Окислительный стресс растений: химия, физиология, способы защиты

Окислительный стресс растений: химия, физиология, способы защиты

Автор: Хозеева Екатерина Владимировна, Зимина Юлия Александровна, Срослова Галина Алексеевна

Журнал: Природные системы и ресурсы @ns-jvolsu

Рубрика: Экология и биология

Статья в выпуске: 4 т.10, 2020 года.

Бесплатный доступ

В условиях биотического и абиотического стресса в растениях образуются активные формы кислорода (АФК), вызывающие окислительный стресс. В то же время АФК выполняют дополнительные сигнальные роли в адаптации растений к стрессу. Изучение механизмов этого процесса позволяет разработать новые способы защиты организмов, в частности, сельскохозяйственных растений, от негативного стрессового воздействия. В данном обзоре описаны современные представления об окислительном стрессе - процессе угнетения жизнедеятельности клеток под действием активных форм кислорода. Отдельно выделены отличительные черты окислительного стресса растений и два основных пути метаболической защиты - жасмонатный и салицилатный путь. Также приведены различные способы идентификации окислительного стресса. Рассмотрены инновационные способы защиты сельскохозяйственных растений от окислительного стресса: применение биопестицидов - ризобактерий и микроскопических грибов, элиситоры - наиболее молодое направление в создании эффективных способов защиты. Также приведено описание относительно устаревшего способа защиты - применение фунгицидов. Данные вещества вошли в обзор по причине недавнего появления биоразлагаемых препаратов данного типа. Отдельное внимание уделено элиситорам - веществам, нехарактерным для растений, появление которых в клетке вызывает цепь биохимических процессов, подобных метаболизму растений в условиях окислительного стресса. Описаны наиболее изученные вещества со свойствами элиситоров: салициловая кислота, жасмонаты, хитозан и перекись водорода; их роль в цепи ответных реакций. Как альтернатива рассмотрены изотиоцианаты - основные компоненты «горчичной бомбы» - защитного механизма растений семейства крестоцветных. Также описаны новейшие исследования изотиоцианатов в метаболических процессах растений.

Еще

Окислительный стресс, элиситоры, салициловая кислота, изотиоцианаты, защита растений, сельскохозяйственные растения

Короткий адрес: https://sciup.org/149131481

IDR: 149131481   |   DOI: 10.15688/nsr.jvolsu.2020.4.4

Список литературы Окислительный стресс растений: химия, физиология, способы защиты

