. Стороженко В.О. Ключові антиоксидантні ферменти фотосинтетичного апарату вищих рослин за дії стресових чинників // Фізіологія та біохімія культурних рослин.-2004.- Т.36,№1.- С. 36-42

5. Bradford M.M. A rapid and sensitive method for the quantitation of microqram quantities of protein utilizing the principle of protein-dge beinding // Anal. Biochem. – 1976 .-72 .- P. 248-254

6. Радюкин Н.Л., Иванов Ю.В., Карташов А.В., Шевякова Н.И., Ракитин В.Ю., Хрянин В.Н., Кузнецов В.В. Изучение индуцибельных и институтивных механизмов устойчивости к солевому стрессу у гравилата городского // Физиология растений .- 2007 .- Т.54 .- С. 692-698

7. Плешков Б.П. Практикум по биохимии растений.-М.: Колос, 1968.- 183с.

8. Бояркин А.Н. Колометрическое определение пероксидази // Биохимия .- 1961 .- Т.16, №4.- 352 с.