CC BY
119
ИЗВЕСТИЯ
ПЕНЗЕНСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ПЕДАГОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА имени В. Г. БЕЛИНСКОГО ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ № 14 (18) 2009
IZVESTIA
PENZENSKOGO GOSUDARSTVENNOGO PEDAGOGICHESKOGO UNIVERSITETA imeni V. G. BELINSKOGO NATURAL SCIENCES № 14 (18) 2009
УДК 581.1
ВЛИЯНИЕ низких ТЕМПЕРАТУР НА ДЫХАНИЕ ПРОРАСТАЮЩИХ СЕМЯН ГРЕЧИХИ
© н. г. МАЗЕЙ, А. В. ШИЛЕНКОВ, Ю. А. ВЯЛЬ Пензенский государственный педагогический университет им. В.Г.Белинского, кафедра ботаники, физиологии и биохимии растений e-mail: [email protected]
Мазей Н.Г., Шиленков А.В., Вяль Ю.А. - Влияние низких температур на дыхание прорастающих семян гречихи // Известия ПГПУ им. В. Г. Белинского. 2009. № 14 (18). С. 36-38. - Изучено действие низких температур различной продолжительности на интенсивность дыхания и активность дыхательных ферментов каталазы и по-лифенолоксидазы в прорастающих семенах гречихи. Ключевые слова: низкие температуры, дыхание, гречиха.
Mazei N.G., Shilenkov A.V., Vy'al Yu.A. - Impact of lower temperatures on the respiration of germinating seeds of buckwheat // Izv. Penz. gos. pedagog. univ. im.i V.G. Belinskogo. 2009. № 14 (18). P. 36-38. - Impact of lower temperatures of the different durations on the respiration intensity and activity of respiratory enzymes catalase and Polyphenoloxydase in germinating buckwheat seeds was studied. Keywords: lower temperatures, respiration, buckweat.
Интегральным показателем изменения энергетических процессов является дыхание. Энергия дыхания используется для ростовых процессов растений, различных синтетических реакций, поглощения элементов минерального питания, передвижения ассимилятов. интенсивность дыхания организмов в значительной степени зависит от условий среды и действия различных факторов: температуры, влажности, ионизирующего излучения, электрических и магнитных полей и др. [8, 9]. Ряд авторов показывали, что при действии многих физических факторов, интенсивность дыхания возрастает [2-4, 8]. Одним из следствий воздействия низкими температурами также является изменение интенсивности дыхания [6]. Обнаружено, что длительное повышение интенсивности дыхания после пролонгированной холодовой экспозиции может указывать на необратимые метаболические нарушения и накопление недоокисленных промежуточных соединений [12]. Механизм стимуляции до конца не ясен. Возможно, что усиление дыхания отражает реакцию на перенос растений из пониженных температур в более высокие [19]. Однако вероятно и неодинаковое действие на разные виды и сорта охлаждения различной интенсивности и продолжительности [16, 17] выдвинуто предположение, что небольшую стимуляцию дыхания после охлаждения следует рассматривать как адаптивную реакцию, а снижение или очень большое увеличение интенсивности дыхания - как начало развития повреждений растений [1].
В исследовании интенсивности дыхания при действии низких температур были получены следующие результаты (рис. 1).
продолжительность проращивания (охлаждения), ч
I ■ контроль в 4° С Q0° С I
Рис. 1. Интенсивность дыхания прорастающих семян гречихи при действии охлаждения (* - р < 0,05).
