Стан антиоксидантної системи проростків гороху (pisum sativum l.) за дії іонів кадмію, талію та свинцю

Размещено на http://www.allbest.ru

ЧЕРНІВЕЦЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ім. Ю.ФЕДЬКОВИЧА

03.00.04 Біохімія

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата біологічних наук

Стан антиоксидантної системи проростків гороху (pisum sativum l.) за дії іонів кадмію, талію та свинцю

Платонова Алла Анатоліївна

Чернівці 1999

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Чернівецькому державному університеті ім. Ю.Федьковича.

Науковий керівник: доктор біологічних наук, професор,

академік АН ВШ України,

Костишин Степан Степанович,

завідувач кафедри біохімії і експеримен

тальної екології, ректор Чернівецького

державного університету ім.Ю.Федьковича

Офіційні опоненти:

доктор біологічних наук, професор Мещишен Іван Федорович,

завідувач кафедри медичної хімії Буковинської державної

медичної академії;

доктор біологічних наук, професор Терек Ольга Іштванівна,

завідувач кафедри фізіології рослин Львівського державного університету ім. І. Франка

Провідна установа Київський університет ім.Тараса Шевченка, кафедра біохімії

Захист дисертації відбудеться «_16_» _червня 1999 р. о 1400 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 76.051.05 при Чернівецькому державному університеті ім.Ю.Федьковича (274012, м.Чернівці, вул. Коцюбинського, 2).

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Чернівецького державного університету ім. Ю.Федьковича (274012, м.Чернівці, вул. Л.Українки, 23).

Автореферат розісланий «15» травня 1999 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої

ради, доцентГ.П.Копильчук

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

АКТУАЛЬНІСТЬ ТЕМИ. Активiзацiя впливу антропогенного фактора за останнi роки призвела до загострення численних проблем, пов'язаних зi станом навколишнього середовища. Однiєю з них є порушення функцiонування захисних систем живих органiзмiв пiд впливом несприятливих факторiв довкiлля.

Важкi метали (ВМ) за темпами їх нагромадження в бiосферi та рiвнем токсичностi, порiвняно з iншими інгредієнтами промислових викидiв, становлять найбiльшу небезпеку для середовища. З групи важких металiв кадмiй i свинець знайшли широке використання в рiзних галузях промисловостi. Це призвело до рiзкого пiдвищення їх вмiсту в оточуючому середовищi, що, в свою чергу, викликало збiльшення їх кiлькостi в тканинах рослин та тварин [Ильин В.Б., 1991; Трахтенберг И.М. и др., 1998]. Талiй привертає увагу багатьох дослiдникiв як один з найбiльш токсичних металiв, бiологiчна роль якого в живих органiзмах ще до кiнця не з'ясована [Спиридонова В.С. и др., 1977].

Адаптацiя рослин до рiзноманiтних негативних впливiв передбачає мобiлiзацiю або ж формування вiдповiдних захисних систем. Стiйкiсть рослин до впливу важких металiв забезпечується молекулярними та фiзiологiчними механiзмами i залежить як вiд природи металу, так i вiд видових особливостей органiзму [Wagner I.G. et. al., 1989; Феник С.И. и др., 1995].

Важливою захисною системою рослин є система глутатiону, яка захищає органiзм вiд згубної дiї продуктiв пероксидного окиснення лiпiдiв (ПОЛ), регулює окисновiдновнi процеси, знешкоджує ксенобiотики, виконує радiопротекторнi функцiї [Alscher R.G., 1989; Deneke S.M. et. al., 1989]. До системи захисту органiзму вiд ушкоджень внаслiдок пероксидного окиснення лiпiдiв належать також ферменти знешкодження активних форм кисню супероксиддисмутаза (СОД) i каталаза. Фiзiологiчна антиоксидантна система забезпечує пiдтримання гомеостазу при дiї рiзних екстремальних агентiв, в тому числi й iонiв важких металiв [Меньщикова Е.Б. и др., 1993; Гуральчук Ж.З., 1994].

У зв'язку із викладеним вивчення стану захисних систем рослин за умов дiї iонiв важких металiв, зокрема кадмiю, талiю та свинцю є досить актуальним.

ЗВ'ЯЗОК РОБОТИ З НАУКОВИМИ ПРОГРАМАМИ, ПЛАНАМИ, ТЕМАМИ. Робота проводилась з 1995 по 1998 рiк на кафедрi бiохiмiї i експериментальної екологiї Чернівецького державного університету ім. Ю. Федьковича i є фрагментом наукової тематики кафедри "Дослiдження пiслядiї радiацiйного та хiмiчного забруднення на життєдiяльнiсть живих органiзмiв", № держреєстрації 0194V 028027.

