Ответные реакции Elodea canadensis на действие ионов кадмия и цинка

Ответные реакции Elodea canadensis на действие ионов кадмия и цинка

Автор: Малева Мария Георгиевна, Чукина Надежда Владимировна, Борисова Галина Григорьевна, Седяева Ольга Викторовна, Паниковская Ксения Александровна

Журнал: Ученые записки Петрозаводского государственного университета @uchzap-petrsu

Рубрика: Физико-химическая биология

Статья в выпуске: 3 (172), 2018 года.

Бесплатный доступ

В модельных системах изучены ответные реакции погруженного макрофита (Elodea canadensis Michx.) на действие двух металлов - токсичного (кадмия) и биогенного (цинка). Было исследовано раздельное и совместное влияние сублетальной концентрации Cd2+ (100 мкмоль) и умеренной концентрации Zn2+ (50 мкмоль) на их аккумуляцию, содержание фотосинтетических пигментов и антиоксидантные реакции в листьях E. canadensis. Изучена роль цинка в противодействии токсическим эффектам кадмия. При инкубировании элодеи в среде с Cd2+ его содержание в листьях возрастало в 780 раз по сравнению с контролем. Инкубирование с Zn2+ увеличивало его накопление в 23 раза. Совместное добавление металлов снижало аккумуляцию цинка в 1,6 раза, в то время как кадмия - в 1,4 раза. Ионы кадмия вызывали уменьшение количества фотосинтетических пигментов, антоцианов, растворимого белка, а также активности каталазы, в то время как активность супероксиддисмутазы и содержание растворимых белковых тиолов (в расчете на белок) повышались. Ионы цинка вызывали деградацию хлорофиллов, однако стимулировали синтез каротиноидов и антоцианов в листьях E. canadensis. Добавление цинка в среду с кадмием ослабляло токсические эффекты последнего. Вероятно, это обусловлено ингибированием поглощения Cd2+ в присутствии Zn2+, а также способностью этого биогенного металла препятствовать окислению биомолекул и образованию активных форм кислорода.

Еще

Кадмий, цинк, взаимодействие ионов, аккумуляция, токсичность, фотосинтетические пигменты, антиоксидантная система

Короткий адрес: https://sciup.org/14751309

IDR: 14751309   |   DOI: 10.15393/uchz.art.2018.135

Список литературы Ответные реакции Elodea canadensis на действие ионов кадмия и цинка