Охлаждение при температуре 0° С (рис. 1) снижало интенсивность дыхания по сравнению с уровнем при температуре +4° С на 6,1 %, с увеличением про-
ФИЗИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ ►►►►►
должительности воздействия интенсивность дыхания снижалась на 12,0 % при 0° С
Причиной снижения интенсивности дыхания прорастающих семян при действии низких температур могли стать метаболические нарушения, возникшие при охлаждении, возможной причиной могли выступать также нарушения структуры митохондрий, а также изменение активности некоторых ферментов, например каталазы и полифенолоксидазы
Рядом авторов показано, что при охлаждении различных видов растений активность каталазы резко снижалась [13, 18]. Причем у холодоустойчивого сорта риса она восстанавливалась после отогрева, а у теплолюбивых сортов после отогрева активность ката-лазы продолжала снижаться [13]. По другим данным в прорастающих семенах кукурузы показано возрастание активности каталазы в ответ на охлаждение, главным образом, за счет повышения изозимов КАТ-1 и КАТ-2, однако в последующем также наблюдали снижение активности фермента [10]. Авторы предположили, что различные гены, кодирующие изоформы каталазы у кукурузы, по-разному реагируют на гипотермию на разных стадиях развития.
Многие авторы показывают, что чувствительные к охлаждению виды часто имеют пониженную антиок-сидантную способность по сравнению с устойчивыми видами, особенно по активности антиоксидантных ферментов [14].
Изучено действие низких температур на активность каталазы семян гречихи. как показали исследования (табл. 1), в контроле активность каталазы повышалась с увеличением возраста прорастающих семян.
таблица 1. изменение активности каталазы в прорастающих семенах гречихи при низких температуры, мг н2о2мин-1, M ± m, п = 4, * - p < 0,05.
вариант опыта продолжительность проращивания (охлаждения), час
12 (6) 24 (18)
контроль 0,2 0,26
+4 0,17*± 0,005 0,15*± 0,004
0 0,15*± 0,007 0,13*± 0,004
-4 0,11*± 0,005 0,08*± 0,002
В возрасте 6 час в контроле и опыте активность фермента возрастала относительно уровня, отмеченного в сухих семенах, на 38,5 % в контроле.
При охлаждении прорастающих семян получены следующие результаты. Низкие температуры снижали активность каталазы линейно в зависимости от силы повреждающего воздействия и возраста прорастающих семян. При +4° С активность фермента снизилась при воздействии 12 ч на 7 %, при 0° С - на 25 %, при -4° С - на 48 %. При увеличении времени охлаждения уровень активности фермента упал на
42,3; 50,0 и 70,0 % соответственно для температур +4° С, 0° С, -4° С. Таким образом, низкие температуры снижали активность каталазы и интенсивность дыхания семян.
В экспериментах по исследованию активности полифенолоксидазы получены следующие результаты (табл. 2).
таблица 2.
изменение активности полифенолоксидазы в прорастающих семенах гречихи
при низких температурах, ед/г*с, M ± m, п = 4, * - p < 0,05.
вариант опыта продолжительность проращивания (охлаждения), час
6 (12) 48(12)
контроль 0,889 ± 0,004 0,666 ±0,008
+4 0,997*± 0,005 0,689*± 0,004
0 1,012*± 0,007 0,728*± 0,003
В результате опыта наименьшая активность фермента отмечена у контрольных растений (табл. 2). При действии низких температур значения активности превышали контроль на 12,4-13,8 % соответственно. Увеличение активности полифенолоксидазы связано, по-видимому, с действием низких температур как стрессора, что, безусловно, сопряжено с развитием окислительного стресса, лежащего, по мнению многих авторов, в основе реакции на любой стрессирующий фактор [6, 11, 15].
Степень изменения активности фермента в динамике охлаждения растений гречихи связана с развитием окислительного стресса. Эти изменения носили адаптивный характер и были направлены на снятие окислительного стресса и тем самым холодового повреждения.
Таким образом, низкие температуры оказали специфическое действие на прорастающие семена гречихи. В прорастающих семенах гречихи изменилась активность каталазы. колебания активности фермента коррелировали с изменением интенсивности дыхания. Так же, изменилась активность полифенолок-сидазы. Низкие температуры, как стрессовый фактор, вызвала в растительном организме комплекс реакций, направленных на мобилизацию резервов для приспособления к новым условиям существования, на уровне клетки - это перестройка работы определенных метаболических центров.
список литературы
1. Зауралов О. А., Лукаткин А. С. Последействие пониженных температур на дыхание теплолюбивых растений // Физиология растений. 1997. Т. 44. № 5. С. 736-741.