МЕТА І ЗАДАЧІ ДОСЛІДЖЕННЯ. Мета: з'ясувати особливості функціонування антиоксидантної системи проросткiв гороху за умов дво, п'яти та восьмидобового впливу iонiв кадмiю, свинцю i талiю в лабораторних умовах.

Вiдповiдно до мети поставлено наступні завдання:

1. Визначити вмiст малонового альдегiду (МА) в пагонах та коренях проросткiв гороху за дiї iонiв кадмiю, талiю i свинцю.

2. Дослiдити активнiсть супероксиддисмутази i каталази в проростках гороху при дiї iонiв дослiджуваних металiв.

3. Вивчити стан системи глутатiону в пагонах та коренях проросткiв гороху за умов впливу дослiджуваних екзогенних факторiв.

4. Дослiдити вплив iонiв кадмiю, талiю та свинцю на бiометричнi показники проросткiв гороху.

НАУКОВА НОВИЗНА ОДЕРЖАНИХ РЕЗУЛЬТАТІВ.

В роботi вперше вивчено вплив iонiв талiю, кадмiю і свинцю на стан антиоксидантної системи та вмiст малонового альдегiду в проростках гороху на раннiх стадiях онтогенезу рослин. Виявлено активацію антиоксидантної системи проростків гороху за умов 2добового впливу досліджуваних металіонів та зниження активності ферментів антиоксидантного захисту при їх 8добовій дії.

Показано, що найбiльший вплив на змiну дослiджуваних бiохiмiчних показникiв у проростках гороху мали iони талiю, кадмiю та свинцю в концентрацiях 105 i 104 М.

Вперше встановлено, що з усiх дослiджуваних бiохiмiчних показникiв специфiчним до впливу iонiв важких металiв є вмiст вiдновленого глутатiону.

Виявлено залежнiсть мiж вмістом відновленого глутатіону в коренях проростків гороху та концентрацiєю iонiв кадмiю i талiю в поживному середовищi.

ПРАКТИЧНЕ ЗНАЧЕННЯ ОДЕРЖАНИХ РЕЗУЛЬТАТІВ.

Отриманi результати та їх узагальнення доповнюють i поглиблюють існуючі уявлення про дiю іонів важких металiв на рослинний органiзм, а також дають змогу з'ясувати особливості функціонування захисних систем рослин за умов дії іонів кадмію, талію та свинцю.

Рівень вiдновленого глутатiону може служити показником реакцiївiдповiдi рослинного організму на вплив iонiв важких металiв i стан гомеостазу рослин.

ОСОБИСТИЙ ВНЕСОК ЗДОБУВАЧА. Дисертантка самостiйно виконала експериментальну частину роботи, пiдiбрала та опрацювала лiтературнi джерела, пiдготувала до друку всi науковi роботи, що вiдображають результати дисертацiї. Аналiз та обговорення отриманого матерiалу проведено спiльно з науковим керiвником.

АПРОБАЦІЯ РЕЗУЛЬТАТІВ ДИСЕРТАЦІЇ. Основнi результати роботи викладенi на Мiжнароднiй науковопрактичнiй конференцiї "Демографiчна ситуацiя в Карпатському регiонi: реальнiсть, проблеми, прогнози на XXI столiття" (ЧернiвцiКиїв, 1996), VI конференцiї молодих вчених, присвяченiй 50й рiчницi з дня заснування Iнституту фiзiологiї рослин i генетики НАН України (Київ, 1996), VII Українському бiохiмiчному з'їздi (Київ, 1997), Міжнародній конференції "Онтогенез рослин у природному та трансформованому середовищі" (Львiв, 1998), I Всеукраїнській науковій конференції "Екологічний стрес і адаптація у біологічних системах" (Тернопіль, 1998).

ПУБЛІКАЦІЇ. За матерiалами дисертацiйної роботи опублiковано 4 статті і 6 тез доповiдей.

СТРУКТУРА ТА ОБСЯГ РОБОТИ. Дисертація складається із вступу, огляду літератури (2 розділи), матеріалів і методів досліджень, результатів досліджень та їх обговорення (4 розділи), висновків і списку використаних джерел (220 джерел). Робота викладена на 122 сторінках, має у своєму складі 15 таблиць та 30 рисунків.

альдегiд горох метал

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У першому розділі роботи подано огляд літератури, в якому висвітлено деякі екологічні аспекти техногенного забруднення оточуючого середовища важкими металами, зокрема іонами кадмію, талію та свинцю, розглянуто системи захисту рослин від різноманітних екзогенних впливів.

