CC BY
32
Вісник Дніпропетровського університету. Біологія. Екологія. - 2011. - Вип. 19, т. 1. - С. 36-40. Visnyk ofDnipropetrovsk University. Biology. Ecology. - 2011. - Vol. 19, N 1. - P. 36-40.
УДК 581. 02+581.9:712.42
Г. А. Заїко, Ю. В. Лихолат
Дніпропетровський національний університет ім. Олеся Гончара
ФІЗІОЛОГІЧНІ ОСОБЛИВОСТІ СТІЙКОСТІ ОСНОВНИХ ПРЕДСТАВНИКІВ КВІТУЧИХ ГАЗОНІВ В УМОВАХ МІСЬКОГО СЕРЕДОВИЩА
Установлено особливості активності ферментів антиоксидантного комплексу (каталази, пер-оксидази, поліфенолоксидази) та глутатіон-аскорбінової захисної системи основних представників декоративноквітучих рослин (13 газонотвірних видів), що використовуються для створення газонів в умовах міського середовища. Один з основних критеріїв стійкості рослин - рівень прооксидантно-антиоксидантних метаболічних процесів. Установлено найпристосованіші до несприятливих умов навколишнього середовища види, які можна рекомендувати для створення квітучих газонів в умовах промислового міста.
А. А. Заико, Ю. В. Лихолат
Днепропетровский национальный университет им. Олеся Гончара
ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ УСТОЙЧИВОСТИ ОСНОВНЫХ ПРЕДСТАВИТЕЛЕЙ ЦВЕТУЩИХ ГАЗОНОВ В УСЛОВИЯХ ГОРОДСКОЙ СРЕДЫ
Установлены особенности активности ферментов антиоксидантного комплекса (каталазы, пероксидазы, полифенолоксидазы) и глутатион-аскорбиновой защитной системы основных представителей декоративноцветущих растений (13 газонообразующих видов), которые используются для создания газонов в условиях городской среды. Один из основных критериев устойчивости растений - уровень прооксидантно-антиоксидантных метаболических процессов. Установлены наиболее приспособленные к неблагоприятным условиям окружающей среды виды, которые можно рекомендовать для создания цветущих газонов в условиях промышленного города.
G. A. Zaiyko, Y. V. Lykholat
Oles’ Honchar Dnipropetrovsk National University
PHYSIOLOGICAL FEATURES OF TOLERANCE OF THE MAIN SPECIES OF BLOOMING LAWNS IN THE URBAN ENVIRONMENT
The activity of enzymes of the antioxidative complex and glutathione-ascorbic acid system of the main species of decoratively-flowering plants used for blooming lawns in the urban environment are determined. The activity of catalase, peroxydase and polyphenoloxydase, and the content of glutathione and ascorbic acid in 13 plant species were analyzed. One of the basic criteria of plants tolerance is the level of prooxydative and antioxydative metabolic processes. The plant species resistant to adverse conditions are recommended for use in the blooming lawns design in industrial cities.
© Г. А. Заїко, Ю. В. Лихолат, 2011 36
Вступ
Один із найефективніших засобів оптимізації довкілля промислових центрів - їх озеленення [10]. Вагому частку при цьому становлять трав’янисті рослини, основу яких складають газонні трави, що сприяють вільному провітрюванню території [11]. Перевага використання в озелененні саме газонних покривів також полягає в тому, що площа їх листкової поверхні в 1,7-2,0 раза більша порівняно із зімкнутими деревними парковими насадженнями [10], що дозволяє затримувати у 10 разів більше пилу, ніж деревні насадження тієї ж площі [5].
Однак дана рослинність, як і інші компоненти екосистем, чутлива до техногенного забруднення. Стан дернового покриву на промислових територіях залежить у першу чергу від стійкості рослин до токсикантів, які містяться у викидах промислових підприємств [10; 11].
