Стресс и натрий

Развитие и питание зерновых культур

Солевой стресс

Действие засоления приводит к снижению полевой всхожести, торможению роста, уменьшению площади ассимилирующей поверхности, снижению чистой продуктивности фотосинтеза, массы 1000 зерен, общей продуктивности растений за счет повышения осмотического давления клетки, антагонизма ионов К/Na, нарушений нормального обмена веществ. Урожайность зерновых культур снижается на 30–70 %. Засоление является основной экологической проблемой сельского хозяйства засушливых регионов.

Засоление почвы становится проблемой, когда уровень солей (в основном натрия) достаточно высок (4–8 мСм/см) и сокращает потребление воды корневыми волосками и/или токсичен для растений. Высокий уровень натрия в прикорневой зоне растения ведет к повышению уровня этилена и абсцизовой кислоты (гормонов стресса), что ведет к обезвоживанию, снижению тургора и, в конечном счете, к отмиранию клеток. Целостность клеточных мембран снижается когда натрий заменяет кальций, что ведет к сокращению потребления воды и питательных веществ. Натрий также снижает синтез белков и смещает гормональный баланс и активность. Способность растения потреблять и использовать воду из почвы подобна влиянию солей на точки кипения и замерзания воды: соленый раствор имеет более высокую точку кипения и более низкую точку замерзания по сравнению с не соленым. При наличии солей в жидкости требуется больше энергии для превращения воды в пар или лед. То же происходит и в растениях. Они должны использовать больше энергии для отделения и потребления воды, прочно связанной с частичками почвы, при высоком содержании натрия. Засоление влияет на физиологию растения посредством изменения водного и ионного статуса в клетках (Хасегава и др., 2000). Такая стрессовая ситуация влияет на общее потребление питательных веществ растением. Стресс засоления может уменьшить или увеличить потреблению питательных веществ растением, влияя на мобильность элементов питания внутри растения или повышением их потребности в клетках растения (Пессаракли, 2001). Потребление железа, марганца, цинка или меди обычно возрастает при стрессовой ситуации связанной с засоленностью почвы.

Коррекция: Обработка семян Райкат Старт, 0,3 л/т для повышения полевой всхожести и выживаемости растений. Применение некорневых подкормок в фазу кущения, выхода в трубку (флаговый лист) и молочной спелости зерна на зерновых колосовых — Аминокат,0,3 л/га, Келик К, 0,5–1,5 л/га, Нутривант Плюс, 2 кг/га, Келкат B, 0,5–1,0 кг/га, Келик B, 1,0 л/га, Келик Ca–B, 1,5 л/га, Келкат Микс Кальций, 0,5 кг/га.

www.profermer.ru

Влияние натрий-хлоридного засоления на содержание компонентов аскорбат-глутатионового цикла в органах тритикале Текст научной статьи по специальности «Растениеводство»

Аннотация научной статьи по сельскому и лесному хозяйству, автор научной работы — Гарифзянов Андрей , Жуков Николай

Проведено исследование особенностей функционирования энзиматических и неэнзиматических компонентов аскорбат-глутатионового цикла в органах тритикале в условиях NaCl-засоления (120 мМ). Показано, что водно-водный цикл оперативно подключается к процессам обезвреживания пероксида водорода, избыточно образующегося при солевом стрессе (до 38 мкмоль/г в побегах и 21 мкмоль/г в корнях). Динамика содержания неэнзиматических (аскорбиновая кислота и восстановленный глутатион) и активности энзиматических (аскорбатпероксидаза, глутатионредуктаза) компонентов цикла менялась неравномерно на протяжении экспозиции на солесодержащем растворе. Выявлено, что эффективность и оперативность восстановления стресс-генерируемого пероксида водорода при участии аскорбатпероксидазы определяется наличием достаточного количества восстановленного аскорбата, поддержание пула которого возможно в случае согласованного функционирования системы регенерации окисленного глутатиона при участии глутатионредуктазы.