  • Абилова, Г. А. Влияние салициловой кислоты на формирование окислительного стресса, индуцированного CdSO4 в проростках пшеницы сорта «Краснодарская 99» / Г. А. Абилова // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. - 2018.Т. 10, № 3. - С. 55-60. - DOI: https://doi.org/.org/ 10.21285/2227-2925-2018-8-3-55-60.
  • Аветисян, Г. А. Аномалии ранних стадий развития Erysiphe graminis ШИа при окислительном стрессе / Г. А. Аветисян, Т. В. Аветисян // Вестник Московского университета. Серия 16, Биология. - 2017. -Т. 72, №2. - С. 70-74.
  • Биоантиоксиданты (часть 1) / С. В. Гудков, В. И. Брусков, А. В. Куликов [и др.] // Альманах клинической медицины. - 2014. - № 31. - С. 61-65. -D0I: https://doi.org/10.18786/2072-0505-2014-31-61-65.
  • Выделение и очистка супероксиддисмута-зы из культивируемых растительных клеток / Н.В. Кириллова, О. М. Спасенкова, Н. С. Пивова-рова [и др.] // Бутлеровские сообщения. - 2018. -№ 7. - С. 126-134. - D0I: https://doi.org/10.37952/ R0I-jbc-01/18-55-7-126.
  • Еникеев, А. Р. Протекторная и регулятор-ная роль аскорбиновой кислоты при действии тяжелых металлов на растения пшеницы / А. Р. Енике-ев, И. Ю. Усманов, З. Ф. Рахманкулова // Вестник Башкирского университета. - 2013. - № 1. - С. 63-66.
  • Зимина, Ю. А. Применение биопрепаратов на основе хитозана в сельском хозяйстве / Ю. А. Зимина, Г. А. Срослова, М. В. Постнова // Природные системы и ресурсы. - 2018. - Т. 8, № 3. - С. 22-28. - D0I: https://doi.org/10.15688/ ш^токи.2018.3.3.
  • Карпун, Н. Н. Механизмы формирования неспецифического индуцированного иммунитета у растений при биогенном стрессе / Н. Н. Карпун, Э. Б. Янушевская, Е. В. Михайлова // Сельскохозяйственная биология. - 2015. - № 5. - С. 540-549. -D0I: https://doi.org/1031676/2073-4948-2018-53-189-196.
  • Кекало, А. Ю. Технологии защиты яровой пшеницы от фитопатогенов / А. Ю. Кекало, B. В. Немченко // Аграрный вестник Урала. - 2017. -№4. - С. 26-30.
  • Коломиец, Э. И. Биопестициды: эффективны и экологичны / Э. И. Коломиец // Наука и инновации. - 2011. - № 97. - С. 11-13.
  • Колупаев, Ю. Е. Стресспротекторные эффекты салициловой кислоты и ее структурных аналогов / Ю. Е. Колупаев, Т. О. Ястреб // Физиология и биохимия культурных растений. - 2013. - Т. 45, №2.- С. 113-126.
  • Куликов, С. Н. Роль структуры в элиситор-ной активности хитозана / С. Н. Куликов, В. П. Варламов // Ученые записки Казанского университета. Серия: Естественные науки. - 2008. - Т. 150, № 2. - C. 43-58.
  • Макаров, М. Р. Химические средства борьбы с некоторыми болезнями на посевах озимой пшеницы / М. Р. Макаров // Бюллетень науки и практики. - 2019. - № 1. - С. 212-216.
  • Метод определения активности каталазы / М. А. Королюк, Л. И., Иванова, И. Г. Майорова [и др.] // Лабораторное дело. - 1988. - №9 1. - С. 16-19.
  • Меньщикова, Е. Б. Современные подходы при анализе окислительного стресса, или как измерить неизмеримое / Е. Б. Меньщикова, Н. К. Зенков // Acta Biomedica Scientifica. - 2016. - Т. 1, № 3-2. -С. 174-180. - DOI: https://doi.org/10.12737/article_ 590823a565aa50.41723117.
  • Молекулярные механизмы окислительного стресса / О. А. Гребенчиков, Т. С. Забелина, Ж. С. Филипповская [и др.] // Вестник интенсивной терапии имени А. И. Салтанова. - 2016. - № 3. -С. 13-21.
  • Повышение редокс-активности растений как тест-реакция на загрязнение почв / О. З. Ерем-ченко, О. А. Четина, И. Е. Шестаков [и др.] // Вестник тамбовского университета. Серия: Естественные и технические науки. - 2014. - № 5. - С. 1285-1288.
  • Пожилова, Е. В. Активные формы кислорода в физиологии и патологии клетки / Е. В. Пожи-лова, В. Е. Новико, О. С. Левченкова // Вестник Смоленской государственной медицинской академии. -2015. - № 2. - С. 13-22.
  • Соболева, О. М. Роль ризосферных бактерий в повышении экологизации агроценозов / О. М. Соболева // Достижения науки и техники агропромышленного комплекса. - 2018. - № 5. -С. 19-22.
  • Способ получения хитозана : патент на изобретение RU 2539933 C2 / Лябин М. П., Новоча-дов В. В., Семенов П. С. ; Федер. гос. авт. образоват. учреждение «Волгогр. гос. ун-т» ; заявл. 30.03.2012 ; опубл. 27.01.2015.
  • Физиологические эффекты действия на растения фунгицидов триазольной природы / Т. П. По-бежимова, А. В. Корсукова, Н. В. Дорофеев [и др.] // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. - 2019. - Т. 9, № 3. - С. 461-476. - DOI: https:// doi.org/10.21285/2227-2925-2019-9-3-461-476.
  • Яблонская, Е. К. Применение экзогенных элиситоров в сельском хозяйстве / Е. К. Яблонская // Научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. - 2015. - № 109. - С. 1247-1263.
  • Allyl-isothiocyanate treatment induces a complex transcriptional reprogramming including heat stress, oxidative stress and plant defence responses in Arabidopsis thaliana / R. Kissen, A. Overby, P. Winge [et al.] // BMC Genomics. - 2016. - Vol. 17, № 1. - P. 740. -DOI: https://doi.org/10.1186/s12864-016-3039-x.