У другому розділі описано матеріали та основні методи дослідження.

МАТЕРІАЛИ ТА МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕНЬ

Об'єктами дослiджень були проростки гороху (Pisum sativum L.) сорту Орловчанин. Насiння пророщували на дистильованiй водi в термостатi при температурi +23 оС двi доби. В подальшому проростки переносили на поживне середовище Кнопа [Гродзінський Д.М. та ін., 1973], розведене дистильованою водою у спiввiдношеннi 1 : 2. В дослiдних варiантах до поживного середовища додавали солі кадмiю i талiю у виглядi сульфатів та свинець у виглядi нітрату в кінцевих концентрацiях 107, 106, 105, 104 М дiючої речовини. Проростки вирощували при температурi +23 оС, освiтленнi 2200 лк i 16ти годинному свiтловому перiодi.

Визначення бiохiмiчних та бiометричних показникiв проводили в пагонах i коренях чотирьох, семи та десятидобових проросткiв гороху.

Кількість малонового альдегіду визначали методом Владімірова Ю.А. та співавт. (1972). Дослідження активності супероксиддисмутази [КФ 1.15.1.1] проводили за методикою Нашікімі та співавт. [Nashikimi N. et al., 1972] і Фріда [Fried R., 1975], а каталази [КФ 1.11.1.6] методом Королюк М.А. та ін. (1988). Вмiст вiдновленого глутатiону визначали за методом Лея та співавт. [Lay M. et al., 1976]. Дослідження активності глутатіонзалежних ферментів проводили: глутатіонSтрансферази [КФ 2.5.1.18] методом Гронвальда та ін. [Gronwald J.W. et al., 1987], глутатіонредуктази [КФ 1.6.4.2] за методом Йенне та співавт. [Yenne S.P. et al., 1989]. Вміст білку в об'єкті дослідження визначали за методом Лоурі [Lowry O.H. et al., 1951].

Iнтегральну оцiнку фiзiологiчного стану рослин проводили на основi таких бiометричних параметрiв: довжина i маса коренiв та пагонiв проросткiв гороху.

Статистичну обробку даних проводили загальноприйнятими методами варіаційної статистики [Полевой В.В. и др., 1978; Иванов Ю.И. и др., 1990].

У третьому розділі приведені основні результати досліджень та їх обговорення.

РЕЗУЛЬТАТИ ТА ЇХ ОБГОВОРЕННЯ

Рядом авторів показано стимулювання вiльнорадикальних реакцiй пероксидного окиснення лiпiдiв (ПОЛ) за дії різноманітних стресових факторів [Trippi V.S. et al., 1989; Барабой В.А., 1991], проте вiдомостi про вплив важких металів на процеси лiпопероксидацiї в рослинних органiзмах досить малочисленні.

В результаті проведених біохімічних досліджень встановлено вірогідне підвищення вмісту малонового альдегіду, одного з кінцевих продуктів ПОЛ, в коренях проростків гороху за умов 2добової дії іонів кадмію у концентраціях 107 М (6,060,381 мкмоль/г тканини при контрольному значенні 3,790,189 мкмоль/г), 106 М (6,330,424 мкмоль/г), 105 М (5,720,309 мкмоль/г) і 104 М (5,650,254 мкмоль/г). При дії іонів талію у концентраціях 105 і 104 М виявлено зниження вмісту МА в пагонах проростків гороху (3,960,261 і 3,180,252 мкмоль/г відповідно, в контролі 5,240,241 мкмоль/г). Аналогічні зміни досліджуваного показника зафіксовано і за дії іонів свинцю у вказаних концентраціях (3,870,309 і 3,910,243 мкмоль/г).

За умов більш тривалого впливу (8 діб) Cd2+ у концентраціях 105 і 104 М відзначено достовірне збільшення кількості МА і в пагонах (5,730,318 і 6,860,376 мкмоль/г тканини при значенні 4,700,282 мкмоль/г у контролі), і в коренях (3,680,262 і 3,730,233 мкмоль/г, у контролі 2,520,141 мкмоль/г) проростків гороху. Tl+ і Pb2+ у концентраціях 105, 104 М викликали підвищення вмісту МА лише в коренях проростків (при дії Tl+ 3,450,231 і 3,420,280 мкмоль/г відповідно, при дії Pb2+ 3,630,290 і 3,400,198 мкмоль/г).

Першочергове значення у знешкодженні активних форм кисню (супероксидного аніонрадикалу, пероксиду водню) належить антиоксидантним ферментам супероксиддисмутазі та каталазі.