Похожие темы научных работ по сельскому и лесному хозяйству , автор научной работы — Гарифзянов Андрей, Жуков Николай,

Текст научной работы на тему «Влияние натрий-хлоридного засоления на содержание компонентов аскорбат-глутатионового цикла в органах тритикале»

Известия Тульского государственного университета Естественные науки. 2012. Вып. 3. С. 165-176 Химия

Влияние натрий-хлоридного засоления на содержание компонентов аскорбат-глутатионового цикла в органах тритикале

А. Р. Гарифзянов, Н. Н. Жуков

Аннотация. Проведено исследование особенностей функционирования энзиматических и неэнзиматических компонентов аскорбат-глутатионового цикла в органах тритикале в условиях МаС1-засоления (120 мМ). Показано, что водно-водный цикл оперативно подключается к процессам обезвреживания пероксида водорода, избыточно образующегося при солевом стрессе (до 38 мкмоль/г в побегах и 21 мкмоль/г — в корнях). Динамика содержания неэнзиматических (аскорбиновая кислота и восстановленный глутатион) и активности энзиматических (аскорбатпероксидаза, глутатионредуктаза) компонентов цикла менялась неравномерно на протяжении экспозиции на солесодержащем растворе. Выявлено, что эффективность и оперативность восстановления стресс-генерируемого пероксида водорода при участии аскорбатпероксидазы определяется наличием достаточного количества восстановленного аскорбата, поддержание пула которого возможно в случае согласованного функционирования системы регенерации окисленного глутатиона при участии глутатионредуктазы.

Ключевые слова: ТгШсо8еса1е, солевой стресс, активные формы кислорода, аскорбат-глутатионовый цикл.

Различные по природе стрессовые факторы оказывают негативное влияние на продуктивность сельскохозяйственных растений. Одним из таких стрессоров является повышение в среде концентрации КаС1. По данным Минсельхоза РФ на период 2010 года засоленные почвы занимали 7-13% площади сельскохозяйственный угодий РФ, а солонцовые — 11-13%.

Известно, что торможение ряда физиологических процессов в условиях засоления, прежде всего, фотосинтеза и дыхания сопровождается развитием не только осмотического и токсического стрессов, но и

окислительного. Развитие окислительного стресса при действии различных стрессовых факторов, в том числе при засолении, сопряжено с генерацией избыточных количеств в клетках растений АФК, таких как: супероксидный анион-радикал О-, пероксид водорода Н2О2 и др. [21]. Так, неоднократно сообщалось о КаС1-индуцированном накоплении АФК в органах хлопчатника [16], баклажана и дыни [17], подорожника [9], пшеницы [20], гороха [1] и др. растений [23]. Поскольку АФК обладают высокой реакционной способностью, растения должны контролировать их содержание на относительно стабильном уровне. Это осуществляется благодаря функционированию в клетках системы антиоксидантной защиты, включающей энзиматические и неэнзиматические компоненты [21].

В частности, известно, что в детоксикации одной из наиболее стабильных и способных диффундировать от места образования АФК — Н2О2 — в хлоропластах, митохондриях, цитозоле и пероксисомах [21] принимает участие аскорбат-глутатионовый цикл (водно-водный или цикл Холливела-Асады), механизм функционирования которого заключается в восстановлении пероксида водорода до воды с участием аскорбата (АК) и аскорбатпероксидазы (АПО). Аскорбат в этом реакции окисляется под действием аскорбатпероксидазы до дегидроаскорбата, который вновь превращается в восстановленную форму при окислении восстановленного глутатиона (ГЛ). Последний восстанавливается в НАДФ(Н)-зависимой реакции с участием глутатионредуктазы (ГР) [15].

Анализ исследований влияния натрий-хлоридного засоления на компоненты аскорбат-глутатионового цикла не позволил обнаружить общей закономерности. Так, Ясаром с соавт. [13] было показано, что повышенная концентрация КаС1 в среде возделывания (100 мМ) приводила к увеличению активности АПО и ГР в побегах фасоли, в том время как более низкие концентрации соли (50 мМ) повышали активность АПО, но снижали активность ГР. Вадовым с соавт. [1] было показано, что активность АПО в условиях солевого шока (200 мМ КаС1) повышалась у сорта гороха Лучезарный в течение 30 мин, после чего стабилизировалась на контрольном уровне, а в листьях сорта Надежда — снижалась на протяжении всего эксперимента. Стороженко [10] также была показана разнонаправленная реакция сортов пшеницы на солевой стресс: увеличение концентрации КаС1 (30-90 мМ) в среде выращивания приводило к снижению активности АПО у сорта Ранняя 93, но к увеличению активности АПО у сорта Коллективная 3.

