CC BY
28
УДК 635.655:632.4 Код ВАК 06.01.05 DOI: 10.32417/1997-4868-2020-198-7-47-55
i hl
CTQ
a P Сь
b h-
О
Г+
П>
0 ¡3
1
CTQ h-
П)
СЛ
Активность оксидоредуктаз семян и проростков сои в условиях грибковой инфекции Septoria glycines Hemmi
B. А. Кузнецова1123, А. А. Блинова1, О. Н. Тарасова1, Л. Е. Иваненко1 1 Всероссийский научно-исследовательский институт сои, Благовещенск, Россия
°E-mail: [email protected]
Аннотация. Исследование направлено на проведении анализа оксидоредуктазной активности семян и проростков сои, зараженных грибковой инфекцией Septoria glycines Hemmi. Методы исследований. Объектом исследования были семена, собранные с растений сои (Glycine max (L.) Merr) сорта Лидия, выращенных на луговой черноземовидной почве опытного поля ФГБНУ ВНИИ сои в с. Садовое Амурской области в 2019 г. Содержание малонового диальдеги-да определяли с применением тиобарбитуриевой кислоты. Активность супероксиддисмутазы и каталазы определяли спектрофотометрическим методом, а активность пероксидазы и полифенолоксидазы - колориметрическим методом. Электрофоретические спектры исследуемых ферментов выявляли методом электрофореза на колонках 7,5-процентного полиакриламидного геля. Выявление на геле зон с ферментативной активностью проводили соответствующими гистохимическими методами. Результаты. В результате исследований установлено, что на 10-е сутки зараженность проростков составила 8,75 %. При этом под воздействием Septoria glycines Hemmi наблюдалось замедление ростовых процессов, возрастал уровень малонового диальдегида, что свидетельствует об увеличении окислительных процессов. Длина проростков, зараженных септориозом, оказалась на 2,7 % меньше по сравнению с незараженными, масса зараженных проростков снизилась на 0,15 г. При инфицировании сои септориозом произошла ответная реакция семян и проростков сои, выраженная в изменении удельной активности исследуемых ферментов и перестройки их множественных форм. Снижение окислительного стресса в семенах произошло за счет повышения активности супероксид-дисмутазы, пероксидазы и полифенолоксидазы, для проростков - за счет повышения активности только пероксидазы. Научная новизна. Установлено, что супероксиддисмутаза в семенах сои обладает высокой отзывчивостью к патогену. Это выражается в повышенной удельной активности и значительном полиморфизме фермента, что позволяет использовать его в качестве молекулярного маркера повышения устойчивости сои к патогену.
Ключевые слова: соя, септориоз, удельная активность, множественные формы, оксидоредуктазы, малоновый диальде-гид, окислительный стресс.
©
Для цитирования: Кузнецова В. А., Блинова А. А., Тарасова О. Н., Иваченко Л. Е. Активность оксидоредуктаз семян и © проростков сои в условиях грибковой инфекции Septoria glycines Hemmi // Аграрный вестник Урала. 2020. № 07 (198). ©
C. 47-55. DOI: 10.32417/1997-4868-2020-198-7-47-55. U
e
Дата поступления статьи: 15.05.2020. S
o
a
Постановка проблемы (Introduction) Распространенность и развитие болезней на сое усугу- ©
Соя является важной масличной культурой во всем бляется расширением площадей ее возделывания, а также © мире. Основным регионом возделывания сои в России яв- несоблюдением агротехнических приемов сельскохозяй- . ляется Дальний Восток, климат которого характеризуют- ственными производителями [4, с. 172-173]. К ним отно- И ся недостатком тепла для сои и периодическим избытком сятся нарушение регламентов применения фунгицидных 5 влаги. При этом важным фактором устойчивого развития препаратов, отсутствие механической обработки почвы и a сельскохозяйственного производства является предотвра- несоблюдение севооборотов. При этом фитопатогены еже- ° щение потерь урожая сои от комплекса фитопатогенных годно накапливаются в почве, передаются через семена, N возбудителей, к которым также относится Septoria glycines все больше поражают возделываемую культуру, значи- • Hemmi [1, с. 12-14]. Разнообразные болезни (патогены) тельно снижают ее урожайность. Данный аспект наносит r оказывают неблагоприятное влияние на периоды развития серьезный ущерб экономическому сектору, что обуславли- 0 сои, особенно на прорастание семян и ее дальнейшее раз- вает главную проблему сельского хозяйства [2]. a
витие на начальной стадии онтогенеза. Возникающие на Для получения высоких урожаев сои основные тре- L растениях сои болезни могут быть очень вредоносными в бования предъявляются к ее сортовым особенностям, а и различных природно-климатических зонах возделывания, именно к продукционным способностям сорта, его адап- I нанося ощутимый вред ее производству и качеству зерна, тивности к агроклиматическим условиям и устойчиво- С снижая при этом ее продуктивность. Борьба с вредными сти к патогенам, в том числе к септориозу [1, с. 12-17], e организмами должна проводиться экологически безопас- [5, с. 8-15]. Септориоз (возбудитель - Septoria glycines k ными и обоснованными методами [2, с. 25-28], [3]. Hemmi) проявляется на пораженных семенах, всходах и
о
0
47 0
s
S
1-4
о к о к
и
<и н О S
vo
S «
S
1-4
о к о S IQ
взрослых растениях в виде пятен. При этом на поверхности появляются углубленные пикниды с конидиями. Основная вредоносность септориоза состоит в образовании окислительного стресса и снижении урожайности, при этом потеря урожая может достигать 50-70 %. Ветер способствует инфицированию других растений сои, а частые дожди, обильные росы и высокая температура во второй половине июля и в августе содействуют усилению развития септориоза [6, с. 1-10], [7], [8, с. 223-225].