За умов 2добового впливу іонів кадмію у концентраціях 106, 105, 104 М встановлено вірогідне зниження активності СОД, у порівнянні з контролем, у пагонах та коренях проростків гороху. При дії іонів талію у концентрації 104 М в пагонах і коренях проростків зафіксовано підвищення активності ферменту. Аналогічні зміни досліджуваного показника виявлені і при дії 105, 104 М іонів свинцю (рис. 1).

Однак при збільшенні терміну впливу металіонів до 8 діб виявлено достовірне зниження активності супероксиддисмутази відносно контролю. В пагонах проростків гороху вказані зміни виявлені при дії іонів кадмію у концентраціях 105 і 104 М та при дії досліджуваних концентрацій (107104 М) іонів талію (рис. 2). В коренях рослин активність СОД вірогідно зменшувалась за дії усіх досліджуваних концентрацій Cd2+ і Pb2+ та при дії 105, 104 М Tl+.

Підвищення активності супероксиддисмутази при дії іонів талію та свинцю у початковий термін пророщування може свідчити про активацію антиоксидантної системи, наслідком чого, ймовірно, є зменшення кількості активних форм кисню, що у кінцевому результаті не призводить до збільшення вмісту малонового альдегіду в проростках гороху.

При вивченні 2добової дії іонів кадмію, талію та свинцю на активність каталази в проростках гороху виявлено вірогідне зростання активності ферменту над контрольними величинами як в пагонах, так і в коренях проростків (винятком є концентрація 107 М Tl+ і 107 М Pb2+ в коренях)

За умов більш тривалого впливу (8 діб) встановлено зниження активності каталази і в пагонах, і в коренях проростків гороху при дії іонів кадмію і талію у концентраціях 106, 105 і 104 М та іонів свинцю у концентрації 104 М. Pb2+ у концентрації 105 М викликав зміни досліджуваного показника лише в пагонах рослин

Отже, за дії іонів кадмію, талію та свинцю на ранніх етапах впливу, можливо, проходить генерація активних форм кисню і тивною реакцією рослин є активація ферментів антиоксидантного захисту. Збільшення терміну дії металіонів призводить до виснаження антиоксидантної системи і активації пероксидного окиснення ліпідів в проростках гороху, що в свою чергу викликає зміну основних фізіологобіохімічних процесів у рослинному організмі.

Вiдновлений глутатiон, як один iз основних сiрковмiсних компонентiв живих клiтин, має велике значення для клiтинного метаболiзму. Як антиоксидант, ГSН захищає нестабiльнi макромолекули вiд дiї вiльних радикалiв i пероксиду водню, що з'являються в рослинi при дiї окиснювальних стресiв [Smith I.K., 1985; Wingate V.P. et al., 1988].

Так, при 2добовій дії іонів кадмію у концентрації 104 М виявлено підвищення вмісту ГSН лише в коренях проростків гороху (3,620,174 мкмоль/г тканини при значенні контролю 2,600,109 мкмоль/г), іони талію у вказаній концентрації викликали аналогічні зміни і в коренях (4,330,316 мкмоль/г), і в пагонах проростків (5,230,335 мкмоль/г, у контролі 3,970,258 мкмоль/г), а при дії металіону у концентрації 105 М лише в коренях (3,280,183 мкмоль/г).

При збільшенні терміну впливу іонів досліджуваних важких металів до 5 діб зафіксовано підвищення рівню ГSН в коренях проростків гороху за дії іонів свинцю у концентрації 104 М (2,050,123 мкмоль/г, у контролі 1,530,078 мкмоль/г) та іонів кадмію у концентрації 105 і 104 М (2,340,106 і 4,780,302 мкмоль/г). При дії

іонів талію у концентраціях 106, 105 і 104 М аналогічні зміни відзна чено і в пагонах (10,920,577, 12,110,593 і 12,240,765 мкмоль/г відповідно, при контрольному значенні 7,620,291 мкмоль/г), і в коренях (2,230,089, 3,110,180 і 4,300,274 мкмоль/г) проростків гороху.

За умов 8добового впливу усіх досліджуваних концентрацій іонів кадмію і талію (107104 М) виявлено підвищення вмісту ГSН як в пагонах, так і в коренях проростків гороху. Іони свинцю викликали аналогічні зміни в пагонах проростків, а при дії 104 М Pb2+ і в коренях рослин (рис. 5).

Як показали проведенi дослiдження, із збiльшенням концентрацiї iонiв кадмiю в поживному середовищi підвищувався вмiст вiдновленого глутатiону в коренях проросткiв гороху при дво (r = 0,85), п'яти (r = 0,96) та восьмидобовiй (r = 0,97) дiї металіону. Подiбним чином проростки гороху реагували i на збiльшення концентрацiї iонiв талiю в поживному середовищi (при дводобовому впливi r = 0,96, п'ятидобовому r = 0,89, восьмидобовому r = 0,72).

Отримані дані узгоджуються з літературними, адже відомо, що відповідною реакцією рослинного організму на окиснювальний стрес є посилений синтез ГSН [Alcher R.G., 1989]. Окрім того, є відомості про здатність іонів кадмiю і свинцю індукувати синтез металозв'язуючих низькомолекулярних тіолів фiтохелатинів. Фiтохелатини cинтезуються або з глутатiону, або ж з його бiосинтетичного попередника глутамiлцистеїну. Структурна подiбнiсть фiтохелатинiв з глутатiоном передбачає взаємозв'язок детоксикацiї ксенобiотикиків з внутрiшньоклiтинним рiвнем ГSH [Косицин А.В. и др., 1983, Klapheck S. et al., 1995].

З'ясовано, що деякi електрофiльнi агенти сприймаються рослиною як ксенобiотики i виводяться з органiзму у виглядi хелатних сполук, в утвореннi яких бере участь вiдновлений глутатiон. Цей процес вiдбувається ферментативним шляхом за участю глутатiонSтрансферази. Токсикологiчнi та бiохiмiчнi дослiдження свiдчать, що глутатiонова кон'югацiя є важливим шляхом детоксикацiї, яка здiй снюється водними i наземними рослинами та грунтовими мiкроорганiзмами [Field J.A. et al., 1996; Marrs K.A., 1996].

При вивченні впливу досліджуваних чинників на активність глутатіонSтрансферази в проростках гороху виявлено вірогідне підвищення активності ферменту на 5 добу дії іонів кадмію у концентрації 106 М в пагонах проростків, а в концентрації 107 М в коренях. Зниження активності ГSТ відзначено в коренях проростків за дії 107 М Cd2+ (табл. 1).

За умов 5добового впливу виявлено також вірогідне зростання активності ГSТ в пагонах і коренях проростків гороху при дії іонів талію у концентрації 104 М. За дії всіх досліджуваних концентрацій іонів свинцю (107104 М) зафіксовано пригнічення ферментативної активності в коренях рослин.

На 8 добу дії іонів свинцю активність ГSТ достовірно знижувалась відносно контролю і в пагонах, і в коренях проростків гороху. Іони кадмію і талію викликали різнонаправлені зміни активності досліджуваного показника.

Таблиця 1

Активність глутатіонSтрансферази в проростках гороху за умов впливу іонів важких металів (нмоль/ мг білка . хв, М m, n =8)

Іони	Варіант	Контроль	107 М	106 М	105 М	104 М
металів	Термін впливу 5 діб
Cd2+	пагін корінь	65,84,01 50,73,75	58,44,16 34,22,72	89,95,35 50,84,41	71,34,41 58,33,80	64,83,30 76,85,33
Tl+	пагін корінь	65,84,01 50,73,75	73,04,23 52,52,50	68,13,50 55,13,31	65,04,38 51,72,84	90,86,74 69,95,17
Pb2+	пагін корінь	65,84,01 50,73,75	68,44,24 40,61,87	65,13,58 39,51,98	64,52,87 28,92,25	67,84,41 40,12,09
Термін впливу 8 діб
Cd2+	пагін корінь	34,42,30 33,82,67	19,21,12 104,47,83	43,91,93 35,32,05	44,31,76 32,11,77	35,52,59 53,64,51
Tl+	пагін корінь	34,42,30 33,82,67	36,72,25 29,71,93	47,92,59 32,82,45	42,01,85 43,62,53	56,54,12 14,10,85
Pb2+	пагін корінь	34,42,30 33,82,67	25,82,08 21,21,78	23,41,26 20,31,38	25,51,73 17,21,20	25,11,88 16,91,44

Примітка: вірогідні відмінності порівняно з контролем (p 0,05)

Другим глутатіонзалежним ферментом, що вивчався нами, є глутатіонредуктаза. Оскільки відновлений глутатіон і глутатіонSтрансфераза беруть участь в реакціях хелатування електрофільних сполук, в тому числі й іонів важких металів, то таким чином стимулюють системи, які сприяють підвищенню вмісту глутатіону. Підтримання високого рівня ГSН в клітині здійснюється синтезом de novo і (або) редукцією окисненого глутатіону. Остання реакція проходить за участю глутатіонредуктази.

При 5добовій дії іонів Cd2+ у концентраціях 107, 106 М зафіксовано вірогідне підвищення активності глутатіонредуктази в пагонах проростків гороху, а при дії 104 М металіону виявлено зниження активності ферменту. В коренях проростків встановлено достовірне підвищення активності ГР над контролем при дії іонів кадмію у концентраціях 107, 106, 104 М. За умов впливу досліджуваних концентрацій іонів свинцю (107104 М) в коренях проростків гороху відзначено зниження активності глутатіонредуктази (табл. 2).

Таблиця 2

Активність глутатіонредуктази в проростках гороху за умов впливу іонів важких металів (мкмоль/ мг білка . хв, М m, n =8)

Іони	Варіант	Контроль	107 М	106 М	105 М	104 М
металів	Термін впливу 5 діб
Cd2+	пагін корінь	24,91,48 15,41,22	39,32,27 20,21,05	35,12,28 16,70,70	28,01,70 19,50,81	18,31,05 24,11,22
Tl+	пагін корінь	24,91,48 15,41,22	28,41,70 15,10,94	26,11,17 14,81,08	23,91,36 13,71,07	21,91,49 15,50,87
Pb2+	пагін корінь	24,91,48 15,41,22	26,41,62 11,20,85	23,71,63 11,60,82	22,41,34 10,80,73	24,21,74 11,40,91
Термін впливу 8 діб
Cd2+	пагін корінь	28,41,59 19,11,15	43,53,18 10,20,46	40,41,81 19,31,45	38,82,55 20,91,25	25,61,33 25,92,02
Tl+	пагін корінь	28,41,59 19,11,15	37,82,19 16,21,15	41,11,85 19,91,30	26,61,73 21,31,35	25,91,84 16,81,23
Pb2+	пагін корінь	28,41,59 19,11,15	29,01,31 15,40,75	28,71,49 14,91,09	31,22,14 15,30,92	43,53,09 15,10,85

Примітка: вірогідні відмінності порівняно з контролем (p 0,05)

При збільшенні терміну впливу металіонів (8 діб) відзначено вірогідне підвищення активності глутатіонредуктази, в порівнянні з контрольними величинами, в пагонах проростків при дії Cd2+ у концентраціях 107, 106, 105 М; в коренях при дії 104 М металіону. Зниження активності ферменту виявлено в коренях проростків гороху при дії мінімальної концентрації (107 М) іонів кадмію.

Іони талію у концентрації 107 і 106 М викликали достовірне підвищення активності ГР в пагонах проростків гороху.

За умов 8добового впливу досліджуваних концентрацій іонів свинцю виявлено зниження активності ГР в коренях проростків, а підвищення активності ферменту зафіксовано в пагонах рослин при дії максимальної (104 М) концентрації Pb2+.

Аналізуючи отримані результати можна припустити, що зростання внутрішньоклітинного вмісту відновленого глутатіону за умов дії іонів кадмію, талію та свинцю відбувалось як за рахунок підвищення активності ГР, яка каталізує реакцію відновлення окисненого глутатіону, так і за рахунок біосинтезу ГSН de novo.

При вивченні біометричних показників проростків гороху виявлено негативну залежність між збільшенням концентрації іонів кадмію і талію в середовищі росту та довжиною і масою пагонів та коренів проростків впродовж досліджуваного терміну.

Найбільші зміни довжини пагонів та коренів проростків гороху виявлені за умов впливу іонів талію. Незначні зміни біометричних показників відбувалися при дії іонів свинцю. Іони кадмію займали проміжне положення за наслідками впливу на вивчені показники (рис. 6).

Аналогічну тенденцію виявлено і при вивченні впливу іонів кадмію, талію та свинцю на масу проростків гороху (рис. 7).

Отже, досліджувані нами іони важких металів за рівнем токсичності, стосовно біометричних показників проростків гороху, можна розташувати в наступний ряд: Tl+ Cd2+ Pb2+.

ВИСНОВКИ

1. Проявом захисної реакції проростків гороху на ранніх етапах впливу (2 доби) досліджуваних концентрацій (107104 М) іонів кадмію, талію і свинцю є активація антиоксидантної системи рослин (підвищується вміст відновленого глутатіону, зростає активність супероксиддисмутази і каталази).

2. Восьмидобова дія іонів кадмію, талію та свинцю у концентраціях 105, 104 М призводить до посилення процесів пероксидного окиснення ліпідів у проростках гороху, про що свідчить зростання в них рівня малонового альдегіду та зниження активності ферментів антиоксидантного захисту (супероксиддисмутази і каталази).