В целом следует отметить, что проводимые в настоящее время исследования реакции растений на солевое воздействие затрагивают лишь некоторые компоненты аскорбат-глутатионового цикла (в основном содержание АК и активность АПО). Недостаточность имеющихся в научной литературе сведений делает невозможным раскрытие роли аскорбат-глутатионового цикла в формировании устойчивости растений к повышенному содержанию КаС1 в среде. В связи с этим нами было

проведено комплексное исследование влияния натрий-хлоридного засоления на содержание компонентов аскорбат-глутатионового цикла тритикале озимой.

Материалы и методы

Растительный материал и условия выращивания. Объектами исследования являлись побеги и корни тритикале озимого (сорт «Дон»), семена которого были предоставлены сотрудниками ГПУ Тульский НИИСХ Россельхозакадемии. Возделывание растений тритикале и их засоление проводили по описанной ранее схеме [4].

Определение содержания пероксида водорода проводили по методу, основанному на образовании комплекса пероксида титана [19]. Для этого навеску (1 г) замороженных листьев гомогенизировали с 5 мл холодного 100%-ного ацетона. Полученный гомогенат центрифугировали 20 мин при 12000 g. 1 мл полученного супернатанта смешивали с 0,1 мл 20%-ного ТЮ4 и 0,2 мл концентрированного раствора КН4ОН. В результате этого образовывался титан-пероксидный комплекс. Раствор вновь центрифугировали 20 мин при 12000 g. После центрифугирования осадок трижды промывали холодным ацетоном, чтобы удалить пигменты, а затем растворяли в 3 мл 1М ЩЯО4. Абсорбцию окрашенного в желто-оранжевый цвет комплекса измеряли спектрофотометрически при 415 нм (СФ-26). Содержание Н2О2 в растительном материале рассчитывали по калибровочной кривой, построенной для стандартных растворов пероксида водорода (0,1-1 мМ).

Определение содержания аскорбиновой кислоты (АК) и восстановленного глутатиона (ГЛ). Навеску (около 2 г) гомогенизировали с 20 мл 5%-ного раствора метафосфорной кислоты в фарфоровой ступке. После этого гомогенат центрифугировали при 10000 дв течение 10 мин. Для определения содержания АК аликвоту полученного супернатанта оттитровывали 0,001 н раствором 2,6-дихлорфенолиндофенола (2,6-ДХФИФ) до слабо розового окрашивания, сохраняющегося в течение 1 минуты. Для определения количества ГЛ к аликвоте супернатанта добавляли 2-3 капли 15%-ного раствора Ю, 5 капель 1%-ного раствора крахмала и титровали 0,001 н раствором КЛОэ до слабо синего окрашивания, сохраняющегося 1 минуту. Полученные результаты использовали для расчета содержания АК и ГЛ [5].

Определение активности АПО (ЕС 1.11.1.11) и ГР (ЕС 1.6.4.2) [6]. Для определения активности АПО использовали реакцию восстановления пероксида водорода аскорбатом. Для получения грубого ферментного препарата АПО навеску растительного материала (0,5 г) гомогенизировали в 4 мл охлажденного 50 мМ К/Ка-фосфатного буфера (рН 7,8), содержащего 1 мМ ЭДТА и 10 мМ аскорбата натрия. Гомогенат центрифугировали при 10000 g в течение 15 мин при 4°С. Активность АПО определяли по кинетике потребления аскорбата, регистрируя изменения оптической плотности при

290 нм в течение 1 мин (е = 2, 8 /(мМ*см)). Реакционная среда содержала 50 мМ K/Na-фосфатного буфера (рН 7,8), 1 мМ ЭДТА, 1 мкМ H2O2 и 50 мкл грубого ферментного препарата.

Активность ГР определяли по кинетике окисления НАДФ(Н). Для получения грубого ферментного препарата ГР навеску растительного материала (0,5 г) гомогенизировали в фарфоровой ступке с 4 мл охлажденного 0,1 М K/Na-фосфатного буфера (рН 7,8), содержащего 1 мМ ЭДТА и 10 мМ аскорбата натрия. Гомогенат центрифугировали при 10000 g в течение 15 мин при 4°С. Активность ГР определяли по кинетике окисления НАДФ(Н) в присутствии окисленного глутатиона, которую регистрировали по уменьшению оптической плотности при 340 нм в течение 5 мин (е = 6, 2 /(мМ*см)). Реакционная среда содержала 0,1 М K/Na-фосфатного буфера (рН 7,8 ), 0,2 мМ НАДФ(Н), 0,2 мМ окисленного глутатиона и 200 мкл грубого ферментного препарата.

