Реакция антиоксидантной системы и интенсивность перекисного окисления липидов Prunus cerasus L. в ответ на действие гипертермии

Введение. Растительные организмы в естественных условиях среды обитания постоянно подвергаются негативному воздействию экологических факторов, от которых во многом зависит реализация генетической программы. Под воздействием стресса за счет образования активных форм кислорода (^ФК) отмечается активация свободно-радикального и перекисного окисления липидов (ПОЛ), что приводит к увеличению проницаемости мембран, изменению взаимодействия ме^ду липидами, комплементарными цепями нуклеиновых кислот, белками, гормонами и рецепторами [1-3]. К активным формам кислорода, которые образуются в электрон-транспортных путях митохондрий и хлоропластов, в пероксисомах и глиоксисомах относят: перекись водорода (H 2 O 2 ), супероксидрадикал (H 3 O⁺), синглетный кислород (O 2 ^*), гидроксил-радикал (OH^-). Основными продуктами ПОЛ являются диеновые конъюгаты, гидроперекиси, малоновый диальдегид. Главная опасность перекисного окисления липидов заключается в том, что агрессивные липидные перекиси легко могут превращаться в новые радикалы, количество которых способно возрастать в геометрической прогрессии и вызывать структурнофункциональные повре^дения клетки и да^е ее гибель.

С другой стороны, под воздействием стресса индуцируются стресс-защитные адаптивные механизмы, которые связаны с синтезом белков теплового шока, накоплением стрессовых гормонов, антиоксидантов, осмолитов и других защитных соединений.

Ограничение процессов окисления и поддер^ания структурнофункционального состояния мембранных липидов осуществляется за счет работы антиоксидантной системы защиты, состоящей из низко- и высокомолекулярных соединений. К группе низкомолекулярных антиоксидантов относят: дигоксин, каротиноиды, аскорбиновую кислоту, гидрохинон, мочевую кислоту, полиамины, глутатион, пролин, витамин Е, селен и др. [4, 5]. В комплекс высокомолекулярной системы антиоксидантной системы защиты входят ферменты: каталаза, пероксидаза, супероксиддисмутаза, глутатионпероксидаза, глутатионредуктаза и др. [6-9].

Как правило, растения, различающиеся по устойчивости, на стрессовые воздействия реагируют однотипно, но отличаются по скорости физиологических и структурных перестроек [10]. Разный уровень устойчивости обусловлен биологическими особенностями видов или сортов. Повышение устойчивости к экологическим стрессам часто коррелирует с эффективностью работы антиоксидантной системы и напря^енностью перекисного окисления мембранных липидов.

В связи с этим для функциональной диагностики устойчивости сортов культурных растений целесообразно в период действия стрессового фактора вести мониторинг уровня активных форм кислорода на примере перекиси водорода, активности некоторых компонентов антиоксидантной системы – каталазы, содер^ание пролина, а так^е количества продуктов перекисного окисления липидов – малонового диальдегида.

Цель работы состояла в проведении оценки устойчивости генотипов вишни к гипертермии на основе активности антиоксидантной системы защиты и интенсивности процессов ПОЛ.

Услови^, материалы и мето^ы. Исследования проводили на базе лаборатории физиологии устойчивости плодовых растений ФГБНУ ВНИИСПК.

Объектами исследований слу^или листья растений вишни сорта Прощальная, Подарок учителям, Новелла (генетическая коллекция ФГБНУ ВНИИСПК). Варианты опыта включали в себя: Контроль – изолированные листья растений в емкости с водой при нормальных условиях; Гипертермия – листья растений в емкости с водой в условиях действия высокой температуры 50ºС. Время экспозиции 1 ч.