2. Корнеева И. В., Переверзева В. Влияние лазерного излучения на активность оксидаз в проростках огурца и подсолнечника разных генотипов. Харьков: Харк. гос. ун-т, 1987. 8 с.
ИЗВЕСТИЯ ПГПУ им. В. Г. Белинского • Естественные науки • № 14 (18) 2009 г.
3. Курганова Л. Н., Красенкова М. Ю. Изменение активности ферментов, контролирующих процесс перокси-дации в связи с облучением. В кн.: Регуляция ферментативной активности у растений. Межвуз. сб. науч. трудов. Горький, 1990. С. 96.
4. Кусакина М. Г., Елисеева Т. В. К исследованию влияния предпосевной обработки семян пшеницы электрическим полем на процесс дыхания в растениях. В кн.: Рост, развитие и адаптация растений к экстремальным факторам. Пермь, 1987. 148 с.
5. Лапаева Л. А. О механизме воздействия слабых электрических полей на живые организмы. Влияние электромагнитных полей на живые организмы. М.: Наука, 1973. 120 с.
6. Лукаткин А. С. Вклад окислительного стресса в развитие холодового повреждения в листьях теплолюбивых растений. 2. Активность антиоксидантных ферментов в динамике охлаждения // Физиология растений. 2002. Т. 49. № 6. С. 878-885.
7. Лукаткин А. С. Инициация и развитие холодового повреждения в листьях теплолюбивых растений // Физиология растений. 2005. Т. 52. № 4. С. 608-613.
8. Рубин Б. А., Ладыгина М. Е. Физиология и биохимия дыхания растений. М.: Наука, 1974. 210 с.
9. Семихатова О. А. Энергетика дыхания растений в норме и при экологическом стрессе. Л.: Наука, 1990. 73 с.
10. Auh C. К., Scandalios J. G. Spatial and temporal responses of the maize catalases to low temperature // Physiol. plantarum. 1997. V. 101. № 1. Р. 149-156.
11. De Santis A., Landi P., Genchi G. Changes of Mitochondrial Properties in Maize Seedlings Associated with Selection for Germination at Low Temperature. Fatty Acid
Composition, Cytochrom c oxidase and Adenine Nucleotide Translocase Activities // Plant Physiol. 1999. V. 119. P. 743-754.
12. Eaks I. L. Effect of chilling on respiration and volatiles of California lemon fruit // J. Amer. Soc. Hort. Sci. 1980. V. 105. № 5. P. 865-869.
13. Fadzillah N. M., Gill V., Finch R. P., Burdon R. H. Chilling, oxidative stress and antioxidant responses in shoot cultures of rice // Planta. 1996. V. 199. № 4. P. 552-556.
14. Hodges D. M., Andrews C. J., Johnson D. A., Hamilton R. I. Sensitivity of maize hybrids to chilling and their combining abilitiesat 2 developmental stages // Crop Sci. 1997. V. 37. № 3. P. 850-856.
15. Kuroda H., Sagisaka S., Asada M., Chiba K. Peroxide-Scavenging Systems During Cold Acclimation of Apple Callus In Culture // Plant and Cell Physiology. 1991. V. 32. P. 635-641.
16. Leviatov S., Shoseyov O., Wolf S. Involvement of en-domannanase in the control of tomato seed germination under low temperature conditions // Annals of Botanyro 1995. V. 76. № 1. P. 1-6.
17. Leviatov S., Shoseyov O., Wolf S. Roles of different seed components in controlling tomato seed germination at low temperature // Sci. Hortic. 1994. V. 56. № 3. P. 197-206.
18. Saruyama H., Tanida M. Effect of chilling on activated oxygen-scavenging enzymes in low temperature-sensitive and -tolerant cultivars of rice (Oryza sativa L.) // Plant Science. 1995. V. 109. № 2. P. 105-113.
19. Sasson N., Bramlage W.J. Effects of chemical protectants against chilling injury of young cucumber seedlings // J. Amer. Soc. Hort. Sci. 1981. V. 106. № 3. P. 282-284.