Статистическая обработка результатов. Каждый опыт проводили не менее чем в трех биологических по три аналитические повторности. Статистическую обработку данных осуществляли с помощью пакета прикладных компьютерных программ MS Excel 2003 и SigmaStat 3.1. В таблицах и на рисунках представлены средние арифметические значения определяемых величин и их стандартные ошибки (Р > 0,95). К полученным данным применен стандартный однофакторный дисперсионный анализ с использованием для оценки достоверности при множественном сравнении фактического значения g-критерия Ньюмена-Кейлся.

Генерация H2O2 в органах тритикале. Проведенное исследование показало, что содержание H2O2 в побегах и корнях тритикале за первые сутки экспозиции на засоленной среде, возрастало в 2,5 раза, достигая максимального значения через 12 часов в корнях (24±3 мкмоль/г) и 24 часа в побегах (63±4 мкмоль/г) (рис. 1). В следующие 2-е суток уровень H2O2 в побегах и корнях стабилизировался, оставаясь повышенным относительно начала эксперимента (рис. 1).

Содержание неэнзиматических компонентов аскорбат-глутатионового цикла. Содержание неэнзиматических компонентов аскорбат-глутатионового цикла в течение экспозиции тритикале на солесодержащей среде менялось разнонаправлено (табл. 1). Было показано, что количество АК в побегах в течение первых 12 часов засоления поддерживалось на относительно постоянном уровне, после чего снижалось к 24 часам, достигая значения 0,132 мг/г сырой массы, составляющего 50% от контрольной величины. В следующие 3-е суток (вплоть до 96 часов) содержание АК в побегах возрастало в 5 раз, достигая величины в 264% относительно начала эксперимента.

б § — побеги ■ о ■ корни

Рис. 1. Динамика образования пероксида водорода в побегах и корнях тритикале под действием 120 мМ

Содержание неэнзиматических компонентов аскорбат-глутатионового цикла в органах тритикале

Время экспозиции, ч Побеги Корни

АК, мг/г сырой массы ГЛ, мг/г сырой массы АК, мг/г сырой массы ГЛ, мг/г сырой массы

0 0,264 ± 0,017 0,461 ± 0,024 0,161 ± 0,020 0,562 ± 0,049

12 0,243 ± 0,021 0,921 ± 0,056 0,132 ± 0,024 0,921 ± 0,046

24 0,132 ± 0,024 0,817 ± 0,043 0,143 ± 0,019 0,501 ± 0,037

48 0,528 ± 0,045 0,458 ± 0,039 0,396 ± 0,041 0,461 ± 0,054

72 0,660 ± 0,035 0,476 ± 0,044 0,264 ± 0,038 0,458 ± 0,033

96 0,696 ± 0,038 0,981 ± 0,040 0,243 ± 0,012 0,708 ± 0,039

Динамика накопления АК в корнях также была неоднозначной (табл.

1). В отличие от тканей побега, в корнях на протяжении первых суток эксперимента уровень АК был стабилен и составлял в среднем 0,145 мг/г сырой массы. В следующие сутки засоления наблюдали увеличение количества АК в корнях, достигшего к 48 часам 0,396 мг/г, что было в 2,5 раза больше, чем в начале эксперимента. Далее, вплоть до 96 часов содержание АК снижалось, достигая минимального значения к концу эксперимента. При этом уровень АК после 48 часов оставался повышенным относительно начала эксперимента.

В динамике содержание другого важнейшего компонента аскорбат-глутатионового цикла — ГЛ — в органах тритикале при экспозиции на среде, содержащей 120 мМ КаС1, также не было выявлено общей закономерности (табл.1). При этом динамика накопления ГЛ в побегах и корнях была схожей.

В частности, в течение первых 12 часов засоления уровень ГЛ повышался 1,5-2 раза относительно начала эксперимента в побегах и корнях тритикале. После этого, вплоть до 72 часов количество ГЛ снижалось, достигая уровня

0,476 мг/г сырой массы в побегах и 0,458 мг/г сырой массы в корнях. Дальнейшая экспозиция тритикале (после 72 часов) на солесодержащем растворе приводила к повторному накоплению ГЛ, величина которого к 96 часам составляла 213% в побегах и 126% в корнях относительно начала эксперимента.