  • Кошкин Е. И. Физиология устойчивости сельскохозяйственных культур. М.: Дрофа, 2010. 638 с.
  • Малева М. Г., Чукина Н. В., Борисова Г. Г. Взаимное действие ионов кадмия и марганца на погруженные макрофиты (на примере элодеи канадской)//Водное хозяйство России. 2016. № 3. С. 82-91.
  • Методы оценки антиоксидантного статуса растений: Учебно-метод. пособие/Г. Г. Борисова и др.; Отв. ред. Н. В. Чукина. Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2012. 72 с.
  • Титов А. Ф., Таланова В. В., Казнина Н. М., Лайдинен Г. Ф. Устойчивость растений к тяжелым металлам. Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 2007. 172 с.
  • Aravind P., Prasad M. N. V. Zinc alleviates cadmium-induced oxidative stress in Ceratophyllum demersum L.: a free floating freshwater macrophyte. Plant Physiol. Biochem. 2003. Vol. 41. P. 391-397 DOI: 10.1016/S0981-9428(03)00035-4
  • Aravind P., Prasad M. N. V. Cadmium-zinc interactions in hydroponic system using Ceratophyllum demersum: adaptive plant ecophysiology, biochemistry and molecular toxicology. Braz. J. Plant Physiol. 2005. Vol. 17. No 1. P. 3-20. DOI: 10.1590/S1677-04202005000100002.
  • Aravind P., Prasad M. N. V., Malec P., Waloszek A., Strzalka K. Zinc protects Ceratophyllum demersum L. (free-floating hydrophyte) against reactive oxygen species induced by cadmium. J. Trace Elem. Med. Biol. 2009. Vol. 23. P. 50-60 DOI: 10.1016/j.jtemb.2008.10.002
  • Borisova G., Chukina N., Maleva M., Kumar A., Prasad M. N. V. Thiols as biomarkers of heavy metal tolerance in the aquatic macrophytes of Middle Urals, Russia. Int. J. Phytorem. 2016. Vol. 18. No 10. P 1037-1045 DOI: 10.1080/15226514.2016.1183572
  • Chaoui A., Mazhoudi S., Ghorbal M. H., Ferjani E. E. Cadmium and zinc induction of lipid peroxidation and effects on antioxidant enzyme activities in bean (Phaseolus vulgaris L.). Plant Sci. 1997. Vol. 127. P. 139-147 DOI: 10.1016/S0168-9452(97)00115-5
  • Cobbet C. S., Goldsbrough P. Phytochelatins and metallothioneins: roles in heavy metal detoxification and homeostasis. Annu. Rev. Plant Physiol. 2002. Vol. 53. P. 159-182. DOI:10.1146/annurev.arplant.53.100301.135154.
  • Edge R., McGarvey D. J., Truscott T. G. The carotenoids as antioxidants -a review. Photochem. Photobiol. Ser. Biol. 1997. Vol. 41. P. 189-200.
  • Gratao P. L, Polle A. Making life of heavy metal-stressed plants a little easier. Functional Plant Biol. 2005. Vol. 32. P. 481-494.
  • Hou W., Chen Х., Song G., Wang Q., Chang C. Effects of copper and cadmium on heavy metal polluted waterbody restoration by duckweed (Lemna minor). Plant Physiol. Biochem. 2007. Vol. 45. No 1. P. 62-69.
  • Kabata-Pendias A., Pendias H. Trace elements in soil and plants. Boca Raton, CRC Press, 2001. 403 p.
  • Krupa Z., Baranowska M., Orzol D. Can anthocyanins be considered as heavy metal stress indicator in higher plants? Acta Physiol. Plant. 1996. Vol. 18. No 2. P. 147-151.
  • Landi M., Tattini M., Gould K. S. Multiple functional roles of anthocyanins in plant-environment interactions. Environ. Experiment. Bot. 2015. Vol. 119. P. 4-17 DOI: 10.1016%2Fj.envexpbot.2015.05.012
  • Lichtenthaler H. Chlorophylls and carotenoids: pigments of photosynthetic membranes. Meth. Enzymol. 1987. Vol. 148. P. 350-382. D0I:10.1016/0076-6879(87)48036-1.
  • Malec P., Maleva M., Prasad M. N. V., Strzalka K. Responses of Lemna trisulca L. (Duckweed) exposed to low doses of cadmium: thiols, metal binding complexes, and photosynthetic pigments as sensitive biomarkers of ecotoxicity. Protoplasma. 2010. Vol. 240. P. 69-74 DOI: 10.1007/s00709-009-0091-2
  • Marschner H. Mineral nutrition of higher plants. Second edition. London, Academic Press, 1995. 889 p.
  • Mishra S., Tripathi R. D., Srivastava S., Dwivedi S., Trivedi P. K., Dhankher O. P., Khare A. Thiol metabolism play significant role during cadmium detoxification by Ceratophyllum demersum L. Bioresource Technol. 2009. Vol. 100. P. 2155-2161.
  • Nadia A. A., Pilar M. B., Ater M. Tolerance and bioaccumulation of cadmium by Phragmites australis grown in the presence of elevated concentrations of cadmium, copper, and zinc. Aquat. Bot. 2004. Vol. 80. P. 163-167.
  • Nazar R., Igbal N., Masood A., Khan R., Syeed S., Khan N. A. Cadmium toxicity in plants and role of mineral nutrients in its alleviation. American J. Plant Sci. 2012. Vol. 3. P. 1476-1489 DOI: 10.4236/ajps.2012.310178
  • Ouzounidou G., Moustakas M., Eleftheriou E. P. Physiological and ultrastructural effects of cadmium on wheat (Triticum aestivum L.) leaves. Environ. Contamin. Toxicol. 1997. Vol. 32. No 2. P. 154-160.
  • Posmyk M. M. Janas K. M., Kontek R. Red cabbage anthocyanin extract alleviates copper-induced cytological disturbances in plant meristematic tissue and human lymphocytes. BioMetals. 2009. Vol. 22. P. 479-490 DOI: 10.1007/s10534-009-9205-8
  • Seregin I. V., Ivanov V. B. Physiological aspects of cadmium and lead toxic effects on higher plants. Russ. J. Plant Physiol. 2001. Vol. 48. No 4. P. 523-544.
  • Upadhyay R. K. Metal stress in plants: its detoxification in natural environment. Braz. J. Bot. 2014. Vol. 37. P. 377-382.
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp