Изменение активности пероксидазной системы при действии гипертермии и засоления NaCl

Автор: Суворов В.Й., Чудинова Л.А.

Журнал: Вестник Пермского университета. Серия: Биология @vestnik-psu-bio

Рубрика: Экология. Охрана природы

Статья в выпуске: 2, 2004 года.

Бесплатный доступ

На проростках гороха исследовали изменения активности и изоферментных составов пероксидазы при действии закаливающих (35°С) и повреждающих температур (40 и 45 °С) с последующим засолением NaCl. При действии закаливающих температур активность фермента в листьях и корнях уменьшалась, что сопровождалось сокращением числа анионных изопероксидаз. При повреждающих температурах активность пероксидазы значительно возрастала, что связано с увеличением числа анионных и изменением активности имеющихся катионных изоформ.

Короткий адрес: https://sciup.org/147204324

IDR: 147204324

Текст научной статьи Изменение активности пероксидазной системы при действии гипертермии и засоления NaCl

Пермский государственный университет, 614990, Пермь, ул. Букирева, 15

На проростках гороха исследовали изменения активности и изоферментных составов пероксидазы при действии закаливающих (35°С) и повреждающих температур (40 и 45 °C) с последующим засолением NaCI. При действии закаливающих температур активность фермента в листьях и корнях уменьшалась, что сопровождалось сокращением числа анионных изопероксидаз. При повреждающих температурах активность пероксидазы значительно возрастала, что связано с увеличением числа анионных и изменением активности имеющихся катионных изоформ.

У растений имеется широкий набор изоформ пероксидазы, причем изопероксидазы представляют собой мономерные белки, которые кодируются разными генами (Hiraga et al., 2001). В то же время некоторые изоформы могут быть продуктами одного гена, возникающими в результате модификации на посттранскрипционном / посттрансляционном уровнях (Лебедева и др., 2003).

Пероксидазная система служит уникальным индикатором стрессового состояния растений, она может дать достаточную информацию о их физиологическом состоянии и быть критерием их устойчивости к различным факторам среды (Андреева, 1988; Савич, 1989; Quiroda et al, 2000).

В ответ на действие определенного стрессора устойчивость клеток повышается не только по отношению к нему, но и по отношению к повреждающим агентам другой природы. Данные о существование общих систем устойчивости к избыточному засолению и высокой температуре были получены у про- и эукариотических организмов. Было показано, что на осмотический шок клетки Е. coli отвечали повышением термотолерантности, а на действие повышенных температур реагировали повышением солеустойчивости (Шерман, 1987).

Цель работы заключалась в выяснении влияния комбинированного действия гипертермии и засоления на активность и перестройки изоферментных составов пероксидазы, выступающей в качестве адаптационного фактора повышения устойчивости растений.

Объекты и методы исследований

Исследования проводились на проростках гороха (Pisum sativum L.) сорта Сахарный.

Растения выращивали в водной культуре на смеси Прянишникова (0,5 нормы). Проростки подвергали тепловому воздействию и засолению по следующей схеме: вариант 1 - контроль (смесь Прянишникова), варианты 2, 3, 4 - тепловое воздействие температурами 35, 40, 45°С в течение Зч с последующим засолением 0,4% раствором NaCI.

Для анализа растения брали на 3-й и 10-й день после обработки в начале светлого периода суток (от 9 до 10 ч).

Изоферментный состав пероксидазы анализировали в цитоплазматической фракции листьев и корней гороха с ее предварительной очисткой путем фильтрации через сефадекс G-50 (грубый).

Разделение белков осуществлялось методом диск-электрофореза в 7,5% полиакриламидном геле в щелочной (pH 8,9) и кислой (pH 4,3) буферных системах (Маурер, 1971; Сафоновы, 1971). Локализацию изоферментов устанавливали по относительной электрофоретической подвижности (ОЭП) с использованием в качестве индикаторов для анионных форм красителя Sunset yellow и для катионных - метиленового зеленого.

Проявление изопероксидаз проводили с использованием в качестве субстрата бензидина по прописи Сафоновых (1971), общей пероксидазной активности с тем же субстратом по методу А.Н. Бояркина (1951).

Результаты и их обсуждение

Анализ ростовых параметров проростков гороха показал, что при действии гипертермии (35°С) и последующего засоления снижался ростингиби-рующий эффект по сравнению с засолением NaCI.

При действии повышенных температур (40, 45°С) наблюдалось снижение ростовых параметров корневой системы, хотя размеры вегетативной массы при действии 40°С не уменьшались. На основании изменений ростовых параметров температуру 35°С условно можно принять как закаливающую, а 40 и 45°С - как повреждающие.

Анализ активности пероксидазы показал, что при действии закаливающей и повреждающих температур и последующего влияния хлоридного засоления можно наблюдать различные ответные реакции (таблица).