Одним из наиболее важных процессов повреждения клеток растений, в том числе сои, на биохимическом уровне и возможных компонентов быстрой реакции на возникающий окислительный стресс, вызванный действием Septoria glycines Hemmi, является активация перекисного окисления липидов (ПОЛ) [9], [10, с. 91]. В качестве биомаркера для определения интенсивности ПОЛ в органах растений часто используют содержание малонового ди-альдегида (МДА) [11].
Для выявления механизма устойчивости сои к окислительному стрессу актуальным является анализ актив-
ности антиоксидантных ферментов, участвующих в защите клетки от стресса [12, с. 61], [14, с. 68-72]. К таким ферментам в первую очередь относятся оксидоредуктазы, которые являются универсальным индикатором состояния растения и инактивируют активные формы кислорода (АФК) [13]. В группу оксидоредуктаз включаются супе-роксиддисмутаза (СОД, EC 1.15.1.1), каталаза (КАТ, EC 1.11.1.6), пероксидаза (ПОД, EC 1.11.1.7), полифенолокси-даза (ПФО, EC 1.10.3.1) [9], [14]. По их удельной активности и множественным формам можно оценить уровень устойчивости сои к стрессовому фактору, в том числе к септориозу [1]. При этом анализ спектра множественных форм имеет большое значение для изучения регуляторных механизмов, контролирующих метаболизм и характер их распределения. Электрофоретический спектр отражает процессы адаптации, происходящие на молекулярном уровне, что может использоваться для изучения протекания различных заболеваний [1]. Данная область исследований пока мало изучена и является актуальной при создании адаптивных сортов сои к болезням, в частности к септориозу.
Таблица 1
Биометрические показатели десятидневных проростков сои, зараженных и незараженных
Septoria glycines Hemmi
Варианты опыта Биометрические показатели проростков
L растения сред., мм Lстебля сред., мм L корня сред., мм m растения сред., г m стебля сред., г m корня сред., г Всхожесть, %
Незараженные проростки сои (контроль) 40,20 19,80 20,40 1,30 0,93 0,37 90,00
Зараженные проростки сои 37,50 17,80 19,70 1,15 0,88 0,27 84,00
НСр05 0,20 0,30 0,20 0,30 0,10 0,10 -
Table 1 Biometrics indicators often-day-old soybean seedlings, infected and uninfected Septoria glycines Hemmi
Experience options Biometric indicators of seedlings
Lplants average, mm L stem average, mm L t root average, mm m , „ plants average, g m stem average, g m root average, g Germination, %
Uninfected soybean seedlings (control) 40.20 19.80 20.40 1.30 0.93 0.37 90.00
Infected soybean seedlings 37.50 17.80 19.70 1.15 0.88 0.27 84.00
LSD 05 0.20 0.30 0.20 0.30 0.10 0.10 -
о
(N О (N
О И X
<D
¡5 «
5
W
4
и о о
й £
Я О
(й и о я
5
ч
W
<
< и
Таблица 2
Содержание малонового диальдегида в семенах и проростках сои, мкмоль/г сухой массы
Показатель Семена сои Проростки сои
Без заражения Зараженные септориозом Без заражения Зараженные септориозом
Содержание МДА 0,141 ± 0,014 0,152 ± 0,013 0,148 ± 0,006 0,175 ± 0,004
Table 2
The content of malondialdehyde in seeds and soybean seedlings, pmol/g dry weight
Я <а Soybean seeds Soybean seedlings
I со & Indicator Without infection Infected with Septoria Without infection Infected with Septoria
< Content of the MDA 0.141 ± 0.014 0.152 ± 0.013 0.148 ± 0.006 0.175 ± 0.004
Таблица 3
Удельная активность оксидоредуктаз семян и проростков сои, зараженных и незараженных септориозом
Объект исследования Удельная активность фермента, ед/мг белка
СОД КАТ ПОД ПФО
Семена Контрольные 86,8 ± 5,6 1,2 ± 0,2 51,0 ± 2,6 59,6 ± 5,4
Зараженные 140,0 ± 5,5 0,7 ± 0,1 57,4 ± 3,0 69,3 ± 5,9
Проростки Контрольные 9,9 ± 0,9 0,7 ± 0,1 10,9 ± 0,5 1,3 ± 0,3
Зараженные 9,0 ± 0,7 0,6 ± 0,1 17,1 ± 0,7 1,2 ± 0,2
Table 3 Specific activity of oxidoreductases of seeds and soybean seedlings infected and uninfected with Septoria
Object of study The specific activity of the enzyme, unit/mg of protein
SOD CAT POD PPO
Seeds Control 86.8 ± 5.6 1.2 ± 0.2 51.0± 2.6 59.6± 5.4
Infected 140.0 ± 5.5 0.7 ± 0.1 57.4 ± 3.0 69.3 ± 5.9
Seedlings Control 9.9 ± 0.9 0.7 ± 0.1 10.9 ± 0.5 1.3 ± 0.3
Infected 9.0 ± 0.7 0.6 ± 0.1 17.1 ± 0.7 1.2 ± 0.2
Цель исследований заключалась в проведении оценки влияния Septoria glycines Hemmi на семена и проростки сои на основании анализа активности оксидоредуктаз.
Методология и методы исследования (Methods)
Объектом для оценки влияния на семена и проростки грибковой инфекции Septoria glycines Hemmi была соя (Glycine max (L.) Merr) сорта Лидия. Семена собраны с растений сои, выращенной на луговой черноземовидной почве опытного поля ФГБНУ ВНИИ сои в с. Садовое Амурской области в 2019 г. Данный год отмечен изобилием осадков во второй половине лета (в июле выпало 262 мм осадков, что на 95 % выше нормы; в августе - 192 мм, что на 58 % выше нормы). Это способствовало интенсивному переувлажнению почвы и благоприятному развитию септориоза на растениях сои. Собранные семена сои отбирали и исследовали на базе лаборатории биотехнологии Всероссийского научно-исследовательского института сои. Отбор семенного материала, зараженного септори-озом, проводился путем визуального отбора по следующим морфологическим признакам: наличие на семядолях округлых красно-коричневых пятен диаметром 6-10 мм с многочисленными пикнидами. Впоследствии проводили определение степени зараженности семян септориозом методом оценки 10-дневных проростков по признакам заболевания согласно ГОСТ 12044-93. Семена закладывали в рулонах по 50 штук без дезинфекции, проращивали в течение 10 суток в термостате при температуре 22-25 °С. Признаки инфекции: отдельные коричневые пятна на проростке; на ростках появлялись мелкие черные бугорки, при этом проростки могли быть искривленными. Иногда на оболочке проросших семян образовывались пикниды. Всхожесть семян определяли согласно ГОСТ 12038-84.
Определение содержания МДА проводили, основываясь на свойстве данного вещества при высокой температуре в кислой среде реагировать с тиобарбитуровой кислотой (ТБК), образуя окрашенный триметиновый комплекс [15, с. 109].
Анализ активности СОД, КАТ, ПОД и ПФО семян и проростков сои проводили в лаборатории биотехнологии ФГБНУ ВНИИ сои. Для получения экстрактов белков семян и проростков сои навеску материала (500 мг) гомо-
генизировали и экстрагировали в фарфоровых ступках в течение 15 минут при температуре 0-5 °С. Растворимые белки, содержащие СОД, КАТ, ПОД и ПФО, экстрагировали 15 мл раствора 0,15М хлорида натрия, затем центрифугировали в течение 15 мин. при 3000 об/мин [14, с. 70], [16, с. 82-83], [17, с. 88], [18, с. 105]. После центрифугирования осадок отбрасывали, в надосадочной жидкости определяли содержание белка по методу Лоури [18, с. 118].
Активность СОД определяли спектрофотометриче-ским методом, который основан на способности фермента ингибировать фотохимическое восстановление тетразоли-евого нитросинего [14, с. 70].
Активность КАТ определяли спектрофотометриче-ским методом, который основан на определении скорости разложения пероксида водорода каталазой исследуемого образца с образованием воды и кислорода [14, с. 70-71].
Активность ПОД определяли колориметрическим методом А. Н. Бояркина в модификации А. Т. Мокроносова, который основан на определении скорости реакции окисления бензидина до образования бензидинового синего в присутствии пероксида водорода и пероксидазы [16, с. 98].
Активность ПФО определяли спектрофотометриче-ским методом А. Н. Бояркина, который основан на измерении оптической плотности продуктов реакции, образовавшихся при окислении пирокатехина за определенный промежуток времени [16].
Определение удельной активности СОД, КАТ, ПОД и ПФО проводили в двух биологических и трех аналитических повторностях. Удельную активность ферментов выражали в ед/мг белка. Электрофоретические спектры исследуемых ферментов выявляли методом электрофореза на колонках 7,5-процентного полиакриламидного геля. Выявление на геле энзимных форм проводили соответствующими гистохимическими методами [15], [17, с. 89], [18, с. 131]. Для выявленных множественных ферментов (МФ) определяли значения их относительной электрофо-ретической подвижности (Ж) и строили схемы энзимо-грамм. Нумерация форм ферментов приведена от более высокоподвижных к низкоподвижным формам. Каждой форме ранее нами было присвоено свое сокращенное обозначение в соответствии со значениями их Rf (для ката-
s s
!н
о к о к
и
<и н О S
vo
s «
s
tH
о к о s IQ
лазы - К1-К8, пероксидазы - ПОД1-ПОД18, супероксид-дисмутазы - СОД1-СОД21, полифенолоксидазы - ПФО1-ПФО19) [12], [17].
Обработка результатов исследования выполнена с использованием статистических средств приложения STATISTICA 10. Для оценки связи между активностью СОД, КАТ, ПОД и ПФО был использован коэффициент корреляции. О достоверности изменений исследуемых параметров судили по различиям средних значений, используя критерий Стьюдента. В расчетах принят 5-процентный уровень значимости.