До систем захисту організму від ушкоджень унаслідок несприятливих факторів середовища належать ферменти, які знешкоджують вільні радикали та пероксиди: ка-талаза, пероксидаза, поліфенолоксидаза [4; 13]. Підвищенню стійкості рослин сприяють значною мірою аскорбінова кислота та глутатіон [16]. Фізіологічна антиоксидантна система забезпечує підтримання гомеостазу за дії різних екстремальних факторів, у тому числі й промислового забруднення [1; 2].
Враховуючи те, що в доступній літературі проблемі всебічного вивчення фізіолого-біохімічних показників квітучих рослин, використанню їх в озелененні приділяється недостатня увага, мета нашої роботи - на основі активності ферментів антиоксидантного комплексу та дії глутатіон-аскорбінової системи основних представників декоративних трав виділити найперспективніші квітково-декоративні види для створення квітучого газону.
Матеріал і методи досліджень
Об’єкти досліджень - представники трав’янистих декоративноквітучих рослин: Achillea submillefolium Klok. et Ktytzka, Artemisia vulgaris L., Barkhausia rhoeadifolia Bieb., Cichorium intybus L., Festuca orientalis (Hack.) V. Krecz. et Bobr., Lotus ucrainicus Klok., Poa angustifolia L., Potentilla argentea L., Sedum acre L., Taraxacum officinale Webb ex Wigg., Trifolium pratense L., Vicia cracca L., Viola odorata L., що зростали на території ботанічного саду ДНУ ім. Олеся Гончара. Розташований фактично в центрі промислового міста, ботанічний сад зазнає впливу органічних і неорганічних полю-тантів. У зв’язку з цим при проведенні інтродукційної роботи нам доводиться враховувати стійкість рослин до умов навколишнього середовища, один із показників якої -рівень прооксидантно-антиоксидантних метаболічних процесів.
Визначення активності пероксидази проводили за А. Н. Бояркіним [4; 5; 7; 12]. Метод вимірювання активності ферменту, запропонований А. Н. Бояркіним, ґрунтується на обчисленні швидкості окислення бензидину під дією ферменту, що міститься в рослинах, до утворення продукту окислення синього кольору певної концентрації, що заздалегідь установлюється на фотоелектроколориметрі.
Визначення активності каталази ґрунтується на урахуванні кількості перекису водню, що розклався під дією ферменту шляхом титрування перманганатом калію [4; 6].
Визначення активності поліфенолоксидази базується на вимірюванні активності ферменту за швидкістю окислення парафенілендіаміну з утворенням сполук фіолетового кольору певної концентрації. Вимірювання активності поліфенолоксидази проводилося за А. Н. Бояркіним [4; 5].
Визначення вмісту в рослинному матеріалі аскорбінової кислоти та глутатіону проводили методом Т. Л. Петта (у модифікації С. М. Прокошева), заснованим на здатності аскорбінової кислоти відновлювати 2,6-дихлорфеноліндофенол. Визначення вмісту глутатіону пов’язане з його здатністю відновлювати вільний йод, утворений при титруванні екстракту в кислому середовищі [5; 7].
Статистичну обробку даних проводили з використанням критерію Стьюдента. Достовірність відмінностей вираховувалась при 5 % рівні значущості.
Результати та їх обговорення
Дія будь-яких абіотичних і біотичних чинників на рослинний організм, зокрема різкі перепади температури, низький рівень вологи у повітрі та ґрунті, часті посухи або викиди промислових підприємств, запускають механізми захисної системи рослин [9; 15]. В основі біологічного захисту видів стоїть біохімічна адаптація, що активно проявляється у випадку, коли у рослин немає інших способів уникнути дестабілізації раніше сформованих у них процесів метаболізму [14]. Одна з найхарактерніших реакцій рослини на дію будь-яких стресових факторів - зміна активності окисно-відновних ферментів [4]. При дослідженні активності каталази рослинних об’єктів виявили підвищену активність даного ферменту в осінній період (табл. 1). Однією з причин цього явища вважається підвищений вміст шкідливих речовин у листках рослин наприкінці періоду вегетації [3; 6; 15].
