Группа фенольного метаболизма растений
Cайт института
ИФР РАН
Институт физиологии растений им. К.А. Тимирязева РАН
  Коллектив     Наши публикации     Симпозиумы     Литература     Анонсы     Фотографии     Полезные сайты    

ВЛИЯНИЕ СОЕДИНЕНИЯ СО СТРЕСС-ПРОТЕКТОРНОЙ АКТИВНОСТЬЮ НА СОДЕРЖАНИЕ ФЕНОЛЬНЫХ СОЕДИНЕНИЙ, АКТИВНОСТЬ СОД И УРОВЕНЬ ПОЛ В ПРОРОСТКАХ ПШЕНИЦЫ

Лапшин П.В., Нечаева Т.Л., Николаева Т.Н., Катанская В.М., Гафуров Р.Г.1, Загоскина Н.В.
ФГБУН Институт физиологии растений им.К.А. Тимирязева РАН, Москва, Россия, тел.: (499)9779433, e-mail: phenolic@ippras.ru 1Институт физиологически активных веществ, Черноголовка, Московская обл., Россия, e-mail: ravig@icp.ac.ru

Высшие растения в процессе онтогенеза подвергаются разнообразным неблагоприятным воздействиям окружающей среды, в том числе влиянию низких повреждающих температур, что приводит к значительному увеличению образования в клетках различных форм активного кислорода (АФК) [1]. Сверхпродукция АФК, получившая название окислительного стресса, вызывает каскад цепных реакций перекисного окисления липидов (ПОЛ), входящих в состав фосфолипидов мембран [2,3]. При этом происходит снижение количества ненасыщенных жирных кислот и, как следствие, повышается вязкость мембран, увеличивается их протонная проницаемость, а также происходит инактивация мембран-связанных ферментов [3-5]. Все это приводит к повреждению жизненно важных систем клетки и организма в целом. В нормально функционирующей клетке баланс между образованием АФК и их элиминацией поддерживается за счет многокомпонентной системы защиты, состоящей из высокомолекулярных (ферменты) и низкомолекулярных (глутатион, аскорбиновая кислота, фенольные соединения и др.) антиоксидантов [6]. Фенольные соединения являются одними из наиболее распространенных в клетках растений представителей вторичного метаболизма, для которых характерна высокая антиоксидантная активность и интерес исследователей к этой группе веществ в настоящее время достаточно высок [7,8].

Для поддержания жизнеспособности растений, особенно сельскохозяйственных культур, используют разнообразные фиторегуляторы, способствующие лучшей их адаптации к условиям окружающей среды [9]. Особенно важно это для пшеницы, подвергающейся действию низких температур в период вегетации. К фиторегуляторам нового поколения относится препарат Бензихол, обладающий стресс-протекторной активностью [10].

Целью работы являлось изучение действия Бензихола на проростки пшеницы, подвергнутые действию гипотермии, на уровне определения ПОЛ, как одного из основных показателей состояния антиоксидантной системы растений, накопления фенольных соединений и активности супероксиддисмутазы (СОД).

ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

Объектом исследования являлась пшеница ярового сорта «Амир», семена которой выдерживали в течение 12 час. в водных растворах регуляторов роста (10-4 и 10-5 М, вариант 1 и 2, соответственно), а затем выращивали рулонным способом в камере фитотрона при +24оС и 16-час. фотопериоде в течение 7 дней. Контролем служили растения, семена которых выдерживали в воде. В качестве стрессового фактора использовали воздействие низкой температуры (-70 С, 2 часа).

Определяли морфо-физиологические характеристики растений, в том числе линейные размеры растений, листьев и корней, а также оводненность листьев.

Фенольные соединения извлекали из свежих листьев 70%-ным этанолом [11]. В экстрактах спектрофотометрическим методом определяли содержание суммы растворимых фенольных соединений с реактивом Фолина–Дениса (поглощение при 725 нм) [12] и содержание флавоноидов по реакции с 1%-ным водным раствором хлористого алюминия (поглощение при 415 нм) [13]. Калибровочные кривые в обоих случаях строили по рутину.

Определение перекисного окисления липидов (ПОЛ) проводили в листьях контрольных (22єС) и опытных (- 7° С) проростков пшеницы по накоплению малонового диальдегида (МДА), определяемого по цветной реакции с тиобарбитуровой кислотой при длине волны 532 нм [14].

Определение активности супероксиддисмутазы (СОД), представляющей цитозольную фракцию фермента (Cu,Zn-СОД), осуществляли методом, в основе которого лежит ее способность конкурировать с нитросиним тетразолием за супероксидные радикалы [15]. (Beauchamp, Fridovich, 1971). За единицу активности СОД принимали 50% ингибирование образования формазана (спектрофотометрирование при 560 нм).

Исследования проводили в двух биологических повторностях. Для математической обработки результатов использовали программу Excel. В таблице и на рисунке представлены средние арифметические значения определения и их стандартное отклонение.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Обработка семян Бензихолом способствовала более интенсивному росту проростков, чем это наблюдалось в контрольных условиях. Значения длины листьев и корней превышали таковые контроля на 15-20%. Накопление биомассы растений также повышалось (особенно в варианте с10-5 М).

Что касается фенольных соединений, то в листьях проростков, выращенных при +24оС содержание суммы растворимых фенольных соединений и флавоноидов в контроле и варианте 1 было практически одинаковым, тогда как у варианте 2 – на 20% ниже (табл.).

Таблица 1

Изменения в содержании суммы растворимых фенольных соединений (ФС) и флавоноидов (ФЛ) в листьях проростков пшеницы, подвергнутых действию Бензихола (БХ) и низкой температуры

Вариант

ФС

ФЛ

мг/г сырой массы

+24оС

контроль

6,5+ 0,66

3,6+0,13

БХ, 10-5 М

6,7+ 0,65

3,6 +0,11

БХ,10-4 М

5,0 +0,41

2,9+ 0,09

-7оС, 2 часа

контроль

6,2 +0,71

3,9 +0,11

БХ, 10-5 М

4,4+ 0,33

3,0+ 0,11

БХ,10-4 М

6,7+ 0,82

4,1+ 0,13

Такое снижение накопления фенольных соединений не является следствием изменения ростовых процессов, а, вероятно, связано с метаболической регуляцией.

При стрессовом воздействии (-7оС) у контрольных растений содержание фенольных соединений и флавоноидов в листьях сохранялась практически на менялось, что не характерно для опытных вариантах. Во всех случаях, у проростков, выросших из обработанных Бензихолом семян, количество этих веществ изменялось по сравнению с проростками, росшими в нормальных условиях: у варианта 2 - на 25% и 10%, соответственно, по сравнению с «нормой», тогда как у варианта 1 - на 40% и 15%, соответственно. Следовательно, изменения в накоплении фенольных соединений в листьях проростков пшеницы, по-видимому, регулируются поступившей в семена концентрацией Бензихола.

Что касается СОД, одного из «ключевых» ферментов антиоксидантной защиты клеток от активных форм кислорода, то ее активность во всех случаях была достаточно низкой и почти одинаковой во всех исследованных вариантах.

Как известно, уровень ПОЛ является важным показателем при оценке состояния клеток растений и развитии в них стрессовой реакции [2].

В нашем случае, в листьях проростков пшеницы, выращенных в обычных условиях (+24оС) более высокие его показатели характерны для контрольного варианта. Выдерживания семян в растворах Бензихола сопровождалось повышение уровня ПОЛ (рис. 1б).

После кратковременного действия низкой температуры в контрольном варианте изменений в уровне ПОЛ не отмечалось, тогда как в опытных вариантах – этот показатель значительно снижался. Можно даже говорить о том, что чем выше была концентрация стресс-протекторного соединения (Бензихола), тем ниже был уровень ПОЛ в листьях проростков. Все это свидетельствует о том, что в стрессовых условиях проявляется защитное его действие.

Таким образом, комплексное изучение действия фитогормонального биомиметика на морфо-физиологические (рост, продуктивность) и биохимические (накопление низкомолекулярных и высокомолекулярных антиоксидантов, уровень перекисного окисления липидов) характеристики, выявило его рострегулирующую и стресспротекторную активности, зависящие от дозы препарата и физиологического состояния растений пшеницы.

Работа выполнена при частичной финансовой поддержке программы ОХНМ-09 и ОХНМ-10 «Медицинская и биомолекулярная химия».