Активность энзиматических компонентов аскорбат-глутатионово-го цикла. Проведенное исследование показало, что динамика активности АПО и ГР у тритикале характеризовалась разнонаправленностью и органной специфичностью (табл. 2). Так, активность АПО в побегах повышалась в течение первых 12 часов засоления, достигая величины 0,467 мкмоль/мин*г, что составляло 137% от начала эксперимента. Далее активность снижалась вплоть до 48 часов в 2,5 раза. Дальнейшая экспозиция тритикале на солесодержащем растворе сопровождалась увеличением активности, достигшей максимального значения (0,465 ± 0,068 мкмоль/мин*г) к 96 часам.

Активность ферментов аскорбат-глутатионового цикла в органах

АПО, мкмоль/мин*г сырой массы ГР, мкмоль/мин*г сырой массы АПО, мкмоль/мин*г сырой массы ГР, мкмоль/мин*г сырой массы

0 0,341 ± 0,037 0,897 ± 0,024 0,298 ± 0,028 0,682 ± 0,032

12 0,467 ± 0,070 1,343 ± 0,069 0,342 ± 0,037 0,971 ± 0,043

24 0,193 ± 0,035 1,123 ± 0,045 0,280 ± 0,013 0,765 ± 0,055

48 0,181 ± 0,033 0,923 ± 0,062 0,348 ± 0,032 0,733 ± 0,074

72 0,402 ± 0,044 0,947 ± 0,029 0,343 ± 0,044 0,698 ± 0,025

96 0,465 ± 0,068 1,265 ± 0,076 0,405 ± 0,056 0,865 ± 0,044

В корнях динамика активности АПО была несколько иной (табл. 2). В частности, в течение первых 12 часов засоления активност АПО не менялась, после чего снижалась к 24 часам до уровня 0,280 мкмоль/мин*г. Дальнейшая экспозиция тритикале (после 24 часов) приводила к повторному увеличению активности фермента, достигающего максимального значения,

как и в побегах, к 96 часам. Активности АПО к 96 часам засоления в корнях составляла 136% относительно начала эксперимента.

Активность ГР в течение первых 12 часов в побегах и 24 часов в корнях увеличивалась в 1,4 раза. После этого активность данного фермента снижалась вплоть до 72 часов до величины 0,947 мкмоль/мин*г и 0,698 мкмоль/мин*г соответственно в побегах и корнях. К 96 часам активность ГР повышалась в побегах и корнях, достигая максимального значения, составляющего 141% и 127% относительно начала эксперимента.

Повышение концентрации Ка+ и С12 в прикорневом растворе приводит к каскаду неблагоприятных последствий для растительного организма. В первую очередь, эти последствия обусловлены низкой доступностью воды (осмотический стресс) и токсичностью поступающих ионов (токсический стресс) [2]. Механизмы, препятствующие потере воды в условиях ее низкой доступности, а также предотвращающие проникновение токсичных ионов внутрь организма, включают различные составляющие, одной из которых является устьичная регуляция транспирации. Ранее нами было показано, что в первые сутки засоления устьичная проводимость у тритикале уменьшается на 35% [3]. Уменьшение устьичной проводимости на фоне высокой скорости электронного транспорта (данные еще не опубликованы) могло приводить к накоплению восстановительных эквивалентов и, следовательно, недостатку конечного акцептора электронов (НАДФ+) в ФЭТЦ и, как следствие, — переносу электронов на кислород. В ФС I появление АФК (в первую очередь, супероксидного радикала) происходит в реакции Мёллера и связано с работой 4Ре-48-кластеров, ферредоксина и/или ферредоксин-НАДФН-редуктазы, на уровне ФС II — предположительно в и Qв сайтах [21]. Около 10-25% всего нециклического электронного потока может идти на образование супероксид-радикала [14]. Обнаруженное нами увеличение образования пероксида водорода в побегах до 24 часов засоления (рис. 1) могло быть связано со спонтанной дисмутацией избыточно образующегося О 2 и/или благодаря действию супероксиддисмутазы (СОД). Так, было показано, что солеустойчивые генотипы кукурузы, томатов и ряда других культур имеют более высокие уровни активности СОД [18].