Результаты (Results)
Период от прорастания семян до формирования всходов (фаза 1-го тройчатого листа) является критическим в жизненном цикле сои, в данный период соя наиболее подвержена воздействию различных фитопатогенов, которые влияют на ростовые, физиологические и биохимические процессы. Для выявления септориоза нами проведен визуальный осмотр семян и проростков сои. Установлено, что на 10-е сутки зараженность проростков составила 8,75 %. Анализ биометрических показателей здоровых и заражен-
ных проростков также подтвердил данные, полученные визуальным осмотром. При этом длина проростков, зараженных септориозом, оказалась на 2,70 % меньше по сравнению с незараженным образцом в контроле (таблица 1). Масса растения также снизилась на 0,15 г, длина стебля сократилась на 2 мм, масса стебля уменьшилась на 0,05 г. Значительные изменения затронули корневую систему растений, зараженных септориозом: длина корня уменьшилась на 0,70 мм, его масса - на 0,1 г.
Таким образом, наблюдается существенное замедление ростовых процессов под воздействием Septoria glycines Hemmi, что также подтверждается данными, полученными при анализе всхожести семян, которая снизилась на 6,00 %.
Концентрация МДА в семенах и проростках сои, зараженных септориозом, повысилась незначительно (на 0,01 и 0,02 мкмоль/кг сухой массы относительно контроля), что свидетельствует о протекании слабых окислительных процессов и подтверждает выводы Е. А. Семеновой [1], что данная болезнь в данном случае является достаточно слабой (таблица 2).
Рис. Схемы энзимограмм оксидоредуктаз (СОД (А), КАТ (Б), ПОД (В), ПФО (Г)) семян и проростков сои: 1 - семена без заражения, 2 - зараженные семена, 3 - проростки без заражения, 4 - зараженные проростки
Fig. Schemes of enzyme oxidoreductases (SOD (A), CAT (B), POD (C), PPO (D)) seeds and seedlings soybean: 1 - seeds without infection, 2
infected seeds, 3 - seedlings without infection, 4 - infected seedlings.
При анализе ферментативной активности сои следует отметить снижение удельной активности всех исследуемых энзимов группы оксидоредуктаз в процессе прорастания семян, что подтверждает ранее полученные результаты и указывает на участие этих ферментов в росте и развитии сои.
Результаты анализа показали, что при инфицировании сои исследуемым фитопатогеном заметно увеличилась удельная активность ПОД семян (с 51,0 до 57,4 ед/мг белка) и проростков (с 10,9 до 17,1 ед/мг белка) сои (таблица 3). Число МФ ПОД при этом в семенах снизилось с 6 до 4, а в проростках их количество не изменилось, но появились новые МФ ПОД16 и ПОД6 (рис. А). В проростках по отношению к семенам сои удельная активность ПОД снизилась в пять раз (с 50,9 до 10,9 ед/мг белка), а число МФ уменьшилось в три раза (с 6 до 2).
Известно, что изменение удельной активности ПФО служит индикатором достаточного накопления питательных веществ, что является важным хозяйственно-ценным показателем [13]. Видимо, поэтому в семенах сои активность ПФО была существенно выше, чем в проростках
(А в семенах варьировала от 59,6 до 69,3 ед/мг белка, а в проростках - от 1,2 до 1,3 ед/мг белка) (рис. Г).
Согласно литературным данным, расщепление пе-роксида водорода, образующегося в проростках сои при окислительном стрессе, обеспечивается за счет повышения гетерогенности каталаз [10]. В ходе исследования выявлена невысокая каталазная активность семян и проростков сои (диапазон составил от 0,56 до 1,19 ед/мг белка), что соответствует работам Е. А. Семеновой [1] и связано с незначительными окислительными процессами, протекающими в клетках исследуемого растения, а также высокой активностью других антиоксидантных энзимов. Так, например, для СОД получено самое большое значение активности в зараженных септориозом семенах и составляет 140 ед/мг белка, что больше на 60 % по сравнению с контролем (таблица 3). При этом в три раза увеличивалось число МФ этого фермента (рис. В). Полученные нами данные подтверждают литературные данные и показывают, что СОД играет решающую роль в снижении окислительного стресса [14, с. 70].
s s
!н
о к о к
и
<и н О S
vo
s «
s
tH
о к о s
IQ
В проростках сои в условиях заражения грибной инфекцией удельная активность СОД незначительно уменьшилась - с 9,9 до 9,0 ед/мг белка. В то же время наблюдалось увеличение числа МФ с 4 до 5. Причем подвижность форм значительно изменилась, за исключением СОД13, которая была выявлена только в проростках сои. В неза-раженных семенах обнаружена всего 1 форма СОД14 с высокой удельной активностью, 3 формы каталазы (КАТ2, КАТ4 и КАТ6) с низкой суммарной удельной активностью, 6 форм пероксидаз и 3 формы полифенолоксидазы (ПФО5, ПФО9 ПФО18) с высокой суммарной удельной активностью. При инфицировании септориозом в семенах происходят качественные и количественные изменения МФ. При этом образуются 3 формы СОД с самой высокой удельной активностью.