3. Реакцією проростків гороху на дію досліджуваних концентрацій іонів кадмію, талію та свинцю є підвищення вмісту відновленого глутатіону в тканинах рослин і залежність цього показника як від концентрації металіонів у поживному середовищі, так і від терміну їх дії.

4. За умов п'ятидобової дії іонів свинцю у концентраціях 107 104 М знижується активність глутатіонSтрансферази та глутатіонредуктази в коренях проростків гороху, восьмидобової і в коренях, і в пагонах. За дії досліджуваних концентрацій іонів кадмію і талію впродовж терміну експерименту закономірностей у зміні активності глутатіонзалежних ферментів не виявлено.

5. Між збільшенням концентрацій іонів кадмію і талію в поживному середовищі та біометричними показниками проростків гороху (довжина і маса) існує негативна кореляція. Порівняльний аналіз впливу досліджуваних концентрацій іонів важких металів на біометричні параметри проростків показав наступний їх екотоксичний ряд: талій > кадмій > свинець.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Платонова А.А., Костишин С.С. Післядія кадмію і талію на вміст відновленого глутатіону в проростках гороху (Pisum sativum L.)// Науковий вісник Чернівецького університету. 1997. Вип. 17. Біологія. С. 312.

2. Платонова А.А. Стан глутатіонової системи гороху (Pisum sativum L.) при дії іонів свинцю// Науковий вісник Чернівецького університету. 1998. Вип. 20. Біологія. С. 5460.

3. Платонова А.А., Костишин С.С., Блошко М.М. Вміст відновленого глутатіону та активність глутатіонзалежних ферментів у проростках гороху (Pisum sativum L.) при дії іонів кадмію і талію// Физиология и биохимия культ. растений. 1998. Т. 30, № 4. С. 264270.

4. Платонова А.А., Костишин С.С. Вплив іонів свинцю на вміст малонового діальдегіду та активність антиоксидантних ферментів у проростах гороху (Pisum sativum L.) // Науковий вісник Чернівецького університету. 1998. Вип. 38. Біологія. С. 95100.

5. Платонова А.А., Блошко М.М. Вміст відновленого глутатіону у рослин Pisum sativum L. при дії хімічного забруднення// Тези доп. VI

Конференції молодих вчених «Актуальні проблеми фізіології рослин і генетики», Київ, 1996. С. 6364.

6. Bloshko M.M., Platonova A.A. Response evaluation of agricultural plants protective system on environment pollution by cadmium ions// Тези доп. Міжнар. наук.практ. конф. «Демографічна ситуація в Карпатському регіоні: реальність, проблеми, прогнози на XXI століття», ЧернівціКиїв, 1996. С. 187189.

7. Платонова А.А., Блошко М.М., Костишин С.С. Вплив іонів кадмію і талію на стан глутатіонової системи гороху (Pisum sativum L.)// Тези доп. VII Укр. біохім. з'їзд, К.: Видво НАН України, 1997.

Ч. 3. С. 144145.

8. Костишин С.С., Оплачко Л.Т., Юрієва О.В., Платонова А.А. Вплив іонів кадмію на вміст відновленого глутатіону та активність глутатіонзалежних ферментів в проростках гороху (Pisum sativum L.)// Матеріали міжн. конф. «Онтогенез рослин в природному та трансформованому середовищі», Львів: Видво «Сполом», 1998. С. 212213.

9. Платонова А.А., Блошко М.М., Костишин С.С. Стан антиоксидантної системи проростків гороху (Pisum sativum L.) в умовах дії іонів свинцю// Матеріали I Всеукраїнської наук. конф. «Екологічний стрес і адаптація в біологічних системах», Видво Тернопільського держ. пед. унту, 1998. С. 5758.

10. Блошко М.М., Платонова А.А. Оцінка екотоксичності іонів важких металів у різних модельних системах рослин// Матеріали I Всеукраїнської наук. конф. «Екологічний стрес і адаптація в біологічних системах», Видво Тернопільського держ. пед. унту, 1998. С. 118119.

АНОТАЦІЇ

Платонова А.А. Стан антиоксидантної системи проростків гороху (Pisum sativum L.) за дії іонів кадмію, талію та свинцю. Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук за спеціальністю 03.00.04 біохімія. Чернівецький державний університет ім. Ю. Федьковича, Чернівці, 1999.

Захищається дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук, основні положення якої викладені в 10 наукових публікаціях. Дисертацію присвячено дослідженню впливу різних концентрацій (107104 М) іонів кадмію, талію і свинцю на стан компонентів антиоксидантної системи та вміст малонового альдегіду в проростках гороху на початкових стадіях розвитку.