При этом увеличение количества Н2О2 в корнях (стр. 1) могло быть обусловлено подключением других механизмов образования этой АФК. Одной из таких возможностей является, например, работа дыхательной цепи переноса электронов. На её фермент-белковых комплексах в митохондриях происходит реакция образования Н2О2 в результате захвата молекулярным кислородом электронов с гемов (Ь>1 и Ь2) и относительно долгоживущих семихинонов в Qin-сайте [8], а также в ряде реакций, протекающих в пероксисомах (при окислении ксантина ксантиноксидазой) [24].

Избыточное образование H2O2, как и других АФК, несет угрозу окислительной деструкции макромолекул, что приводит к неблагоприятным последствиям для метаболизма растений [21]. Поэтому растения подключают механизмы детоксикации АФК с участием компонентов антиоксидантной системы. При этом аскорбат-глутатионовый цикл вносит существенный вклад в детоксикацию наиболее опасной с точки зрения времени жизни и способности диффундировать АФК — H2O2.

Проведенное исследование показало, что данный цикл растений оперативно подключается к процессам обезвреживания пероксида водорода в условиях солевого стресса. Так, было показано, что на фоне возрастания количества H2O2 в побегах в течение первых 12 часов засоления, происходит увеличение активности АПО (табл. 2). Данное увеличение активности, по-видимому, связано с мобилизацией имеющегося пула АПО на фоне относительно постоянного количества АК (табл. 1). Наши результаты согласуются с исследованиями Вадова с соавт. [1], которые продемонстрировали повышение активности АПО в условиях солевого шока (200 мМ NaCl) в листьях сорта гороха Лучезарный в течение первых 30 мин после воздействия.

Последующее снижение активности АПО могло быть связано с исчерпанием ее конститутивного пула, а также со снижением количества аскорбата, используемого АПО в качестве субстрата. Полесская [8] утверждает, что на долю АПО выпала основная работа по ликвидации пероксида в клетке. Однако для поддержания ее функций необходимо, чтобы уровень аскорбата всегда оставался достаточно высоким, т.е. монодегидроаскорбат и дегидроаскорбат быстро восстанавливались до аскорбата. При этом снижение количества аскорбата, зафиксированное нами после 12 часов засоления могло быть связано с его использованием в реакциях восстановления пероксида водорода при участии АПО и/или прямым взаимодействием с АФК, о чем сообщалось в научной литературе [22]. Козел и Доманский [6] показали, что снижение количества аскорбата при адаптации растений табака, трансформированного смысловым геном АПО, к стрессовому воздействию, свидетельствует об активном и эффективном его использовании в реакциях детоксикации пероксида водорода.

На фоне снижения количества АК нами было зафиксировано увеличение количества ГЛ (табл. 1). Выявленное увеличение количества глутатиона связано с его эффективным синтезом de novo для участия в процессах поддержания пула восстановленного аскорбата. Это предположение согласуется с высокой активностью ГР (табл. 2), катализирующей реакцию восстановления окисленного глутатиона, образующегося при регенерации окисленной АК. Если принять такую точку зрения, понятным становится увеличение количества АК к 48 часам. Кроме того увеличение содержания ГЛ могло быть обусловлено потребностями в нем клетки в условиях стресса

для поддержания сульфгидрильных групп внутриклеточных белков в функциональном редокс-состоянии [7] и/или для детоксикации АФК [11].

При этом увеличившееся количество АК (табл. 1) не приводило к росту активности АПО при 48 часах засоления (табл. 2). Скорее всего, это было связано с исчерпанием конститутивного пула фермента и необходимостью времени для новообразования молекул фермента. Индукция этого процесса протекала на фоне стабильного, но все же повышенного количества пероксида водорода в побегах (рис. 1). Исследования показали, что обработка растений Н2О2 может индуцировать экспрессию ядерных генов, связанных с ответными реакциями растений на стрессовые воздействия, таких, например, как ген цитоплазматической аскорбатпероксидазы (сАРХ). Корреляция между экспрессией гена аскорбатпероксидазы (АРХ2) и генерацией Н2О2 была показана также путем сравнения экспрессии гена люциферазы под промотором АРХ2 и типичным для пероксида водорода цитохимическим окрашиванием метилвиологеном в условиях интенсивного освещения [12]. Таким образом, можно предположить, что на протяжении вторых суток засоления происходило новообразование молекул АПО в побегах, возможно при участии пероксида водорода в качестве индуктора.