В проростках при инфицировании удельная активность СОД, КАТ и ПФО не изменяется, при этом у СОД и ПФО возрастает число МФ, а у каталазы, наоборот, уменьшается. Для пероксидазы в условиях инфицирования возникновение новых МФ сопровождается повышением удельной активности, что показывает ее защитное действие от влияния болезни. Стабильной формой перок-сидаз, обнаруженной во всех вариантах опыта, является форма ПОД16.
Для каталазы в семенах сои при влиянии септориоза произошло снижение удельной ее активности при неизменном качественном и количественном составе МФ, а в проростках наблюдается обратная закономерность, а именно число МФ уменьшилось с образованием низкомолекулярной формы КАТ1 при сохранении общей удельной активности. Самой стабильной формой является КАТ6 с низкой Ж, которая обнаружена во всех вариантах опыта.
При заражении септориозом удельная активность ПФО в семенах увеличивалась на 16 %, в то время как
В проростках при заражении удельная активность ПФО не изменялась. Однако число МФ возрастало с 2 до 3. Полученные данные позволили выявить стабильную, устойчивую при инфицировании септориозом, низкоподвижную форму ПФО9.
Одним из важных показателей эффективности АОС является сбалансированность ферментативных активностей СОД, ПФО, КАТ и ПОД [12]. В ходе корреляционного анализа удельной активности исследуемых ферментов получена прямая зависимость в семенах для СОД, КАТ и ПОД (коэффициент корреляции равен 1,0) и обратная их зависимость в отношении ПФО (коэффициент корреляции равен -1,0). Для проростков корреляционный анализ показал прямую зависимость для СОД, КАТ и ПФО (коэффициент корреляции равен 1,0) и обратную их зависимость в отношении ПОД (коэффициент корреляции равен -1,0). Анализ удельной активности и МФ исследуемых оксидо-редуктаз (СОД, КАТ, ПОД и ПФО) семян сои при заражении септориозом выявил что инактивация АФК шла за счет повышения активности СОД, ПОД и ПФО, для проростков - за счет повышения активности ПОД. Невысокие стабильные значения удельной активности ПФО и КАТ в проростках сои, вероятно, свидетельствуют о незначительном инфицировании растения септориозом.
Обсуждение и выводы (Discussion and Conclusion)
Таким образом, впервые в условиях заражения выявлено 5 форм ПОД, 5 форм КАТ, 7 форм СОД и 5 форм ПФО. Наибольшее число форм оксидоредуктаз установлено для СОД (7), участвующей в инактивации АФК в стрессовых условиях, что подтверждено повышением концентрации МДА. Установлено, что СОД обладают высоким уровнем полиморфизма, селективным нейтральным поведением (по отношению к септориозу на сорте сои Лидия), что позволяет ее использовать в качестве молекулярного маркера.
число МФ в них сохранилось на уровне контроля (рис. Г).
Библиографический список
1. Семенова Е. А., Титова С. А. Влияние погодных условий на развитие болезней сои в южной зоне Амурской области // Проблемы экологии Верхнего Приамурья: сборник научных трудов. 2016. № 17. С. 12-23.
2. Ефремова О. С., Дега Л. А., Нодельман Е. К., Шкрыль Ю. Н. Оценка трансгенных растений сои (Glycine max (L.) Merr.) на устойчивость к фитопатогенам // Масличные культуры. Научно-технический бюллетень Всероссийского научно-исследовательского института масличных культур. 2016. № 4. С. 25-30.
3. Shu K., Qi Y., Chen F., Meng Y. [et. al.] Salt Stress Represses Soybean Seed Germination by Negatively Regulating GA Biosynthesis While Positively Mediating ABA Biosynthesis [e-resource] // Frontiers in Plant Science. 2017. Vol. 8. No. 1372. DOI: 10.3389/fpls.2017.01372. URL: https://www.frontiersin.org/journals/plant-science/sections/plant-abiotic-stress#articles (appeal date: 29.04.2020).
4. Торопова Е. Ю., Шульга Т. В., Селюк М. П. Эффективность протравливания семян сои в защите от болезней // Второй международный форум «Зернобобовые культуры, развивающееся направление в России». Омск: Омский ГАУ, 2018. С. 172-175.
5. Семенова Е. А Теоретическое и экспериментальное обоснование роли адаптации сои в повышении урожайности: дис. ... д-ра с.-х. наук. Благовещенск, 2019. 450 с.
6. Ben M'Barek S., Karisto P., Abdedayem W. [et al.] Improved control of Septoria tritici blotch in durum wheat using cultivar mixture // Cultivar mixtures for STB control. 2019. Pp. 1-23. DOI: https://doi.org/10.1101/664078.
7. Fones H., Gurr S. The impact of Septoria tritici Blotch disease on wheat: An EU perspective // Fungal genetics and biology. 2015. Vol. 79. Pp. 3-7. DOI: 10.1016/j.fgb.2015.04.004.
8. Batzer J., Kandel Y., Bradley C., Chilvers M., Tenuta A., Wise K., Hernandez E., Mueller D. Effect of Seed Treatment on Early Season Brown Spot Caused by Septoria glycines of Soybean // Plant Health Progress. 2016. Vol. 17. No. 4. Pp. 223-228. DOI: 10.1094/PHP-RS-16-0035.