  • Analytical approaches to the diagnosis and treatment of aging and aging-related disease: redox status and proteomics / A. Grazianoa, I. Montea, L. Maiolinoa [et al.] // Free Radical Research. - 2015. -Vol. 49, № 5. - P. 511-524. - DOI: https://dx.doi.org/ 10.3389%2Ffpls.2015.01105.
  • Angelova, Z. Elicitation of plants / Z. Angelova, S. Georgiev, W. Roos // Biotechnology & Biotechnological Equipment. -2006. - Vol. 20. - P. 72-83.
  • Baenas, N. Elicitation: a tool for enriching the bioactive composition of foods / N. Baenas, C. GarcHa-Viguera, D. A. Moreno // Molecules. - 2014. - Vol.19, № 9. - P. 13541-13563. DOI: https://doi.org/10.3390/ molecules190913541.
  • Chemical Priming by Isothiocyanates Protects Against Intoxication by Products of the Mustard Oil Bomb / E. Ferber, J. Gerhards, M. Sauer [et al.] // Frontiers in Plant Sciense - 2020. - № 11. -P. 887. - DOI: https://doi.org/10.3389/fpls.2020.00887.
  • Cold acclimation induces freezing tolerance via antioxidative enzymes, proline metabolism and gene expression changes in two chrysanthemum species / Y. Chen, J. Jiang, Q. Chang [et al.] // Molecular Biology Reports - 2014. - № 41. - P. 815-822. - DOI: https://doi.org/10.1007/s11033-013-2921-8.
  • Demidchik, V Mechanisms of oxidative stress in plants: From classical chemistry to cell biology / V. Demidchik // Environmental and Experimental Botany. - 2015. - Vol. 109. - P. 212-228. - DOI: https:// doi.org/10.1016/j.envexpbot.2014.06.021.
  • Evaluation of the Effect of oxidative stress on roots of red beet ( Beta vulgaris L. ) / E. V. Kolesnikova, N. V Ozolina, V N. Nurminsky [et al.] // Journal of Stress Physiology & Biochemistry. - 2014. - № 4.
  • Exogenously applied isothiocyanates enhance glutathione S-transferase expression in Arabidopsis but act as herbicides at higher concentrations / H. Masakazu, Y. Yukie, T. Kyoko [et al.] // Journal of Plant Physiology. - 2010. - Vol. 167, № 8. - P. 643-649. - DOI: https://doi.org/10.1016/ j .jplph.2009.11.006.
  • Fatma, P. K. The effects of oxidative stress on phenolic composition and antioxidant metabolism in callus culture of common daisy / P. K. Fatma, S. C. Gunce, U. T. Arzu // African Journal ofTraditional, Complementary and Alternative Medicine. - 2016. - № 3. - P. 34-41. -DOI: https://doi.org/10.21010/ajtcam.v13i4.6.
  • Futrell, J. H. Development of tandem mass spectrometry: one perspective / J. H. Futrell // Int. J. of Mass Spectrom. - 2000. - № 200. - P. 495-508.
  • Hara, M. Administration of isothiocyanates enhances heat tolerance in Arabidopsis thaliana / M. Hara, A. Harazaki, K. Tabata // Plant Growth Regulation. - 2013. - Vol. 69, № 1. - P. 71-77. - DOI: https://doi.org/ 10.1007/s10725-012-9748-5.
  • Hopkins, R. J. Role of glucosinolates in insectplant relationships and multitrophic interactions / R. J. Hopkins, N. M. van Dam, J. J. A. van Loon // Annual Review of Entomology. - 2009. - № 54. -P. 57-83. - DOI: https://doi.org/10.1146/annurev.ento. 54.110807.090623.
  • Ho, T. T. Methyl Jasmonate Induced Oxidative Stress and Accumulation of Secondary Metabolites in Plant Cell and Organ Cultures / T. T. Ho, H. N. Murthy, S.Y. Park // International Journal of Molecular Sciences. - 2020. - Vol. 21, № 3. - P. 716. -DOI: https://doi.org/10.3390/ijms21030716.
  • Mazid, M. Role of secondary metabolites in defense mechanisms of plants / M. Mazid, T.A. Khan, F. Mohammad // Biology and Medicine. - 2011. -№ 3. - P. 232-249.
  • Noctor, G. The metabolomics of oxidative stress / G. Noctor, C. Lelarge-Trouverie, A. Mhamdi // Phytochemistry. - 2015. - № 112. - P. 33-53. - DOI: https://doi.org/10.1016Zj.phytochem.2014.09.002.
  • Oxidative Stress and Heavy Metals in Plants / R. Fryzova, M. Pohanka, P. Martinkova [et al.] // Reviews of Environmental Contamination and Toxicology. - 2018. - № 245. - P. 129-156. - DOI: https:// doi.org/10.1007/398_2017_7.
  • Physiology and cellular mechanisms of isothiocyanates and other glucosinolate degradation products in plants / A. M. Bones, M. Hara, J. T. Rossiter [et al.] // Frontiers in Plant Science. - 2015. - № 9. -P. 1105. - DOI: https://doi.org/ 10.3389/fpls.2015.01105.
  • Plant salt-tolerance mechanism: A review / W. Liang, X. Ma, P. Wan [et al.]. // Biochemical and Biophysical Research Communication. - 2018. - Vol. 495, № 1. - P. 286-291. - DOI: https://doi.org/10.1016/ j.bbrc.2017.11.043.
  • Tholey, A. Ionic (liquid) matrices for matrixassisted laser desorption/ionization mass spectrometry-applications and perspectives / A. Tholey E. Heinzle // Analytical Bioanalytical Chemistry. - 2006. - Vol. 386, № 1. - P. 24-37. - DOI: https://doi.org/10.1007/s00216-006-0600-5.
  • Yang, Y. Unraveling salt stress signaling in plants / Y. Yang, Y. Guo // Journaj of Integrative Plant Biology. - 2018. - Vol. 60, № 9. - P. 796-804. - DOI: https://doi.org/ 10.1111/jipb. 12689.
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp