Влияние антиоксидантов селена и кофейной кислоты на устойчивость растений картофеля к действию гипотермии

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

ФГБОУ ВО

Орловский государственный университет имени И.С. Тургенева

Кафедра ботаники, физиологии и биохимии растений

Влияние антиоксидантов селена и кофейной кислоты на устойчивость растений картофеля к действию гипотермии

Т.И. Пузина, д.б.н., профессор

И.Ю. Макеева, ассистент

П.С. Прудников, к.б.н., с.н.с.

РФ, г. Орёл

Аннотация

Исследовали действие антиоксидантов селена и кофейной кислоты на содержание продуктов ПОЛ и активность антиоксидантных ферментов в условиях двухчасовой гипотермии (-2°С). Показано накопление гидроперекисей жирных кислот липидов и малонового диальдегида при действии гипотермии. Выявлено, что кофейная кислота сдерживала данный процесс, а селенит натрия полностью предотвращал накопление МДА. Это происходило на фоне активизации работы каталазы и пероксидазы

Ключевые слова: селен, кофейная кислота, гипотермия, мониторинг реакций ПОЛ, антиоксидантные ферменты

T.I. Puzina, I.Yu. Makeeva, P.S. Prudnikov. The influence of antioxidants of selenium and caffeic acid on the stability of potato plants to the action of hypothermia

The effect of selenium and caffeic acid antioxidants on the content of LPO products and the activity of antioxidant enzymes under conditions of a two-hour hypothermia (-2°C) was studied. The accumulation of hydroperoxides of fatty acids of lipids and malonic dialdehyde under the influence of hypothermia is shown. It was found that caffeic acid inhibited this process, and sodium selenite completely prevented the accumulation of MDA. This occurred against the backdrop of catalase and peroxidase

Key words: selenium, caffeic acid, hypothermia, monitoring of LPO reactions, antioxidant enzymes

В естественных условиях среды обитания растительные организмы постоянно подвергаются воздействию экологических факторов, от которых во многом зависит реализация генетической программы. Действие различных стрессоров обычно ограничивает рост и развитие растений, что отрицательно сказывается на их продуктивности. По данным [8], низкие температуры относятся к числу наиболее распространенных условий окружающей среды, оказывающих неблагоприятное воздействие на растительный организм. В таких условиях рост и развитие растений зависит от их способности к низкотемпературной адаптации, имеющей своей целью повышение устойчивости к низким температурам [5]. Механизм устойчивости растений к низким температурам составляет комплекс адаптивных реакций, выработанных в процессе эволюции в результате приспособления организма к изменяющимся температурным условиям среды. Повышение устойчивости к экологическим стрессам часто кореллирует с эффективностью работы антиоксидантной системы. В этой связи возникает необходимость выявления веществ, участвующих в регуляции работы антиоксидантной системы. В ряде работ антиоксидантные свойства селена показаны при стрессах, вызванных действием тяжелых металлов и засухи [2, 1]. Не найдено сведений об участии микроэлемента селена в формировании устойчивости растений к гипотермии.

В последнее время исследователи уделяют особое внимание антиоксидантным свойствам фенольных соединений, в частности, флавоноидам [6]. Антиоксидантные свойства другой многочисленной группы - фенилпропаноидов, в состав которых входят гидроксикоричные кислоты, изучены крайне мало [9]. Ранее нами было показано, что кофейная кислота - представитель гидроксикоричных кислот, обладает антиоксидантным действием [3].

Для растений картофеля губительными являются весенние заморозки (-1°С - -2°С). Целью данного исследования было изучение действия селенита натрия и кофейной кислоты на работу антиоксидантной системы Solanum tuberosum L. в условиях развития окислительного стресса, индуцированного гипотермией (-2°С).

В качестве объекта исследования использовали растения картофеля сорта Скороплодный и Жуковский ранний селекции ВНИИ КХ (Коренёво, Россия). Опыты проводили в лаборатории "Регуляции роста и развития растений" кафедры ботаники, физиологии и биохимии растений Орловского государственного университета имени И.С.Тургенева. Для этого клубни картофеля после прохождения глубокого покоя переносили из овощехранилища в условия лаборатории и проращивали в контейнерах с влажными опилками в начале в темноте, а после появления всходов на поверхности субстрата при температуре 20±2°С.

