Функціонування ферментів антиоксидантної системи в репродуктивних органах Robinia pseudoacacia L. за умов промислового міста

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Дніпропетровський національний університет імені Олеся Гончара

Функціонування ферментів антиоксидантної системи в репродуктивних органах Robinia pseudoacacia L. за умов промислового міста

Г.С. Россихіна-Галича

Ю.В. Лихолат

Н.О. Лисенко

Особливість міського середовища полягає в тому, що, зазнаючи суттєвого впливу комплексу антропогенних факторів, воно починає самостійно діяти на природні системи та людину [2]. Міське середовище різко відрізняється від природного освітлення, величиною сонячної радіації, температурою і вологістю повітря й ґрунту [7].

Важливу роль в екологічній оптимізації міського середовища і створення сприятливого мікроклімату виконують міські насадження. Вони очищують повітряний басейн міста від пилу, шкідливих газів, диму, кіптяви; як діючі компоненти середовища можуть виступати в ролі індикаторів, що характеризують стан оточуючого середовища. В оцінці ступеня забруднення урбанізованого середовища не можна розраховувати лише на фізико-хімічні показники атмосферного повітря й ґрунту, оскільки ці дані не дають повного уявлення про стан довкілля. Необхідно застосовувати принципи біомоніторингу, які пропонують проведення комплексних досліджень із застосуванням у якості тест-об'єктів живих організмів (у наших дослідженнях рослин), у яких простежується чітка закономірність змін певних показників у залежності від інтенсивності техногенного навантаження.

В умовах урбанізованого середовища трансформації зазнають у першу чергу біохімічні реакції, фізіологічні процеси, як наслідок - морфоструктура рослин. Ступінь ураженості рослини залежить від двох факторів - концентрації токсичної речовини і тривалості його дії [6].

Окремі аспекти процесів росту та розвитку деревних та трав'янистих рослин в умовах міста досліджувала значна кількість вчених [3; 15; 16; 17, 18], але особливості змін ферментативної активності компонентів антиоксидантного захисту репродуктивних органів рослин, які формувалися за комплексного антропогенного забруднення міського середовища, вивчені недостатньо.

Натепер недостатньо даних для того, щоб скласти повне уявлення про функціональний стан насіння деревних рослин, яке сформувалося в умовах забруднення середовища аерополютантами. Не досліджена ферментативна активність антиоксидантної системи насіння деревних рослин на вплив екологічних умов, за яких формувалось насіння.

Завданням нашого дослідження було визначення активності ключових окисно-відновних ферментів у стиглому насінні Robinia pseudoacacia L., що зростали в різних умовах урбанізованого середовища.

Об'єкти та методи дослідження. Об'єктом наших досліджень обрано одну з найпоширеніших на території Дніпропетровська деревних порід - Robinia pseudoacacia L. Насіння відбирали на моніторингових ділянках у с. Першотравенка (чиста зона - контроль) та в окремих точках основних автомагістралей міста: пр. К. Маркса, пр. Кірова, вул. Героїв Сталінграда.

Вміст ТБК-активних продуктів визначали за М.М. Мусієнком [9]. Активність СОД оцінювали фотоелектроколориметрично за ступенем інгібування відновлення нітросинього тетразолію за І.О. Переслегіною [11], каталази - за кількістю розкладеного перекису водню титриметрично за Б.П. Плешковим [12], бензидин-пероксидази - за швидкістю реакції окислення бензидину [7]. Статистичну обробку результатів, отриманих у триразовій повторності, здійснено за допомогою пакета Microfoft Statistica 6.0. Розбіжності між вибірками вважали значущими при р < 0,05.

Результати дослідження. Особливу роль в оптимізації та покращенні мікроклімату міського середовища Придніпров'я відіграють зелені насадження, де поряд із трав'янистими рослинами значну частину складають деревні. Уловлюючи кіптяву, важкі метали та різноманітні шкідливі гази, вони зменшують шкідливий вплив антропогенного навантаження міста [8]. Вплив токсичних сполук призводить до зростання у рослинах вмісту активних форм кисню та прискорення катаболічних реакцій [16].

У результаті проведених досліджень встановлено зміни ферментативної активності антиоксидантної системи стиглого насіння Robinia pseudoacacia, які зростали в різних екологічних умовах промислового міста. За отриманими даними, аерополютанти, індукуючи інтенсивність пероксидного окиснення ліпідів, призводили до збільшення, порівняно з контрольними зразками, кількісного вмісту ТБК-активних продуктів (маркеру переокиснення жирів і оксидативного стресу) у насінні досліджуваних рослин. При цьому зміни вмісту ТБК-активних продуктів залежали від району їх зростання. Так, інтенсивність ліпопероксидації у репродуктивних органах рослин, що зазнали комплексного хронічного впливу антропогенних чинників на узбіччі вул. Г. Сталінграда, була максимальною (відмічено зростання у 6,7 разів порівняно з рослинами контрольного варіанта). Для насіння, зібраного на пр. К. Маркса, цей показник зростав у 6 разів, а на пр. Кірова - в 4 рази відносно рослин контрольного варіанта (рис. 1).