Аналогічна особливість відмічалася для активності пероксидази в усіх досліджуваних об’єктах незалежно від періоду сезону (див. табл. 1). Підвищений рівень активності ензиму підтверджує той факт, що джерелом активного кисню при каталітичній дії пероксидази можуть слугувати як перекис водню, так і органічні перекиси, у тому числі перекиси ненасичених жирних кислот і каротину. До субстрату, що окислюється пероксидазою за присутності перекису водню, можна віднести більшість фенолів і фенольних кислот.
Для того щоб стримувати підвищений рівень пероксидації, необхідна потужніша система захисту. При цьому стійкі рослини до несприятливих факторів мають вищі рівні антиоксидантів, тобто ефективнішу систему захисту, яка попереджає окисну деструкцію та забезпечує структурну та функціональну стабільність клітинних мембран [6; 8]. У зв’язку з цим показники активності поліфенолоксидази (див. табл. 1) для всіх досліджуваних видів рослин у літньому періоді значно нижчі порівняно з показниками активності поліфенолоксидази восени.
На основі проведених досліджень активності ферментів антиоксидантного комплексу, які гальмують реакцію супероксидатзалежної пероксидації ліпідів шляхом дисмутації вільних радикалів, що формуються в результаті вільнорадикальних реакцій у перекис водню, дані ензими, виявляючи антиоксидантні властивості, запобігають появі первинних продуктів перекисного окислення ліпідів і, завдяки цьому, уповільнюють вільнорадикальні процеси.
Один із критеріїв стійкості рослин - вміст аскорбінової кислоти та глутатіону. Це одні з найважливіших протекторів процесів пероксидного окиснення ліпідів [16]. Їх підвищення в осінній період, порівняно з літнім (табл. 2), у всіх видів досліджуваних рослин - свідчення того, що відбувається реакція рослинного організму на дію стресових чинників.
Установлені особливості зміни активності антиоксидантних ферментів і протекторів дають можливість стверджувати доцільність визначення їх активності при відборі стійкого асортименту рослин для озеленення міських територій.
Активність (M ± m) пероксидази, каталази та поліфенолоксидази декоративноквітучих рослин влітку та восени 2010 року
Назва виду Пероксидаза Каталаза Полі( зенолоксидаза
літо осінь te літо осінь te літо осінь te
Achillea 0,3З8 і 0,З24 і 2,21 0,081 і 0,1З4 і 2,47 0Д1З і 0,312 і 2,3З
submillefolium 0,00З0 0,00З0 0,0037 0,0039 0,0010 0,0012
Artemisia 0,871 і 1,204 і 2,32 0,124 і 0,320 і 3ДЗ 0,102 і 0,187 і 2,З6
vulgaris 0,006З 0,0067 0,0021 0,0019 0,0008 0,0010
Barkhausia 0,1З0 і 0,171 і 1,17 0,433 і 0,З64 і 2,32 0,078 і 0,134 і 2,78
rhoeadifolia 0,0018 0,0018 0,0022 0,0034 0,0007 0,0010
Cichorium 1,682 і 2,4З3 і 4,З6 0,131 і 0,191 і 1,98 0ДЗ0 і 0,376 і 4,01