9. Xin J., Zhao X. H., Tan Q. L., Sun X. C., Zhao Y. Y., Hu C. X. Effects of cadmium exposure on the growth, photosynthesis,
and antioxidant defense system in two radish (Raphanus sativus L.) cultivars // Photosynthetica. 2019. Vol. 57 (4). Pp. 967-973. щ
DOI: 10.32615/ps.2019.076. О
10. Петухов А. С., Хритохин Н. А., Кремлева Т. А., Петухова Г. А. Активность каталазы травянистых растений в усло- g виях загрязнения городской среды // Самарский научный вестник. 2019. Т. 8. № 1 (26). С. 90-95. DOI: 10.24411/2309- y
4370-2019-11115. a
р
11. Xu W., Zhang N., Zhang Z. [et al.] Effects of dietary cyanidin-3 -diglucoside-5-glucoside complexes with rutin/Mg(II) against ^ H2O2-induced cellular oxidative stress [e-resource] // Food research international. 2019. Vol. 126. № 108591. DOI: 10.1016/j. i foodres.2019.108591. URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0963996919304697?via%3Dihub (appeal £ date: 27.04.2020). С
12. Кузнецова В. А., Иваченко Л. Е., Блинова А. А., Семенова Е. А. Влияние ЭкстраКора и ЭкоЛарикса на активность П пероксидаз, полифенолоксидаз и супероксиддисмутаз проростков сои, пораженных комплексом болезней // Естествен- О ные и технические науки. 2019. № 11 (137). С. 60-63. DOI: 10.25633/ETN.2019.11.04. g
13. Колесникова М. В. Активность ферментов полифенолоксидазы и пероксидазы под влиянием совместной запашки e соломы озимой пшеницы и штамма Humicola fuscoatra ВНИИСС 016 // Научный альманах. 2018. № 4-3 (42). С. 200- ^ 204. DOI: 10.17117/na.2018.04.03.200.
14. Никерова К. М., Галибина Н. А., Мощенская Ю. Л., Новицкая Л. Л., Подгорная М. Н., Софронова И. Н. Ферменты антиоксидантной системы - индикаторы разных сценариев ксилогенеза: в раннем онтогенезе и во взрослом состоянии (на примере Betula Pendula Roth) // Труды карельского научного центра Российской академии наук. 2018. № 6. С. 68-80. DOI: 10.17076/eb787.
15. Рогожин В. В., Рогожина Т. В. Практикум по биохимии сельскохозяйственной продукции: учебное пособие для вузов. СПб.: ГИОРД, 2016. 480 с.
16. Коробко В. В., Касаткин М. Ю. Физиология растений: большой практикум. Саратов: Изд-во «Саратовский источник», 2017. 120 с.
17. Кузнецова В. А., Блинова А. А., Иваченко Л. Е., Фесенко Ю. В., Фокина Е. М. Активность супероксиддисмутазы и полифенолоксидазы семян районированных сортов сои амурской селекции // Таврический вестник аграрной науки. 2019. № 3 (19). С. 86-93. DOI: 10.33952/2542-0720-2019-3-19-86-93.
18. Коничев А. С., Цветков И. Л. [и др.] Молекулярная биология. Практикум: учебное пособие для вузов / Под редакцией А. С. Коничева. 2-е изд. М.: Юрайт, 2020. 169 с.
Об авторах:
Виктория Александровна Кузнецова1, старший научный сотрудник лаборатории биотехнологии, ORCID 0000-0002-3657-4511, AuthorlD 782594; +7 961 954-33-85, [email protected] Анастасия Андреевна Блинова1, младший научный сотрудник лаборатории биотехнологии, ORCID 0000-0002-7234-0595, AuthorlD 1017750; +7 924 447-27-98 Ольга Николаевна Тарасова1, младший научный сотрудник лаборатории биотехнологии, ORCID 0000-0002-5051-7695, AuthorID 1015322; +7 924 041-55-45
Любовь Егоровна Иваченко1, доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории биотехнологии, ORCID 0000-0003-4870-2223, AuthorID 738967; +7 914 563-41-00 1 Всероссийский научно-исследовательский институт сои, Благовещенск, Россия
Activity of oxidoreductase of seeds and soybean seedlings under conditions of fungal infection Septoria glycines Hemmi
V. A. Kuznetsova™, A. A. Blinova1, O. N. Tarasova1, L. E. Ivachenko1 1 All-Russian Scientific Research Institute of Soybeans, Blagoveshchensk, Russia
BE-mail: [email protected]
Abstract. The study is aimed at analyzing the oxidoreductase activity of seeds and seedlings of soybean infected with a fungal infection of Septoria glycines Hemmi. Research Methods. The object of the study was seeds collected from soybean plants (Glycine max (L.) Merr) of the Lydia cultivar grown on meadow chernozem-like soil of the experimental field of the All-Russian Research Institute of Soybean in s. Garden of the Amur Region in 2019. The content of malondialdehyde was determined using thiobarbituric acid. The activity of superoxide dismutase and catalase was determined spectrophotometrically, and the activity of peroxidase and polyphenol oxidase was determined by the colorimetric method. Electrophoretic spectra of the studied enzymes were detected by electrophoresis on columns of a 7.5% polyacrylamide gel. Detection on a gel of zones with enzymatic activity was carried out by appropriate histochemical methods. Results. As a result of studies, it was found that on the 10th day the infection of the seedlings was 8.75 %. In this case, under the influence of Septoria glycines Hemmi, a slowdown in growth
processes was observed, the level of malondialdehyde increased, which indicates an increase in oxidative processes. The length of seedlings infected with septoria was 2.7 % less compared to uninfected ones; the mass of infected seedlings decreased by 0.15 g. When soybean infection with Septoria was detected, soybean seeds and seedlings responded, expressed in a change in the specific activity of the studied enzymes and their rearrangement multiple forms. Reduction of oxidative stress in the seeds occurred due to an increase in the activity of superoxide dismutase, peroxidase and polyphenol oxidase, for seedlings - due to an increase in the activity of peroxidase only. Scientific novelty. It has been established that superoxide dismutase in soybean seeds has a high responsiveness to the pathogen. This is expressed in increased specific activity and significant polymorphism of the enzyme, which allows it to be used as a molecular marker for increasing soy resistance to the pathogen. Keywords: Glycine max, Septoria glycines, specific activity, multiple forms, oxidoreductase, malondialdehyde, oxidative stress.