О работе антиоксидантной системы судили по количеству накопления в листьях пролина, определение которого проводилось с помощью нингидринового реактива [11], определение активности каталазы – на основе учета количества кислорода, выделяющегося в результате разло^ения перекиси водорода ферментом [12]. ^нализ продуктов перекисного окисления липидов – малонового диальдегида (МД^) оценивали по реакции взаимодействия с тиобарбитуровой кислотой [13], количество перекиси водорода – по реакции с тетрахлористым титaном [14]. ^нализы проводили в 5 – кратной биологической повторности. Достоверность результатов оценивали по стандартным методикам с использованием программ EXCEL.

Результаты и обсу^^ени^. Показано, что под влиянием стрессовых условий в листьях растений вишни отмечается рaзвитие перекисного окисления липидов, которое определяли по содер^анию мaлонового диальдегида. Более низким уровнем развития процессов окисления липидов, а, следовательно, и меньшим нарушением структурно-функционального состояния клеток, характеризовался сорт вишни Hовелла. В данном сорте увеличение содер^ания МД^ под воздействием гипертермии увеличилось нa 11% по отношению к контролю, тогда как в листьях Прощальной и Подарка учителям уровень мaлонового диальдегида повышался на 39 и 59% (рис. 1).

учителям

■ контроль ■ гипертермия

Рисунок 1 – Bлияниe гипертермии на содер^ание МД^ в листьях вишни

Интенсификация перекисного окисления липидов под влиянием стресса, по-видимому, связана с высоким уровнем образования активных форм кислорода, о содер^ании которых судили по пероксиду водорода, участвующему в окислении мембранных липидов (рис. 2). При этом в сортах с повышенным уровнем образования H 2 O 2 под действием стресса пропорционально увеличивалось и количество МД^ (коэффициент корреляции 0,9). Так под влиянием гипертермии у Прощальной и Подарка учителям содер^ание перекиси водорода увеличилось на 36 и 50%, тогда как у Hовеллы на 19%.

■ контроль ■ гипертермия

Рисунок 2 – Bлияние гипертермии на содер^ание перекиси водорода в листьях вишни

Определение степени влияния факторов летнего стресса на уровень свободного пролина показало, что у Hовеллы накопление данной аминокислоты протекало менее интенсивно, чем у остальных сортов. Так, в варианте гипертермия у Hовеллы количество свободного пролина увеличилось на 23%, тогда как у Прощальной и Подарка учителям на 41 и 56% относительно контроля (рис. 3).

Существенное накопление пролина у Подарка учителям и Прощальной в неблагоприятных условиях мо^ет свидетельствовать о более сильном «шоковом» состоянии растений, тогда как сорт вишни Hовелла, по-видимому, еще не достиг порога стресса.

■ контроль ■ гипертермия

Рисунок 3 – Bлияние гипертермии на содер^ание свободного пролина в листьях вишни

Как правило, пролин накапливается под воздействием стресса, для нейтрализации активных форм кислорода. Одна из причин его накопления – это недостаточная активность ферментных систем [15]. B связи с этим, чем интенсивней он накапливается, тем сильнее влияние стресса на растение. Тем не менее, определение каталазы, фермента утилизирующего перекись водорода, показало значительное увеличение ее активности у Прощальной и Подарка учителям (в 1,45 и 1,87 раза против контроля, соответственно), тогда как у Hовеллы в 1,25 раза (рис. 4).

учителям

■ контроль ■ гипертермия

Рисунок 4 – Bлияние гипертермии на содер^ание каталазы в листьях вишни

Выво^ы. Таким образом, гипертермия способствовала значительному увеличению содер^ания ^ФК у сортов Прощальная и Подарок учителям, что в значительной мере инициировало процесс ПОЛ мембранных липидов на фоне увеличения содер^ания пролина и активности каталазы. Сорт вишни Hовелла проявил большую устойчивость к действию высокой температуры. Определение степени напря^ённости перекисного окисления липидов и активности компонентов антиоксидантной системы в ответ на искусственно-моделированное воздействие гипертермией могут являться маркерными признаками стрессоустойчивости сортов вишни.