intybus 0,0070 0,0077 0,0019 0,0024 0,0011 0,0012
Festuca 1,07З і 1,98З і 4,02 0,201 і 0,378 і 4,60 0,0З6 і 0,129 і 4,22
orientalis 0,00З0 0,00З4 0,0040 0,0027 0,0006 0,0006
Lotus 0,100 і 0,134 і 2,10 0,1З7 і 0,222 і 2,76 0,100 і 0,180 і 3,73
ucrainicus 0,0020 0,0020 0,0022 0,0032 0,001З 0,0016
Poa 1,098 і 1,870 і 4,19 0,298 і 0,389 і 2,97 0,080 і 0,132 і 2,90
angustifolia 0,00З3 0,0048 0,0030 0,0033 0,0011 0,0011
Potentilla 0,092 і 0,14З і 2,99 0,162 і 0,299 і 2,39 0,060 і 0,102 і 2,89
argentea 0,0013 0,001З 0,0026 0,0021 0,0012 0,001З
Sedum 0,012 і 0,031 і 1,91 0,08З і 0,14З і 2,18 0,049 і 0,089 і 2,69
acre 0,0014 0,0037 0,0037 0,00З1 0,0010 0,0012
Taraxacum 0,930 і 1,304 і 2,01 0,177 і 0ДЗ4 і 2,1З 0,10З і 0,167 і 2,41
officinale 0,0030 0,0031 0,0033 0,003З 0,001З 0,0016
Trifolium pratense 0,602 і 0,0021 0,997 і 0,0023 2,3З 0,201 і 0,0020 0,304 і 0,002З 2,30 0,267 і 0,0020 0,402 і 0,0022 3,8З
Vicia 0,200 і 0,309 і 2,00 0,097 і 0,131 і 2,10 0,0З0 і 0,081 і 3,03
cracca 0,0018 0,0018 0,001З 0,0030 0,0008 0,0009
Viola 0Д1З і 0,390 і 2,18 0,091 і 0,131 і 2,12 0,066 і 0,098 і 2,14
odorata 0,0020 0,0021 0,0037 0,00З1 0,0012 0,0017
Примітка: 4 - критерій Стьюдента, t005 = 2,08.
Таблиця 2
Вміст (М ± т) аскорбінової кислоти та глутатіону у декоративноквітучих рослинах улітку та восени 2010 року
Назва виду Аскорбінова кислота Глутатіон
літо осінь te літо осінь te
Achillea submillefolium 0,110 і 0,0021 0,160 і 0,0023 2,21 0,072 і 0,0011 0Д0З і 0,0024 4,0З
Artemisia vulgaris 0,264 і 0,0023 0,421 і 0,0024 4,З6 0,307 і 0,0019 0,З64 і 0,0030 3,22
Barkhausia rhoeadifolia 0,113 і 0,0020 0Д6З і 0,0021 4,00 0,8З9 і 0,004З 1,098 і 0,0067 3,11
Cichorium intybus 0,724 і 0,0032 1,022 і 0,0036 2,69 1,166 і 0,0049 1,9З4 і 0,00З4 3,44
Festuca orientalis 0,220 і 0,0029 0,398 і 0,0030 3,86 0,767 і 0,00З6 1,129 і 0,0066 4,0З
Lotus ucrainicus 0,223 і 0,0021 0ДЗ0 і 0,002З 1,68 0ДЗ6 і 0,0026 0,298 і 0,0031 1,49
Poa angustifolia 0,863 і 0,00З6 1,323 і 0,0067 2,90 0,921 і 0,0067 1,З98 і 0,0088 4,01
Potentilla argentea 0,700 і 0,003З 1,002 і 0,0040 2,98 0,З80 і 0,0033 0,990 і 0,00З0 3,З3
Sedum acre 0,140 і 0,0019 0,200 і 0,0021 2,10 0,096 і 0,0011 0,179 і 0,0019 2,7З
Taraxacum officinale 0,796 і 0,0031 1,0З9 і 0,0033 3,47 0,897 і 0,00З7 1,682 і 0,0070 З,00
Trifolium pratense 1,3З4 і 0,0078 1,983 і 0,0082 3,92 0,З4З і 0,0034 0,899 і 0,0042 2,97
Vicia cracca 0Д3З і 0,0024 0,479 і 0,003З 4,0З 0,221 і 0,0020 0,399 і 0,0029 4,18
Viola odorata 0,101 і 0,0011 0,1З4 і 0,0017 2,З2 0,1З7 і 0,0014 0,278 і 0,0022 3,78
Примітка: див. табл. 1.
Висновки
1. У досліджуваних квітково-декоративних видів існують відмінності між рівнем активності каталази, пероксидази та поліфенолоксидази, причому активність ферментів зростає восени.