Встановлено посилення процесів пероксидного окиснення ліпідів у проростках гороху за умов 8добової дії іонів кадмію, талію і свинцю, про що свідчить підвищення вмісту малонового альдегіду та зниження активності антиоксидантних ферментів (супероксиддисмутази і каталази). Виявлено підвищення рівня відновленого глутатіону в проростках гороху за дії іонів кадмію, талію та свинцю і залежність цього показника як від концентрації металіонів у поживному середовищі, так і від тривалості їх впливу. Не виявлено корелятивної залежності між вмістом ГSН та активністю глутатіонредуктази в проростках гороху за дії іонів досліджуваних ВМ.

Ключові слова: Pisum sativum L., кадмій, талій, свинець, малоновий альдегід, антиоксидантна система.

Платонова А.А. Состояние антиоксидантной систем проростков гороха (Pisum sativum L.) при воздействии ионов кадмия, таллия и свинца. Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук по специальности 03.00.04 биохимия. Черновицкий государственнй университет им. Ю. Федьковича, Черновц, 1999.

Защищается диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук, основне положения которой изложен в 10 научнх публикациях. Диссертация посвящена исследованию влияния различнх концентраций (107104 М) ионов кадмия, таллия и свинца на состояние компонентов антиоксидантной систем и содержание малонового альдегида в проростках гороха на начальнх стадиях развития.

На ранних стадиях воздействия (2 суток) исследуемих концентраций (107104 М) ионов кадмия, таллия и свинца вявлена активация антиоксидантной систем проростков гороха (увеличение количества восстановленого глутатиона, активности супероксиддисмутаз и каталаз).

В условиях 5суточного влияния ионов свинца в концентрациях 107104 М зафиксировано снижение активности глутатионSтрансфераз и глутатионредуктаз в корнях проростков гороха, 8суточного и в корнях, и в побегах. При воздействии ионов кадмия и таллия на протяжении исследуемого периода закономерности в изменении активности глутатионзависимх ферментов не обнаружено.

Установлено повшение уровня восстановленного глутатиона в проростках гороха при воздействии ионов кадмия, таллия и свинца и зависимость того показателя как от концентрации металлионов в питательной среде, так и от длительности их воздействия. Обнаружена положительная зависимость между увеличением концентрации ионов кадмия и таллия в питательной среде и содержанием восстановленого глутатиона в корнях проростков гороха. Не вявлена коррелятивная зависимость между содержанием ГSН и активностью глутатионредуктаз в проростках гороха при воздействии ионов исследуемх тяжелх металлов.

В условиях 8суточного действия ионов кадмия, таллия и свинца установлено усиление процессов пероксидного окисления липидов в проростках гороха, о чем свидетельствует повшение содержания малонового альдегида в проростках, а также снижение активности антиоксидантнх ферментов (супероксиддисмутаз и каталаз).

При изучении влияния ионов исследуемх тяжелх металлов на биометрические показатели проростков гороха обнаружена отрицательная зависимость между увеличением концентрации ионов кадмия и таллия в питательной среде и длиной и массой проростков.

По степени токсичности (относительно биометрических показателей) исследуеме металлион формируют следующий ряд: таллий > кадмий > свинец.

Ключеве слова: Pisum sativum L., кадмий, таллий, свинец, малоновй альдегид, антиоксидантная система.

Platonova A.A. The state of the antioxidation system in pea sprouts (Pisum sativum L.) under the influence of cadmium, thallium and lead ions. The manuscript. The dissertation submitted for Candidate of Biological Sciences degree, majoring in Biochemistry 03.00.04, Chernivtsi, 1999.

The thesis is to be defended. Its essentials are exposed in 10 scientific publications. The thesis under discussion is devoted to the investigation of the influence of different cadmium, thallium and lead ion concentrations (107104 M) on the state of the antioxidation system and on the content of malonyl aldehyde in pea sprouts at the initial stages of their development.

The increase of peroxygen oxidation lipid processes in pea sprouts under the 8day influence of cadmium, thallium and lead ions was investigated. These results are testified by the increase of malonyl aldehyde in pea sprouts as well as the lowering of antioxidation ferments (superoxide dismutase and catalase) activity. The increase of reduced glutathione content in pea sprouts under the influence of cadmium, thallium and lead ions was found, as well as the dependence of this marker upon both the concentration of metalions in the nutritions media and the duration of their impact. The correlative dependence between GSH and glutathione reductase in pea sprouts under the influence of the given heavy metal ions was not found.

Key words: Pisum sativum L., cadmium, thallium, lead, malonyl aldehyde, antioxidation system.

Размещено на Allbest.ru

...