Активность полифенолоксидазы в хвое ели голубой (Picea pungens) и картофеле (solаnum tuberоsum) как фиотиндикационный маркер состояния окружающей среды

Шубина Анна Геннадиевна; Синютина Светлана Евгеньевна; Попова (Бирюкова) Екатерина Дмитриевна

УДК 577.1

АКТИВНОСТЬ ПОЛИФЕНОЛОКСИДАЗЫ В ХВОЕ ЕЛИ ГОЛУБОЙ (PICEA PUNGENS) И КАРТОФЕЛЕ (SOLАNUM TUBERОSUM) КАК ФИОТИНДИКАЦИОННЫЙ МАРКЕР

СОСТОЯНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Ключевые слова: ель голубая (Picea pungens); картофель (Solanum tuberosum); полифенолоксидаза; фитоиндикация; состояние окружающей среды.

Изучено влияние солей тяжелых металлов и условий городской среды на активность полифенолоксидазы хвои ели голубой и зеленой массы картофеля.

В условиях антропогенного воздействия на окружающую среду одним из актуальных вопросов является исследование механизмов адаптации растений [1]. Известно, что атмосферные выбросы от предприятий и автотранспорта [2] оказывают на них негативное воздействие путем увеличения активности полифенолок-сидазы (ПФО). ПФО - медьсодержащий (0,2-0,3 %) фермент класса оксидоредуктаз, локализованный, главным образом, в цитоплазме. Этот энзим участвует в дыхании растительных клеток путем обратимого окисления полифенолов (промежуточная система переноса водорода от субстрата к кислороду), что отрицательно сказывается на интенсивности фотосинтеза [3-5].

Активность ПФО возрастает при механических повреждениях растений, воздействии низких температур, кристаллизации воды при замораживании и т. д. Развитие стрессовой ситуации сопровождается накоплением в тканях и жидкостях организма прооксидантов, супер-оксидного анион-радикала, радикалов ОН и НО2, перекиси водорода и т. п. Активация образования перекиси водорода и других форм активного кислорода в момент повреждающего воздействия - защитная реакция [6]. Однако слишком высокие концентрации Н2О2 и других перекисных соединений приводят к необратимой деструкции клеточных мембран и других структур клетки. Поэтому в растительном организме имеется ряд ферментов, которые утилизируют Н2О2, в т. ч. и ПФО.

Антропогенное загрязнение среды приводит к увеличению содержания ПФО, которая принимает участие в регуляции метаболизма в ходе онтогенеза и помогает им приспособиться к постоянно меняющимся и/или неблагоприятным условиям окружающей среды. Более высокая активность ПФО способствует обезвреживанию антропогенных загрязнителей. Это позволяет сохранить окислительный обмен на определенном стабильном уровне и приводит к увеличению адаптационных возможностей растительного организма [5].

Цель данной работы заключалась в изучении воздействия на активность ПФО солей тяжелых металлов (объект исследования - картофель (Solanum tuberosum)) и условий городской среды (объект исследования -

хвоя ели голубой (Picea pungens), растущей в г. Тамбове).

Клубни картофеля высаживали в грунт. Их полив производили водой, 2 %-ными растворами сульфата меди и ацетата свинца, талой водой, полученной из снега, собранного на улицах г. Тамбова. Для исследования использовали зеленые части картофеля.

Отбор хвои проводили в июле и августе 2010 г. в точках, указанных в табл. 1.

Активность ПФО определяли спектрофотометрически в кинетическом режиме (спектрофотометр СФ-2000) при длине волны 420 нм по методу [7-8], фиксируя значения скорости реакции окисления ферментом пирокатехина за 120 с (и, мин-1.). На первых этапах гомогенизации ткани добавляли полиамид в соотношении между навеской сырой хвои и полиамида 1 : 0,5 [8]. Ферментную вытяжку получали путем экстрагирования в 1/15 М фосфатный буферный раствор (рН = 7,4) [8].

При поливе картофеля талой водой, растворами солей свинца и меди отмечалось угнетение роста проростков (рис. 1а).