Район дослідження Район дослідження

Рис. 1. Вміст ТБК-активних продуктів та активність супероксиддисмутази у насінні Robiniapseudoacacia L. за різних умов зростання Варіанти досліду (тутідалі): 1 - с. Першотравенка; 2 - пр. Кірова; 3 - пр. К. Маркса; 4 - вул. Г. Сталінграда

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 2. Активність каталази й пероксидази у насінні Robinia pseudoacacia L. за різних умовзростання

Зареєстрована нами інтенсифікація процесів ПОЛ призводила до неспецифічних механізмів захисту клітин, а це, передусім, супроводжувалося змінами активності ферментів антиоксидантної системи, зокрема, супероксиддисмутази, каталази й пероксидази.

Основні зміни активності супероксиддисмутази в насінні Robinia pseudoacacia L. представлені на рис 1. Максимальний показник ферментативної активності (6,57 ум. од./г маси сухої речовини) спостерігали у разі впливу чинників антропогенної природи на вул. Г Сталінграда, який в 3,5 рази перевищувала контрольний рівень. Дещо нижчий рівень активності ензиму мало стигле насіння рослин, які зростали на пр. К. Маркса й пр. Кірова - у цих варіантах активність ферменту зростала в 3,0 та 1,7 рази, відповідно.

Оскільки літературні дані свідчать про роль СОД у захисті рослин від окисної деструкції [4], то встановлений нами підвищений рівень активності ферменту у насінні Robinia pseudoacacia L. носить пристосувальний характер і спрямований на руйнування супероксидного радикалу. Відносно висока активність ензиму могла бути результатом підвищеної експресії його гена.

У результаті реакції, яку каталізує СОД, утворюється пероксид водню, руйнування якого здійснюється системою, що включає каталазу або пероксидазу. Ці ферменти каталізують двоелектронне відновлення Н₂О₂ до води, використовуючи як донор електрона пероксид водню у випадку каталази та різних відновників у випадку пероксидази [14].

Одним із найважливіших ферментів антиоксидантного захисту є каталаза, що каталізує реакцію перетворення пероксиду водню на воду та кисень. На відміну від пероксидаз, цей фермент не потребує відновленого субстрату для активності. Зниження активності каталази призводить до утворення реакційно агресивного ініціатора ПОЛ - гідроксильного радикалу - і може бути діагностичною ознакою чутливості рослин до антропогенних навантажень [13].

Проведені дослідження ферменту дали змогу встановити високий рівень його активності (зростання на 13-20 %) у насінні з усіх моніторингових ділянок (вис. 2). Клітинні механізми дезактивації різних активних форм кисню можуть замінювати, доповнювати й дублювати один одного [5]. Припускається, що недостатня активність будь-якої з ланок антиоксидантного захисту може призвести до активації іншої ланки.

Окрім каталази, Н₂О₂ дезактивується різноманітними пероксидазами. Цей ензим як один із маркерних ферментів практично першим активується у відповідь на стрес, бере участь в окиснювально-відновних реакціях фотосинтезу, процесах дихання, метаболізмі білків і регулюванні процесів росту, катаболізмі фенольних сполук тощо [1].

Активність пероксидази у насінні Robinia pseudoacacia L. за хронічної дії стресорів була зниженою відносно контролю на 11 % - пр. Кірова, 12 % - пр. К. Маркса та 39 % - вул. Г. Сталінграда (рис.2). З урахуванням літературних даних це можна пояснити тим, що у разі хронічної дії аерополютантів на рослину в тканинах насіння даного виду починають діяти інші адаптаційні механізми [10].

Висновки. Виявлено, що хронічний вплив аерополютантів приводив до інтенсифікації процесів пероксидного окиснення ліпідів у насінні Robinia pseudoacacia L. в умовах урбофітоценозу м. Дніпропетровська.

Встановлено, що для підтримки окисно-відновного гомеостазу у насінні дослідних організмів за стресових умов існування відбувалося за рахунок збільшення активності супероксиддисмутази і каталази та зниження пероксидази.

Показано, що показники вмісту ТБК-продуктів й активності СОД, каталази та пероксидази можна з великим ступенем достовірності використовувати для оцінки стану рослин у стресових умовах та їх стійкості до аеротехногенного забруднення.

Бібліографічні посилання

антиоксидантний фермент насіння екологічний

1. Андреева В.А. Фермент пероксидаза: участие в защитном механизме растений / В.А. Андреева. - М.: Наука, 1988. - 128 с.

2. Бухарина И.Л. Биоэкологические особенности травянистых и древесных растений в городских насаждениях: монография / И.Л. Бухарина, А.А. Двоеглазова. - Ижевск: Изд- во «Удмурдский университет», 2010. - 184 с.

3. Грицай З.В. Насіннєва продуктивність деревних рослин в умовах забруднення довкілля викидами металургійного підприємства / З.В. Грицай, О.Г. Динесенко // Вісник Днпропетр. ун-ту. Серія Біологія. Екологія. - 2011. - Вип. 19, Т. 2. - С. 40-44.

4. Клеточные механизмы адаптации растений к неблагоприятным воздействиям экологических факторов в естественных условиях / Е.Л. Кордюм, К.М. Сытник, В. Бараненко, Н.А. Белявская, Д.А. Климчук, Е.М. Недуха - К.: Наук. думка, 2003. - 270 с.

5. Колупаєв Ю.Є. Регуляция активности каталазы в колеоптилях пшеницы: возможная роль ионов Са²+ и кальмодулина / Ю.Е. Колупаев, Ю.В. Карпец // Вісник Харків. нац. аграр. ун-ту. Серія біологія. - 2008. - Вип. 1 (12). - С. 15-21.

6. Курбатова А.С. Экология города / А.С. Курбатова, В.Н. Башкина, Н.С. Касимов. - М.: Научный мир, 2004. - 624 с.

7. Методы биохимического исследования растений / под ред. А.И. Ермакова, 3-е изд. - Л.: Агропромиздат, 1987. - 430 с.

8. Лихолат Ю.В. Морфо-фізіологічні особливості квітково-декоративних рослин з території шахти «Степова» / Ю.В. Лихолат, Г.С. Россихіна, Н.С. Найданова // Таврійський науковий вісник. - 2010. - Вип. 71, ч. 3. - С. 130-135.

9. Мусієнко М.М. Спектрофотометричні методи в практиці фізіології, біохімії та екології рослин / М.М. Мусієнко, Т.В. Паршикова, П.С. Славний. - К.: Фітосоціоцентр, 2001. - 200 с.

10. Пацула О.І. Пристосування Helianthus annum L. до токсичної дії кадмію за участю пероксидази / О.І. Пацула // Наук вісник Ужгород ун-ту: Серія біологія. - 2006. - Вип. 18. - С. 30-34.

11. Переслегина И.А. Активность антиоксидантных ферментов слюны здоровых детей / И.А. Переслегина // Лабораторное дело. - 1989. - № 11. - С. 20-23.

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

13. Половникова М.Г. Активность компонентов антиоксидантной защиты и полифенолоксидазы у газонных растений в онтогенезе в условиях городской среды / М.Г. Половникова, О.Л. Воскресенская // Физиология растений. - 2008. - Т. 55, № 5 - 777-785.

14. Прайор У. Свободные радикалы в биологии / У Прайор. - М.: Мир, 1979. - Т. 2. - 240 с.

15. Россихіна-Галича Г.С. Пероксидазна активність насіння представників роду Acer L., що зростають в умовах хронічної дії антропогенних агентів / Г.С. Россихіна // Найновите постижения на европейска та наука - 2012: Матер. За VIII междунар. науч-практ. конф. - София, 2012. - С. 6-8.

16. Россихіна Г.С. Морфо-фізіологічні параметри при адаптації газоноутворюючих трав до дії свинцю [Електронний ресурс]/ Г.С. Россихіна, Ю.В. Лихолат, О.М. Вінниченко // Наукові доповіді НУБіП. - 2010. - № 5 (21). Режим доступу: http://www.nbuv.gov.ua/e-joumals /Nd/ 2010_5/ 10rgslfg. pdf.

17. Філонік І.О. Склад ліпідів у насінні гірококаштана звичайного, клена гостролистого та дуба звичайного в умовах Дніпропетровського регіону / І.О. Філонік, Л.Ф. Заморуєва, А.А. Кисла // Вісник Дніпропетровського ун-ту. Серія. Біологія. Екологія. - 2010. - Т. 2, Вип. 18. - С. 112-119.

18. Хромих Н.О. Стан глутатіон-залежної системи Aesculus hippocastanum за умов антропогенного забруднення / Н.О. Хромих // Вісник Львів. ун-ту. Серія біологічна. - 2012. - Вип. 58. - С. 265-270.

Размещено на Allbest.ru