CC BY
185
ББК 28.072 УДК 581.1
ВЛИЯНИЕ САЛИЦИЛОВОЙ КИСЛОТЫ НА ПРО/АНТИОКСИДАНТНЫЙ СТАТУС И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ БАЛАНС ПРОРОСТКОВ ПШЕНИЦЫ
Рахманкулова З.Ф., Рахматуллина С.Р., Федяев В.В.
У 20—суточных проростков пшеницы предпосевная обработка салициловой кислотой (СК) (0,05 М) стимулировала рост, синтез перекиси водорода и активность пероксидазы в корнях и возрастание активности каталазы в побегах. Обсуждается связь СК-индуцированных дополнительных дыхательных затрат с активизацией про/антиоксидантных процессов.
Салициловая кислота (СК) - эндогенный регулятор роста растений фенольной природы. Известно, что СК стимулирует формирование системной приобретенной устойчивости [1], оказывает влияние на рост и развитие растений, в частности увеличивает рост проростков ячменя [2], рост и продуктивность пшеницы [3]. В то же время есть данные об ингибирующем эффекте СК на накопление сухой массы растения [4].
Показано, что обработка экзогенной СК ингибирует синтез каталазы и пероксидазы [5], является сигнальным посредником и модулятором синтеза активных форм кислорода (АФК) [6]. Однако в ряде работ показано, что СК проявляет антиокси-дантные свойства [3]. Многочисленные работы свидетельствуют о неоднозначном влиянии данного соединения и на основные энерготрансформирующие процессы в растениях. Показано, что обработка СК приводит к снижению скорости фотосинтеза и уровня КиВКСО [2], а также является индуктором альтернативной оксидазы (АОХ) [7]. Тем не менее, в работе Г. Саху и др. констатируется, что только в высоких концентрациях СК способствует снижению фотосинтетической активности, а при низкой - действует вполне благоприятно [8].
Цель данной работы - исследовать влияние салициловой кислоты на рост, энергетический баланс и антиоксидантный статус 20-дневных проростков пшеницы.
Методика исследования
Объектом исследования были растения пшеницы ТгШаыш аезИуиш Ь. (сорт Симбирка). Применяли предпосевную обработку семян 0,05 мМ раствором СК. На 4-е сутки в сосудах с растениями, предобработанными СК (опыт) и не подвергавшихся обработке препаратом (контроль), воду заменяли раствором Хогланда-Арнона (Х.-А) (0.5 К). Растения выращивали на светоплощадке (люминесцентные лампы ЛД-20, освещенность 120 Вт/м2, свето-период 16 часов, средняя температура воздуха 29±2°С).
В ходе опытов регистрировали изменение массы (¥) и длины наземных и подземных органов.
Интенсивность дыхания (Я) определяли манометрическим методом на аппарате Варбурга. Истинный фотосинтез (р) рассчитывали как сумму А¥ + Я [9].
Активность каталазы определяли по концентрации продукта реакции молибдата аммония и перекиси водорода (Н2О2) (спектрофотометрирова-ние при ^=410 нм, коэффициент миллимолярной экстинции Н2О2 22,2 103 мМ-1 см-1). [10]. Содержание Н2О2 в тканях растений определяли по концентрации окрашенного продукта её реакции с ИС14 (^=410 нм, коэффициент молярной экстинции 0,28 ^М"1 см-1) [11]. Содержание продукта перекисного окисления липидов - малонового диальдегида (МДА) определяли по реакции с тиобарбитуровой кислотой согласно [12]. Метод определения активности пероксидазы основан на измерении оптической плотности продукта окисления гваякола - тет-рагваякохинона (измерения проводили при ^=436 нм) [13].
Измерения проводили в 4-кратной биологической и 3-6-кратной аналитической повторности.
Результаты и их обсуждение
Под влиянием экзогенной СК наблюдалось увеличение массы и длины надземной и подземной частей растений (рис. 1, 2). В наибольшей степени этот эффект был выражен в корневой системе, что согласуются с данными других авторов [5, 6].
Наблюдаемая нами в ходе проведенных экспериментов стимуляция ростовых процессов сопровождалась изменениями в про/антиоксидантной системе. Так показано, что у обработанных СК растений имело место снижение содержания Н2О2 в побегах (более чем в 3 раза) (рис. 3 а), которое вероятно обусловлено возрастанием активности катала-зы (в 1,5 раза) (рис. 3в), при этом активность пероксидазы практически не изменялась (рис. 3б). Напротив, в корнях СК способствовала некоторому увеличению содержания Н2О2 (в 1,5 раза) (рис. 3а), которое сопровождалось возрастанием активности пероксидазы (в 1,5 раза) (рис. 3б), активность ката-лазы при этом практически не изменялась (рис. 3в).