For citation: Kuznetsova V. A., Blinova A. A., Tarasova O. N., Ivachenko L. E. Aktivnost' oksidoreduktaz semyan i prorostkov soi v usloviyakh gribkovoy infektsii Septoria glycines Hemmi [Activity of oxidoreductase of seeds and soybean seedlings under conditions of fungal infection Septoria glycines Hemmi] // Agrarian Bulletin of the Urals. 2020. No. 07 (198). Pp. 47-55. DOI: 10.32417/1997-4868-2020-198-7-47-55. (In Russian.)
Paper submitted: 15.05.2020.
Referenses
1. Semenova E. A., Titova S. A. Vliyaniye pogodnykh usloviy na razvitiye bolezney soi v yuzhnoy zone Amurskoy oblasti [The influence of weather conditions on the development of soy diseases in the southern zone of the Amur region] // Problemy ekologii Verkhnego Priamur'ya: sbornik nauchnykh trudov. 2016. No. 17. Pp. 12-23. (In Russian.)
2. Efremova O. S. Dega L. A., Nodelman E. K., Shkryl' Yu. N. Otsenka transgennykh rasteniy soi (Glycine max (L.) Merr.) na ustoychivost' k fitopatogenam [Estimation of transgenic soybean plants (Glycine max (L.) Merr.) for resistance to phyto-pathogens] // Maslichnyye kul'tury. Nauchno-tekhnicheskiy byulleten' Vserossiyskogo nauchno-issledovatel'skogo instituta maslichnykh kul'tur. 2016. No. 4. Pp. 25-30. (In Russian.)
3. Shu K., Qi Y., Chen F., Meng Y. [et. al.] Salt Stress Represses Soybean Seed Germination by Negatively Regulating GA Biosynthesis While Positively Mediating ABA Biosynthesis [e-resource] // Frontiers in Plant Science. 2017. Vol. 8. No. 1372. DOI: 10.3389/fpls.2017.01372. URL: https://www.frontiersin.org/journals/plant-science/sections/plant-abiotic-stress#articles (appeal date: 29.04.2020).
4. Toropova E. Yu., Shul'ga T. V., Selyuk M. P. Effektivnost' protravlivaniya semyan soi v zashchite ot bolezney [The effectiveness of soybean seed dressing in protection against diseases] // Vtoroy mezhdunarodnyy forum "Zernobobovyye kul'tury, razvivayushcheyesya napravleniye v Russia". Omsk: Omskiy GAU, 2018. Pp. 172-175. (In Russian.)
5. Semenova E. A. Teoreticheskoe i eksperimental'noe obosnovanie roli adaptatsii soi v povyshenii urozhaynosti: dis. ... d-ra s/kh nauk [Theoretical and experimental substantiation of the role of soybean adaptation in increasing productivity: dissertation ... doctor of agricultural sciences]. Blagoveshchensk, 2019. 450 p. (In Russian.)
6. Ben M'Barek S., Karisto P., Abdedayem W. [et al.] Improved control of Septoria tritici blotch in durum wheat using cultivar mixture // Cultivar mixtures for STB control. 2019. Pp. 1-23. DOI: https://doi.org/10.1101/664078.
7. Fones H., Gurr S. The impact of Septoria tritici Blotch disease on wheat: An EU perspective // Fungal genetics and biology. 2015. Vol. 79. Pp. 3-7. DOI: 10.1016/j.fgb.2015.04.004.
8. Batzer J., Kandel Y., Bradley C., Chilvers M., Tenuta A., Wise K., Hernandez E., Mueller D. Effect of Seed Treatment on Early Season Brown Spot Caused by Septoria glycines of Soybean // Plant Health Progress. 2016. Vol. 17. No. 4. Pp. 223-228. DOI: 10.1094/PHP-RS-16-0035.
9. Xin J., Zhao X. H., Tan Q. L., Sun X. C., Zhao Y. Y., Hu C. X. Effects of cadmium exposure on the growth, photosynthesis, and antioxidant defense system in two radish (Raphanus sativus L.) cultivars // Photosynthetica. 2019. Vol. 57 (4). Pp. 967-973. DOI: 10.32615/ps.2019.076.