Это предположение косвенно подтверждается повторным ростом активности АПО после 48 часов засоления на фоне повышения содержания АК, количества ГЛ (табл.1) и высокой активности ГР (табл. 2). Согласованная работа компонентов аскорбат-глутатионового цикла в побегах тритикале способствовала стабилизации уровня Н2О2 после первого 24-часового его роста (рис. 1).

В корнях нами не было обнаружено 24-часового (между 24 и 48 часами) предполагаемого периода новообразования молекул АПО (табл.

2). После исчерпания конститутивного пула в течение первых 24 часов засоления происходило увеличение количества АК (табл. 1) до 48 часов на фоне высокого содержания ГЛ (табл. 1) и активности ГР (табл. 2). Данное увеличение уровня АК обуславливало высокую активность АПО. Однако после 48 часов происходило снижение количества АК вплоть до конца эксперимента. Поскольку это происходило на фоне повышенного содержания ГЛ и высокой активности ГР, то, можно предположить, что снижение количества АК не было связано с недостаточной активностью системы регенерации окисленного аскорбата и не являлось показателем низкого антиоксидантного статуса клетки, а, напротив, было обусловлено его активным использованием в антиоксидантных реакциях. Это позволяло поддерживать уровень Н2О2 на стабильном и значительно более низком уровне, чем в побегах.

Проведенное исследование показало, что в процессах детоксикации Н2О2, избыточно образующегося при солевом стрессе, вызванном

120 мМ NaCl, важно значение принадлежит аскорбат-глутатионовому циклу, функционирующему в побегах и корнях тритикале. Реакции, протекающие при участии данного цикла, позволяют растению противоборствовать негативным проявлениям NaCl-индуцированного окислительного стресса. При этом эффективность и оперативность восстановления стресс-генерируемого пероксида водорода при участии аскорбатпероксидазы определяется наличием достаточного количества восстановленного аскорбата, поддержание пула которого возможно в случае согласованного функционирования системы регенерации окисленного глутатиона при участии глутатионредуктазы.

1. Вадов Д.Л., Брилкина А.А., Веселов А.П. Активность антиоксидантных ферментов и содержание продуктов перекисного окисления липидов при кратковременном засолении растений, различающихся по содержанию АБК // Вестник Нижегородского университете им. Н.И. Лобачевского. Биология. 2008. №1. С.73-76.

2. Веселов Д.С., Шарипова Г.В., Кудоярова Г.Р. Сравнительное изучение реакции растений ячменя (Hordeum vulgare) и пшеницы (Triticum durum) на кратковременное и длительное действие натрий хлоридного засоления // Агрохимия. 2007. №7. С.41-48.

3. Аккумуляция осмолитов в органах Triticosecale в условиях солевого стресса / А.Р. Гарифзянов [и др.] // Современная наука: тенденции развития: матер. Междун. научно-практической конф. (г. Краснодар, 24 января 2012 г.). Краснодар: Научно-издательский центр АПРИОРИ, 2012. С.195-198.

4. Особенности NaCl-индуцированного окислительного стресса и динамики активности антиоксидантных ферментов в органах тритикале озимого / А.Р. Гарифзянов [и др.] // Докл. Российской академии сельскохозяйственных наук. 2012. №2. С.9-11.

5. Грязнов В.П. Руководство к лабораторным и экспериментальным работам по физиологиирастений. Белгород: БелГУ, 2006. 120 с.

6. Козел Н.В., Доманский В.П. Аскорбат-глутатионовый цикл в растениях табака с повышенной экспрессией аскорбатпероксидазы при абиотическом стрессе // Вестник Фонда фундаментальных исследований. Минск: Белорусская наука, 2012. С.89-100.

7. Митева Л.П.-Е, Иванов С.В., Алексиева В.С. Изменение пула глутатиона и некоторых ферментов его метаболизма в листьях и корнях растений гороха, обработанных гербицидом глиофосом // Физиология растений. 2010. Т.57, №1. С.139-145.

8. Полесская О.Г. Растительная клетка и активные формы кислорода. М.: Изд-во КДУ, 2007. 140 с.

9. Гомеостаз полиаминов и антиоксидантные системы корней и листьев Plantago major при солевом стрессе / Н.Л. Радюкина [и др.] // Физиология растений. 2009. Т.56. С.902-912.

10. Стороженко В.О., Шадчина Т.М. Активность супероксиддисмутазы и аскорбатпероксидазы в хлоропластах листьев яровой пшеницы в условиях натрийхлоридного засоления грунта // Физиология и биохимия культурных растений. 2004. Т.36, №4. С.315-319.