42
раздел БИОЛОГИЯ и МЕДИЦИНА
4 3 11 16
Время после посев а*, сутки
Рисунок 1. Влияние салициловой кислоты (СК) на возрастную динамику накопления массы побегов (А) и корней (Б) растений пшеницы. Контроль ( ) СК
л
К
3
к
П
4 8 11 16
Бремя после посева,, сутки
Рисунок 2. Влияние СК на возрастную динамику длины побегов (А) и корней (Б) растений пшеницы. Контроль ( ), СК (-------)
Важным комплексным показателем действия антиоксидантной системы растения является степень перекисного окисления липидов (ПОЛ), которая оценивается по изменению содержания одного из продуктов ПОЛ - малонового диальдегида (МДА). Нами обнаружено снижение интенсивности процессов ПОЛ в растениях пшеницы под влиянием СК. В меньшей степени это было выражено в побегах, и более существенно в корнях, где уровень МДА снизился в 1,75 раза (рис.3,г). Таким образом, показано, что СК способствует установлению и поддержанию баланса в про/антиоксидантной системе целого растения.
Стимуляция ростовых процессов, регуляция баланса в системе синтеза и распада АФК - энергозатратные процессы, непосредственно связанные с процессами фотосинтеза и дыхания. Поэтому мы исследовали влияние СК на энергетический баланс растения (отношение суммарного темнового дыхания (Я) к истинному фотосинтезу) (R/Pg) (рис.4). Данный параметр является видонеспецифичным комплексным показателем сбалансированности основных физиологических процессов растения -фотосинтеза, дыхания, транспорта ассимилятов, роста и т.д. [9]. Из представленных данных (рис.4) следует, что под влиянием СК доля окисленных в процессе дыхания продуктов от общего количества синтезированных в процессе фотосинтеза возрастает. Можно предположить, что эти дополнительные энергетические затраты под влиянием СК связаны с формированием и поддержанием про/антиоксидантного баланса, активацией комплексного адаптивного потенциала.
Рисунок 3. Влияние СК на содержание Н2О2 (а), МДА (г) и активность пероксидазы (б) и каталазы (в) в побегах (1) и корнях (2) растений пшеницы. Ц - контроль, - СК.
Рисунок 4 Влияние СК на отношение суммарного темнового дыхания (К) к истинному фотосинтезу (Pg) у растений пшеницы. Ц - контроль, - СК.
Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований № 05-04-97922-рагидельа
ЛИТЕРАТУРА
1. Yalpini N., Shulaev V., Raskin I. Endogenous salicylic acid levels correlate with accumulation of pathogenesis-related proteins and virus resistance in tobacco // Phytopathology. 1993. V.83. P.702-708.
2. Pancheva T.V., Popova L.P., Uzunova A.N. Effects of salicylic acid on growth and photosynthesis in barley plants // J. Plant Physiol. 1996. V.149. P.57-63.
3. Shakirova F.M., Sakhabutdinova A.R., Bezrukova M.V., Fatkhutdinova R.A., Fatkhutdinova D.R. Changes in the hormonal status of wheat seedlings induced by salicylic acid and salinity // Plant Science. 2003. V.164. P.317-322.
4. Schettel N.L., Balke N.E. Plant growth response to several allelopathic chemicals // Weed Sci. 1983. V.31. P.293-298.
5. Chen Z., Ricigliano J.W., Klessig D.F. Purification and characterization of a soluble salicylic acid - binding protein from tobacco // Proc. Nat. Acad. Sci. USA. 1993a. V.90. P.9533-9537.
6. Kawano T., Sahashi N., Takahashi K., Uozumi N., Muto S. Salicylic acid induces extracellular superoxide generation followed by an increase in cytosolic calcium ion in tobacco suspension culture: the earliest events in salicylic acid signal transduction // Plant Cell Physiol. 1998. V.39. P.721-730.
7. Meeuse B.J.D. Thermogenic respiration in aroids // Annu. Rev. Plant. Physiol. 1975. V.26. P.117-126.
8. Sahu G.K., Kar M., Sabat S.C. Electron transport activities of isolated thylakoids from wheat plants grown in salicylic acid // Plant Biology. 2002. V.4. Р.321-328.
9. Рахманкулова З.Ф. Энергетический баланс целого растения в норме и при неблагоприятных внешних условиях // Журнал общей биологии. 2002. Т.63. №3. С.239-248.
10. Королюк М.А., Иванова Л.И., Майорова И.Г., Токарев В.Е. Метод определения активности каталазы // Лабораторное дело. 1988. №1. С.16 - 19.
11. Chen L.-M., Lin C.C., Kao C.H. Copper toxicity in rice seedlings: changes in antioxidative enzyme activities, H2O2 level, and cell wall peroxidase activity in roots // Botanical Bulletin of Academia Sinica. 2000. V.41. P.99-103.
12. Health R.L., Packer L. Photoperoxidation in isolated chloroplasts. Kinetics and stoichiometry of fatty acid peroxidation // Arch. Biochem. Biophys. 1968. V.125. P.189-198.
13. Ермаков А.И., Арасимович В.В., Ярош Н.П., Перуанский Ю.В., Луковникова Г.А., Иконникова М.И. Методы биохимического исследования растений /Под ред. Ермакова А.И. 3-е изд. перераб. и доп. -Л.: Агропромиздат: Ленинградское отделение, 1987 - 430 с.
Поступила в редакцию 07.11.06 г.