ЛИТЕРАТУРА

  1. Трунова Т.И. Растение и низкомолекулярный стресс. 64-е Тимирязевское чтение. М.: Наука, 2007. 54 с.
  2. Полесская О.Г. Растительная клетка и активные формы кислорода. М.: Университет. Книжный дом, 2007. 139 с.
  3. Heath R.L. The biochemistry of ozone attack on the plasma membrane of plant cells // Adv. Phytochem. 1987. V. 21. P. 29-54.
  4. Mitteler R. Oxidative Stress, Antioxidants and Stress Tolerance // Trends Plant Sci. 2002. V. 7. P. 405-409.
  5. Мерзляк М.Н. Активированный кислород и окислительные процессы в мембранах растительной клетки // Итоги науки и техники. Сер. Физиология растений. М.: ВИНИТИ, 1989. Т. 6. 168 с.
  6. Меньщикова Е.Б., Ланкин В.З., Зенков Н.К., Бондарь И.А., Круговых Н.Ф., Труфакин В.А. Окислительный стресс. Прооксиданты и антиоксиданты. М.: Фирма "Слово". 2006. 556 с.
  7. Запрометов М. Н. Фенольные соединения: распространение, метаболизм и функции в растениях. М.:Наука. 1993. 272 с.
  8. Bidel L. P.R., Coumans M., Baissac Y. et al. Biological activity in plant cells / Recent advances in polyphenol research. Eds. Santos-Buelga C., Escribano-Bailon M., Lattanzio V. USA. 2010. V. 2. P. 163-205.
  9. Гамбург К.З., Кулаева О.Н., Муромцев Г.С. и др. Регуляторы роста растений. М.: Наука. 1979. С.174-212.
  10. Гафуров Р.Г., Махмутова А.А. Рострегулирующая активность N – и О-бензилсодержащих соединений – новой группы синтетических аналогов природных ауксинов // Прикладная биохимия и микробиология. 2005. Т.41. С. 243-249.
  11. Олениченко Н.А., Осипов В.И., Загоскина Н.В. Фенольный комплекс листьев озимой пшеницы и его изменение в процессе низкотемпературной адаптации растений // Физиология растений. 2006. Т. 53. С. 554-559.
  12. Запрометов М.Н. Фенольные соединения и методы их определения // Биохимические методы в физиологии растений/ Под ред. Павлиновой О.А. М.: Наука. 1971. С. 185-197.
  13. Gage T. B., Wendei S. H. Quantitative determination of certain flavonol-3-glycosides // Analitical chemistry. 1950. V.22. P.708-711.
  14. Лукаткин А. С., Голованова В. С. Интенсивность перекисного окисления липидов в охлажденных листьях теплолюбивых растений // Физиология растений. 1988. Т. 35. С. 773-780.
  15. Beauchamp C., Fridovich I. Superoxide dismutase improved assays and an assay applicapable to acrilamide gels // Anal. Biochem. 1971. N.3. P. 276-287.
Внимание! Эта статья опубликована, на нее можно ссылаться при написании научных работ. Ссылка на эту публикацию выглядит так:
Лапшин П.В., Нечаева Т.Л., Николаева Т.Н., Костина В.М., Гафуров Р.Г., Загоскина Н.В. Влияние соединения со стресс-протекторной активностью на содержание фенольных соединений, активность сод и уровень пол в проростках пшеницы // Фенольные соединения: фундаментальные и прикладные аспекты: материалы докладов VIII Международного симпозиума. Москва, 2-5 октября 2012 г. /отв. ред. Н.В. Загоскина – М.: ИФР РАН; РУДН, 2012. С. 587-592. (ISBN 978-5-209-04571-7).
Иллюстрации к этой статье:

Рис. 1. Уровень ПОЛ (ед. активности/г сырой массы) в контрольных (а) и выдержанных при низкой температуре (б) листьях проростков яровой пшеницы сорта Амир, подвергнутых действию Бензихола.

(с) Авторские права: перепечатка и копирование материалов разрешена без ограничений с простановкой ссылок на авторов и издание, где опубликован материал.
Copyrights: Non commercial using of these materials is permitted with obligatory informing of the authors and linking to the source.