2. Існують суттєві відмінності між умістом аскорбінової кислоти в період вегетації та при переході рослин у стан спокою. Така сама залежність спостерігається і для глу-татіону. Це свідчить про реакцію рослинного організму на шкідливі зовнішні фактори.
3. Види, які відзначалися вищою активністю антиоксидантних ензимів і протекторів, можна вважати пристосованими до несприятливих чинників. У нашому досліді найстійкішими виявились Achillea submillefolium, Artemisia vulgaris, Barkhausia rhoeadifolia, Cichorium intybus, Festuca orientalis, Poa angustifolia, Taraxacum officinale, Trifolium pratense, Vicia cracca - перспективні квітково-декоративні види для створення квітучого газону.
Бібліографічні посилання
1. Бессонова В. П. Цитофизиологические аспекты воздействия тяжелых металлов на рост и развитие растений. - Запорожье : Павел, 1999. - 208 с.
2. Котельникова И. М. Влияние вируса табачной мозаики на содержание фосфолипидов и активность фосфолипазы D в листьях табака / И. М. Котельникова, Э. В. Некрасов, А. В. Крылов // Физиология растений. - 2004. - Т. 51, № 1. - С. 73-79.
3. Кретович В. Л. Введение в энзимологию. - М. : Наука, 1974. - 322 с.
4. Мартинова Н. В. Активність окислювальних ферментів у вегетативних органах ґрунтопо-
кривних рослин за умов дії стресу / Н. В. Мартинова, Ю. В. Лихолат // Інтродукція рослин. -2009. - № 4. - С. 77-81.
5. Методы биохимического исследования растений / Под ред. А. И. Ермакова, 3-е изд. - Л. : Агропромиздат, 1987. - 430 с.
6. Плешков Б. П. Практикум по биохимии растений. - М. : Колос, 1968. - 183 с.
7. Практикум по физиологии растений. - М. : Агропромиздат, 1990. - 220 с.
8. Серегин И. В. Распределение кадмия, свинца, никеля и стронция в набухающих зерновках кукурузы / И. В. Серегин, А. Д. Кожевникова // Физиология растений. - 2005. - Т. 52, № 4. -С. 635-640.
9. Терек К. В. Нагромадження Сd проростками кукурудзи та їх реакція на токсичну дію металу / К. В. Терек, М. С. Юревич, Н. Я. Речевська // Физиология и биохимия культурных растений. -2000. - Т. 32, № 6. - С. 506-511.
10. Трешоу М. Загрязнение воздуха и жизнь растений. - Л. : Гидрометеоиздат, 1988. - 535 с.
11. Тюльдюков В. А. Газоноведение и озеленение населенных территорий / В. А. Тюльдюков, И. В. Кобозев, Н. В. Парахин. - М. : Колос, 2002. - 264 с.
12. Хромих Н. О. Еколого-фізіологічні аспекти гербіцидної дії на амброзію полинолисту (Ambrosia artemisiifolia L.) в умовах степового Придніпров’я. Автореф. дис. ... канд. біол. наук. - Д. : ДНУ, 2008. - 24 с.
13. Beauchamp C. Superoxide dismutase: Improvend assays appliciable to acrylatide gels / C. Beauchamp, I. Fridovich // Anal. Biochem. - 1971. - Vol. 44. - P. 276-278.
14. Fridovich I. Superoxide radical and superoxide dismutase // Oxygen living process: Interdiscip. Approch New York, e. a. - 1981. - Vol. 43. - P. 250-272.
15. Changes in the activity of catalase in relation to the dormancy of grapevine (Vitis vinifera L.) / G. Nir, Y. Shulman, L. Fanberstein, S. Lavee // Plant Physiol. - 1986. - Vol. 81. - P. 1140-1142.
16. Smirnoff N. Ascorbic acid: Metabolism and functions of a multi-facetted molecule // Curr. Opin. Plant. Biol. - 2000. - Vol. 3. - P. 229-235.
Надійшла до редколегії 31.01.2011