11. Сыщиков Д.В. Состояние антиоксидантной глутатионзависимой системы проростков кукурузыпри действии соединений кадмия // Вестник Харьковского национального аграрного университета. Сер. Биология. 2010. В.1(16). С.45-51.

12. Юрина Н.П., Одинцова М.С. Пластидные сигналы и их роль в экспрессии ядерных генов // Физиология растений. 2007. Т.54, №4. С.485-498.

13. Ясар Ф., Элиальтиглу С., Ильдис К. Действие засоления на антиоксидантные защитные системы, перекисное окисление липидов и содержание хлорофилла в листьях фасоли // Физиология растений. 2008. Т.55, №6. С.869-874.

14. Alscher R.G., Erturk N, Heath L.S. Role of superoxide dismutases (SODs) in controlling oxidative stress inplants // J. of Experimental Botany. 2002. V.53. P.1331-1341.

15. Asada K. Production and Scavenging of Reactive Oxygen Species in Chloroplasts and Their Functions // Plant Physiology. 2006. V.141. P.391-396.

16. Gossett D.R., Millhollon E.P., Lucas M.C. Antioxidant response to NaCl stress in salt-tolerant and salt-sensitive cultivars of cotton // Crop Sci. 1994. V.34. P.706-714.

17. Halliwell B., Gutteridge J.M.C. Oxygen toxicity, oxygen radicals, transition metals and disease // Biochem. J. 1984. V.219. P.1-14.

18. The effect of salt stress on lipid peroxidation, antioxidative enzymes and proline content of sesame cultivars / M. Koca [et al.] // Environ. Exp. Bot. 2007. V.60. P.344-351.

19. Kumar G.N., Knowles N.R. Changes in Lipid Peroxidation and Lipolytic and Free-Radical Scavenging Enzyme during Aging and Sprouting of Potato (Solanum tuberosum L.) Seed-Tubers // Plant Physiol. 1993. V.102. P.115-124.

20. Meneguzzo S., Navari-Izzo F, Izzo R. Antioxidative responses of shoots and roots of wheat to increasing NaCl concentrations // J. Plant. Physiol. 1999. V.155. P.274-280.

21. Mittler R. Oxidative stress, antioxidants and stress tolerance // Trends in Plant Science. 2002. V.7(9). P.405-410.

22. Nakano Y., Asada K. Hydrogen peroxide is scavenged by ascorbate-specific peroxidase in spinach chloroplasts // Plant Cell Physiol. 1981. V.22. Р.867-880.

23. Neill S.J., Desikan R., Clarke A. Hydrogen peroxide and nitric oxide as signalling molecules in plants // J. Exp. Bot. 2002. V.53. P.1237-1247.

24. Overproduction of Arabidopsis thaliana Fe-SOD confers oxidative stress tolerance to transgenic maize / F.Van Breusegem [et al.] // Plant Cell Physiol. 1999. V.40. P.515-523.

Гарифзянов Андрей ([email protected]), к.б.н., старший преподаватель, кафедра органической и биологической химии, Тульский государственный педагогический университет им. Л.Н. Толстого.

Жуков Николай ([email protected]), аспирант, кафедра ботаники и технологии растениеводства, Тульский государственный педагогический университет им. Л.Н. Толстого.

The influence of sodium-chloride salinization on the content of the water-water cycle components in the bodies of Triticosecale

A.R. Garyfzyanov, N.N. Zhukov

Abstract. Carried out research of features of the water-water cycle in the bodies of triticale in terms of NaCl-salinization (120 mM). It was shown that water-water cycle quickly connects to the processes of neutralization of hydrogen peroxide, overly produced during salt stress (up to 38 ^mol/g on shoots and 21 ^mol/g is in the roots). Dynamics of content (ascorbic acid, restored glutathione) and activity (ascorbate peroxidase, glutathione reductase) the components of the cycle of change evenly throughout the exposure on a solution with NaCl. When it was revealed that the effectiveness and efficiency of the recovery stress-generated hydrogen peroxide with the participation of ascorbate peroxidase determined by the availability of a sufficient number of the restored ascorbate, maintenance of the pool which is possible in the case of a coordinated operation of the regeneration system of oxidized glutathione with the participation of glutathione reductase.

Keywords: Triticosecale, salt stress, reactive oxygen species, water-water cycle.

cyberleninka.ru