10. Petukhov A. S., Khritokhin N. A., Kremleva T. A., Petukhova G. A. Aktivnost' katalazy travyanistykh rasteniy v usloviyakh zagryazneniya gorodskoy sredy [Catalase activity of herbs in conditions of urban environment pollution] // Samara Journal of Science. 2019. Vol. 8. No. 1 (26). Pp. 90-95. DOI: 10.24411/2309-4370-2019-11115. (In Russian.)
11. Xu W., Zhang N., Zhang Z. [et al.] Effects of dietary cyanidin-3 -diglucoside-5-glucoside complexes with rutin/Mg(II) against H2O2-induced cellular oxidative stress [e-resource] // Food research international. 2019. Vol. 126. № 108591. DOI: 10.1016/j. foodres.2019.108591. URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0963996919304697?via%3Dihub (appeal date: 27.04.2020).
12. Kuznetsova V A., Ivachenko L. E, Blinova A. A., Semenova E. A. Vliyaniye EkstraKora i EkoLariksa na aktivnost' peroksidaz, polifenoloksidaz i superoksiddismutaz prorostkov soi, porazhennykh kompleksom bolezney [The effect of Ex-traCore and EcoLarix on the activity of peroxidases, polyphenol oxidases and superoxide dismutases of soybean seedlings affected by a complex of diseases] // Estestvennyye i tekhnicheskiye nauki. 2019. No. 11 (137). Pp. 60-63. DOI: 10.25633/ ETN.2019.11.04. (In Russian.)
13. Kolesnikova M. V. Aktivnost' fermentov polifenoloksidazy i peroksidazy pod vliyaniyem sovmestnoy zapashki solomy ozimoy pshenitsy i shtamma Numicola fuscoatra VNIISS 016 [The activity of enzymes polyphenol oxidase and peroxidase
under the effect of the joint plowing of straw of winter wheat and strain of Humicola fuscoatra VNIISS 016] // Nauchnyy al'manakh. 2018. No. 4-3 (42). Pp. 200-204. DOI: 10.17117/na.2018.04.03.2002. (In Russian.) w
14. Nikerova K. M., Galibina N. A., Moshchenskaya Yu. L., Novitskaya L. L., Podgornaya M. N., Sofronova I. N. Fermenty o
antioksidantnoy sistemy - indikatory raznykh stsenariyev ksilogeneza: v rannem ontogeneze i vo vzroslom sostoyanii (na o
CfQ
primere Betula Pendula Roth) [The antioxidant enzymes - indicators of different xylogenesis scenarios: in early ontogeny and y
in adult plants (example of Betula Pendula Roth)] // Transactions of the Karelian Research Centre of the Russian Academy of n
Sciences. 2018. No. 6. Pp. 68-80. DOI: 10.17076/eb787. (In Russian.) d
15. Rogozhin V. V, Rogozhina T. V. Praktikum po biokhimii sel'skokhozyaystvennoy produktsii: uchebnoe posobiye dlya i vuzov [Workshop on biochemistry of agricultural products: textbook. manual for universities: textbook for higher education O institutions]. Saint Petersburg: GIORD, 2016. 480 p. (In Russian.) C
16. Korobko V. V., Kasatkin M. Yu. Fiziologiya rasteniy: bol'shoy praktikum [Plant physiology: a large workshop]. Saratov: n Izd-vo "Saratovskiy istochnik", 2017. 120 p. (In Russian.) O
17. Kuznetsova V. A., Blinova A. A., Ivachenko L. E., Fesenko Yu. V, Fokina E. M. Aktivnost' superoksiddismutazy i poli- g fenoloksidazy semyan rayonirovannykh sortov soi amurskoy selektsii [The activity of superoxide dismutase and polyphenol e oxidase seeds of zoned varieties of soybean Amur breeding] // Tavricheskiy vestnik agrarnoy nauki. 2019. No. 3 (19). Pp. 86- w 93. DOI: 10.33952/2542-0720-2019-3-19-86-93. (In Russian.)
18. Konichev A. S., Tsvetkov I. L. [et al.] Molekulyarnaya biologiya. Praktikum: uchebnoye posobiye dlya vuzov [Molecular biology. Workshop: textbook for for higher education institutions] / Edited by A. S. Konichev. 2nd edition. Moscow: Yurayt, 2020.169 p. (In Russian.)
Authors' information:
Victoria A. Kuznetsova1, senior researcher of biotechnology laboratory, ORCID 0000-0002-3657-4511, AuthorID 782594; + 7 961 954-33-85, [email protected]
Anastasia A. Blinova1, junior researcher of biotechnology laboratory, ORCID 0000-0002-7234-0595, AuthorID 1017750; + 7 924 447-27-98
Olga N. Tarasova1, junior researcher of biotechnology laboratory, ORCID 0000-0002-5051-7695, AuthorID 1015322; + 7 924 041-55-45
Lyubov E. Ivachenko1, doctor of biological sciences, leading researcher of biotechnology laboratory, ORCID 0000-0003-4870-2223, AuthorID 738967; +7 914 563-41-00 1 All-Russian Scientific Research Institute of Soybeans, Blagoveshchensk, Russia