Варианты опыта включали опрыскивание растений 0.1 мМ раствором кофейной кислоты (Sigma, США) из расчета 50 мл на растение через 15 суток после появления всходов, а также предобработку посадочных клубней (замачивание на 6 часов) 5,8?10^-3 мМ раствором Na₂SeO₃ (2,610^-3 мМ Se). Гипотермию создавали, помещая контейнеры с растениями в низкотемпературный шкаф Т25/01 (Россия) на 2 часа при температуре -2°С, имитирующей заморозки.

Активность каталазы определяли газометрическим методом по количеству выделяющегося кислорода, а также с последующим пересчетом на количество пероксида водорода, разлагающегося каталазой, активность пероксидазы - по времени образования синей окраски в результате окисления бензидина. Содержание гидроперекисей жирных кислот липидов оценивали по реакции взаимодействия их с роданистым аммонием, малонового диальдегида - по цветной реакции с тиобарбитуровой кислотой при нагревании. гипотермия антиоксидант селен кофейный картофель

На рисунках представлены средние арифметические из 5-10 биологических повторностей и их стандартные ошибки. Аналитическая повторность 5-кратная. Достоверность полученных результатов оценивали с помощью критерия Стьюдента, считая достоверными различия при уровне доверительной вероятности выше 0.95.

Мониторинг реакций ПОЛ по начальному и конечному продуктам выявил наличие окислительного стресса в побегах возобновления картофеля при действии двухчасовой гипотермии (-2°С), что проявилось в увеличении содержания как гидроперекисей жирных кислот липидов, так и малонового диальдегида (рис.1). Возможно это связано с усилением процесса дыхания, являющегося неспецифической реакцией в ответ на стрессор и поставляющего одну из активных форм кислорода - перекись водорода. При этом кофейная кислота сдерживала данный процесс, а селенит натрия полностью предотвращал накопление малонового диальдегида.

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

- контроль, Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

- кофейная кислота, Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

- Na₂SeO₃

Рисунок 1 - Влияние гипотермии на развитие реакций ПОЛ в зависимости от обработки растений картофеля кофейной кислотой (а, б) и селенитом натрия (в)

Антиоксидантная система, нейтрализующая активные формы кислорода, сохраняющая целостность биомолекул и структурно-функциональной состояние клеточных мембран, занимает важное место в адаптации растений к стрессовым условиям [5]. Одной из причин снижения окислительного стресса в условиях гипотермии под влиянием селена является его вхождение в состав глутатионпероксидазы, утилизирующей пероксид водорода. Результаты проведённых исследований показали также, что данный микроэлемент активизировал работу других антиоксидантных ферментов - каталазы и пероксидазы (рис. 2). Как было ранее показано [4], это приисходило на фоне существенного наклпления фитогормона абсцизовой кислоты, которая в условиях стресса, по данным [7], оказывает стимулирующий эффект на экспрессию генов ферментов-антиоксидантов. Обработка побегов кофейной кислотой, также как и селен, повышала активность каталазы и пероксидазы в условиях действия стрессора. Как и в случае с селеном, более активна была каталаза.

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

- контроль, Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

- кофейная кислота, Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

- Na₂SeO₃

Рисунок 2 - Влияние кофейной кислоты (а, б) и селенита натрия (в, г) на активность антиоксидантных ферментов при действии гипотермии

Таким образом, в условиях гипотермии изученные антиоксиданты приводят к ослаблению возникающего окислительного стресса на фоне активизации антиоксидантных ферментов - каталазы и пероксидазы.

Библиографический список

1. Балахнина Т.И., Надёжкина Е.С. Влияние селена на рост и антиоксидантный потенциал пшеницы Triticum aestivum L. При развитии окислительного стресса, индуцированного свинцом // Физиология растений. 2017. Т.6, №2. С 151-160.