Изменение активности пероксидазы при гипертермии и засолении (в условных единицах)

Орган растения

Вариант

Время после обработки

3 дня

10 дней

1

31,6 ±2,2

38,6 ±2,7

Листья

2

3

26,0 ± 1,7

48,2 ± 1,6

34,3 ±3,1

56,3 ± 4,0

4

35,9 ± 6,2

45,4 ± 1,4

1

118,0 ±3,8

129,4 ± 5,9

Корни

2

88,5 ± 3,2

117,2 ± 3,5

3

148,1 ± 12,1

165,8 ±4,7

4

192,3 ±5,0

245,6 ± 5,3

Примечание. Варианты: 1 - контроль, 2, 3, 4 - гипертермия (35, 40, 45°С) 3 ч и засоление.

При действии гипертермии 35 °C и засоления наблюдалось значительное снижение активности фермента в листьях и корнях проростков на 3-й день экспозиции и уменьшение ингибирующего эффекта у более возрастных растений. Результаты позволяют допустить, что изменение активности пероксидазы в сторону снижения в первые дни при действии закаливающей температуры отражают адаптивную перестройку обмена веществ и зависят, по-видимому, от синтеза белков de novo и, прежде всего, белков теплового шока. При образовании стресс-белков наблюдается уменьшение синтеза других полипептидов, которые образуются в норме, а в данном случае можно говорить о снижении индуцированного синтеза пероксидазных белков.

При переходе в зону повреждающих температур (40-50°С) активность пероксидазы значительно возрастала, что связано, по-видимому, с индуцированным синтезом этого защитного фермента.

Анализ ' перестроек изоферментных составов согласуется с результатами, представленными в таблице. У контрольных растений, растущих на смеси Прянишникова, на 10-й день в корнях изоформы были представлены 7 компонентами, в листьях - 9. Полиморфизм катионной группы изоферментов был выражен слабее, в корнях обнаруживалось 5 форм, в листьях - 7 (рисунок). При действии закаливающих температур и засоления перестройки наборов изоферментов были связаны с упрощением составов и интенсивностью проявления отдельных форм обеих фракций изоферментов. Гипертермия (40°С) и засоление, наоборот, стимулировали увеличение числа анионных компонентов, в спектре которых можно выделить вновь появляющиеся изоформы и перераспределе-

Изменение составов изопероксидаз листьев и корней проростков гороха на 10-й день после последовательного действия гипертермии и засоления NaCl:

1 - контроль; 2 - гипертермия 35°С и засоление; 3 - гипертермия 40°С и засоление ние активности у существующих изоферментов. Ответная реакция катионных изоформ была связана с изменением активности, которая выражалась в различной интенсивности проявления зон в гелях.

Таким образом, из полученных данных можно заключить, что реакция растений на засоление при предварительной обработке их закаливающими и повреждающими температурами имеет качественно различный характер. Следовательно, механизмы обеспечения их устойчивости, которые выражаются в изменении активности пероксидазы, неодинаковы. Первый может быть связан с синтезом стресс-белков или с фосфорилированием полипептидов протеинкиназами (Кузнецов, Рощупкин, 1994), а второй - с индуцированным синтезом ферментов, выполняющих защитные функции.

Список литературы Изменение активности пероксидазной системы при действии гипертермии и засоления NaCl

  • Андреева В.А. Фермент пероксидаза: участие в защитном механизме. М.: Наука, 1988. 127 с.
  • Бояркин А.Н. Быстрый метод определения активности пероксидазы//Биохимия. Т. 16, № 4.
  • Кузнецов Вл.В., Рощупкин Б. В. Стрессорный ответ клеток Nicotiana sylvestris L. на засоление и высокую температуру. 2. Синтез белков теплового шока и фосфорилирование полипептидов//Физиол. раст. 1994. Т. 41, № 4. С. 566-571.
  • Лебедева О.В., Ежова Т.А., Мусин СМ., Радюкина Н.Л., Шестаков СВ. Ген PXD контролирует образование трех изоформ анионных перокси-дца Arabidopsis thaliana II Известия АН. Сер. биол. 2003. № 2. С. 159-168.
  • МаурерГ. Диск-электрофорез. М.: Мир, 1971.274 с.
  • Савич И.М. Пероксидазы -стрессовые белки растений//Успехи совр. биол. 1989. Т. 107, № 3. С. 406-417.
  • Сафонов В.И., Сафонова М.П. Исследование белков и ферментов растений методом электрофореза в полиакриламидном геле//Биохимические методы в физиологии растений. М., 1971. С. 113-136.
  • Титов А.Ф. Молекулярно-генетический подход к проблеме терморезистентности растений. М.: Наука, 1973. 128 с.
  • Шерман М.Ю. Участие белков теплового шока в осморегулящш Е. соН II Молек. биол. 1987. Т. 21,№ I.e. 189-194.
  • Hiraga S., Sasa К. По К, Ohashi Y., Matsui Н. A large family of class 111 plant peroxidases II Plant cell Physiol. 2001. Vol. 42. P. 462-468.
  • Quiroga M., Guerrero C, Botella M.A., Barcelo A., Amaja I., Medina M.I., Alonso F.J., de Forchetti S.M., Tigier H., Valpuesta V. A tomato peroxidase involved in the synthesis of lignin and suberm II Plant physiol. 2000. Vol. 122, № 4. P. 1119-1127.
Еще
Статья научная