Угнетение роста картофеля коррелировало с повышением активности ПФО при поливе талой водой, что, в условиях проводимого эксперимента, свидетельствует о загрязнении снега в городской черте ионами тяжелых металлов (рис. 1б).

Таблица 1

Точки отбора хвои ели голубой

№ точки Место отбора материала

1 остановка «Динамо» (ул. Советская, д. 2)

2 остановка «Районная»

3 остановка «Пигмент» (ул. Монтажников, д. 1)

4 ул. Мичуринская, д. 112

5 проезд Энергетиков, д. 7

6 Привокзальная площадь, д. 1

7 пересечение улиц Советской и Московской

h, см 25 20 15 10 5

і

12 3 4

и, мин 0,6

0,4

0,2

0

I

12 3 4

Рис. 1. Зависимость высоты картофеля (^ см) (а) и активности ПФО (и, мин. ') (б) от условий выращивания. Полив: 1 - вода; 2 - талая вода; 3 - 2 %-ный С^04; 4 - 2 %-ный (СН3СОО)2РЬ

и, мин ' 0,006 -Ґ

0,004

0,002

I

[L.

її

її ї Г1-ПЦ-

1 2 3 4 5 6 7

точки отбора материала исследования

Рис. 2. Активность ПФО (и, мин-1) хвои ели голубой в июле (I) и августе (II) 2010 г.

Согласно экспериментальным данным (рис. 2), в июне и августе 2010 г. наибольшая активность ПФО зафиксирована в хвое голубых елей, растущих в точках № 2 и 4. Это позволяет заключить, что в июне и августе 2010 г. в районах остановок «Районная» (Тамбов-4) и «Пигмент» отмечалась неблагоприятная экологическая обстановка по сравнению с другими рассматриваемыми точками г. Тамбова, выбранными для отбора проб исследуемого биоиндикационного материала.

Таким образом, одним из механизмов адаптации растений к экологическому состоянию окружающей среды является изменение активности (или содержания) ряда ферментативных и неферментативных компонентов антиоксидантной защиты и ПФО на всех этапах онтогенетического развития. Метод фитоиндикации является перспективным направлением при исследованиях экологической направленности.

ЛИТЕРАТУРА

1. Бендер О.Г., Зотикова А.П., Велисевич С.Н. Особенности водного обмена и состояния пигментного комплекса хвои кедра сибирского (PINUS SIBIRICA DU TOUR) в горах Северо-Восточного Алтая // Вестн. Томск. гос. ун-та. Биология. 2009. № 3 (7). С. 63-72.

2. Луканин В.Н., Трофименко Ю.В. Экологические действия автомобильных двигателей на окружающую среду // Итоги науки и техники. М.: ВИНИТИ, 1993. 238 с.

3. Артамонов В.И. Растения и чистота природной среды. М.: Наука, 1986. 172 с.

4. Lichtenthaler N.K. Chlorophylls and carotenoids - pigments of photosynthetic biomembranes // Methods in enzymology / ed. S.P. Colowick, N.O. Kaplan. San Diego: Acad. Press, 1987. V. 148. P. 350-382.

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

6. Inzu D., van Montague M. Oxidative Stress in Plants // Curr. Opin. Biotechnol. 1995. V. 6. P. 153-158.

7. Ермаков А.И., Арасимович В.В., Ярош Н.П. [и др.] Методы биохимического исследования растений. Л.: Агропромиздат, 1987. С. 4344.

8. Чупахина Г.Н. Физиологические и биохимические методы анализа растений. Калиниград, 2000. 59 с.

Поступила в редакцию 16 ноября 2011 г.

Shubina A.G., Sinyutina S.E., Popova (Biryukova) E.D. POLYPHENOLOXIDASE ACTIVITY IN NEEDLES OF FUR-TREE BLUE (PICEA PUNGENS) AND POTATO (SOLÁNUM TUBERÜSUM) AS PHYTOINDICATION MARKER OF ENVIRONMENT STATE

Influence of salts of heavy metals and conditions of the city environment on polyphenol oxidases activity of a fur-tree blue needles and green mass of potato is studied.

Key words: fur-tree blue (Picea pungens); potato (Solanum tuberosum); polyphenol oxidase; phytoindication; state of environment.

б

а

ї

0