2. Кузнецов Вас.В. Защитное действие селена при адаптации растений пшеницы к условиям засухи: Автореф. дис. …канд. биол. Наук. М.: МСХА. 2004. 21 с.

3. Пузина Т.И., Макеева И.Ю., Аникеева А.Э., Бычков И.А. Влияние кофейной кислоты на антиоксидантную активность растений Solanum tuberosum // Ученые записки Орловского государственного университета. Серия: естественные, технические и медицинские науки. 2013. №3 (53). С.178-180.

4. Пузина Т.И., Прудников П.С., Якушкина Н.И. Селен как модификатор гормонального статуса растений картофеля в условиях гипотермии // Вторые чтения, посвященные памяти Ефремова Степана Ивановича. Орел: Картуш, 2006. С. 12-16.

5. Трунова Т.И. 64-е Тимирязевское чтение Растение и низкотемпературный стресс. М. Наука, 2007. 54 с.

6. Brunetti C., di Ferdinando M., Ferrini F., Tattini M. Stress-indused flavonoid biosynthesis and the antioxidant machinery of plants // Plant Signal. Behav. 2011. Vol. 6. P.709-711.

7. Guan, L.M., Scandalios J.G. Catalase gene expression in response to auxin-mediated developmental signals // Physiologia Plantarum. 2002. №114. Р. 288-295.

8. Larcher W. Phisiological Plant Ecology. Ecophysiology and Sterss Physiology of Functional Groups. Springer: Berlin, Yeidelberg, New Yorк. 2003. 513 pp.

9. Wan Y.Y., Zhang Y., Zhang L., Zhou Z.Q., Li X., Shi Q., Wang X. J., Bai J.G. Caffeic acid protects cucumber against chilling stress by regulating antioxidant enzyme activity and proline and soluble sugar contents // Acta Physiologiae Plantarum. 2015. V. 37, №1. P. 1706-1711.

References

1. Balakhnina T.I., Nadezhkina E.S. Effect of selenium on the growth and antioxidant potential of wheat Triticum aestivum L. with the development of oxidative stress induced by lead // Physiology of plants. 2017. V.6, №2. C 151-160.

2. Kuznetsov Vl. V. The protective effect of selenium in the adaptation of wheat plants to drought conditions: Author's abstract. dis. ... cand. Biol. Science. Moscow: MSHA. 2004. 21 pp.

3. Puzina T.I., Makeeva I.Yu., Anikeeva A.E., Bychkov I.A. Effect of caffeic acid on the antioxidant activity of Solanum tuberosum plants // Uchenye zapiski Orel State University. Series: natural, technical and medical sciences. 2013. №3 (53). P.178-180.

4. Puzina T.I., Prudnikov P.S., Yakushkina N.I. Selenium as a modifier of the hormonal status of potato plants under hypothermia // Second readings dedicated to the memory of Stepan Ivanovich Efremov. Oryol: Cartouche, 2006. P. 12-16.

5. Trunova T.I. 64th Timiryazev reading Plant and low-temperature stress. M. Nauka, 2007. 54 p.

6. Brunetti C., di Ferdinando M., Ferrini F., Tattini M. Stress-indused flavonoid biosynthesis and the antioxidant machinery of plants // Plant Signal. Behav. 2011. Vol. 6. P.709-711.

7. Guan, L.M., Scandalios J.G. Catalase gene expression in response to auxin-mediated developmental signals // Physiologia Plantarum. 2002. №114. Р. 288-295.

8. Larcher W. Phisiological Plant Ecology. Ecophysiology and Sterss Physiology of Functional Groups. Springer: Berlin, Yeidelberg, New Yorк. 2003. 513 pp.

9.Wan Y.Y., Zhang Y., Zhang L., Zhou Z.Q., Li X., Shi Q., Wang X.J., Bai J.G. Caffeic acid protects cucumber against chilling stress by regulating antioxidant enzyme activity and proline and soluble sugar contents // Acta Physiologiae Plantarum. 2015. V. 37, №1. P. 1706-1711.

Размещено на allbest.ru