Реакция некоторых антиоксидантов проростков ячменя на кислотный дождь и виброзвуковое воздействие

В иброакустическое воздействие и рост кислотности атмосферных осадков - одни из основных проблем современности. Термином «кислотные дожди» называют все виды метеорологических осадков - дождь, снег, дождь со снегом, град, туман, - рН которых меньше, чем среднее значение рН дождевой воды (рН 5,6) [2]. Шумовое (акустическое) и динамическое (вибрационное) воздействия являются результатом колебания тел, передаваемого непосредственно или через газообразные, жидкие и твердые среды (опосредованно). Основным источником таких воздействий является автомобильный (за последние 100 лет количество автомобилей возросло более чем в 1000 раз) [1] и железнодорожный транспорт, а также воздушный транспорт, промышленные предприятия, строительные машины и механизмы. В связи ростом техногенной нагрузки на живые организмы особенно актуальным является изучение механизмов их адаптации к неблагоприятным факторам среды. Известно, что растения обладают разными системами защиты от негативного воздействия окружающей среды: увеличивается содержание таких антиоксидантов, как аскорбиновая кислота (АК), рутин, флавоны, поли-фенольные соединения [11-13, 15, 18]. Однако до сих пор механизмы функционирования систем антиокислителей у растений изучены недостаточно. Данные по влиянию кислотного дождя и виб-роакустического воздействия на растения малочисленны. Целью данного исследования явилось изучение действия МКД и виброзвука на содержание антиоксидантов (аскорбиновой кислоты, рутина, каротиноидов и антоциановых пигментов) в онтогенезе растений.

В качестве объекта исследования использовались первые листья 5-10 - дневных проростков ячменя обыкновенного ( Hordeum vulgare L.) сорта Роланд, выращенные на свету интенсивностью 5 Дж/м² - с в установке ТКШ - 1 ФЛОРА. Расте-

ния подвергались обработке МКД с pH=1,8. В состав раствора модели входили 1%-ые растворы серной, соляной и азотной кислот [17]. Первая группа растений обрабатывалась МКД только на 5 сутки (перед анализом и спустя два часа). Вторая - ежедневно с появления первых всходов в течение 10 суток перед анализом и через два часа. Виброзвук создавался аппаратом «Витафон» ТУ - 9444 - 003 - 33159359 - 95 в режиме 1 при амплитуде микровибрации 2,8 - 5,4 мкм с частотой 30 - 60 Гц. Аппарат контактным способом возбуждает микровибрацию тканей посредством непрерывно меняющейся частоты. Изменение частоты в заданных пределах и переход с одного диапазона на другой происходит автоматически по программе. Количество аскорбиновой (АК), дегидроаскорбиновой (ДАК) и дикетогулоновой (ДКГК) кислот определяли колориметрически [9], содержание аскорбиновой кислоты и рутина -титрометрически [10], антоциановые пигменты [7] и каротиноиды [10] - спектрофотометрически. Опыты проводили в двух биологических повторностях и воспроизводились 2-6 раз. Полученные данные обработаны статистически методом парных сравнений и представлены в виде средних арифметических значений.

В ходе исследования влияния однократной обработки МКД на содержание некоторых антиоксидантов в проростках ячменя обыкновенного было показано, что уровень АК был выше в опытных вариантах и максимальный пул наблюдался у 10-дневных проростков (рис. 1). Самое высокое содержание АК отмечено в листьях растений первой опытной группы. Это свидетельствует о том, что защитные реакции растений при действии на них стрессора МКД происходят очень быстро (в течение минут) и протекают на уровне активации антиоксиданта АК [14].

Эндогенный уровень антоцианов был также выше у опытных групп (рис. 2). Ответная реакция растений на действие МКД была сильнее через два часа при повторном поливе, чем в первые минуты воздействия. Антоциановая индукция, возможно, способствует постепенной адаптации растительных организмов к тем или иным стрессовым условиям [6].

мкг\г

Рис. 1. Влияние однократной обработки модельным кислотным дожд ё м (рН 1,8) на содержание АК (мкг/г) в листьях проростков ячменя обыкновенного

мг\г

после полива через 2 часа контроль

Рис. 2. Влияние однократной обработки модельным кислотным дожд ё м (рН 1,8) на содержание антоцианов (мг/г) в листьях проростков ячменя обыкновенного

Возраст, сутки

мг/г

1,8

1,6

1,4

1,2

0,8

0,6

сразу после полива через 2 часа контроль

Возраст, сутки

8            9            10

Рис. 3. Влияние однократной обработки модельным кислотным дожд ё м (рН 1,8) на содержание каротиноидов (мг/г) в листьях проростков ячменя обыкновенного

В ходе исследования влияния однократной обработки МКД на содержание каротиноидов в проростках ячменя обыкновенного было показано (рис. 3), что их уровень в опытном варианте в 2 раза превосходил контрольный в первые минуты после полива и в 1,5 раза при повторном воздействии МКД спустя два часа. Повышенное содержание каротиноидов, вероятно, объясняется их участием в механизмах защиты фотосинтетического аппарата от различных повреждающих факторов окружающей среды [8, 16]. Аналогичная закономерность отмечена и в накоплении рутина.

В ходе исследования влияния ежедневной обработки МКД на содержание антоцианов в проростках ячменя обыкновенного было показано (рис. 4), что их уровень в опытных вариантах был ниже контрольного с максимальной разницей на 10-е сутки (в 3,5 раза). Полученные данные по влиянию многократной обработки МКД на другие антиоксиданты (АК, рутин и каротиноиды) неоднозначны и требуют дальнейшего анализа.

Таким образом, однократная обработка растений модельным кислотным дождём повышает содержание исследуемых антиоксидантов (аскорбиновой кислоты, рутина, антоцианов, каротиноидов) в проростках ячменя обыкновенного, а ежедневное воздействие МКД снижает уровень антоциановых пигментов.

При изучении влияния виброзвука с частотой 30-60 Гц с амплитудой микровибрации 2,8-5,4 мкм на содержание кислот системы аскорбата в листьях ячменя было показано, что экспозиции 0,5, 1 и 5 мин снижали содержание АК, ДАК, ДКГК и оно было в среднем ниже контрольного в 1,2 раза (рис. 5), 30-минутное виброакустиче-ское воздействие стимулировало накопление АК у ячменя, причем, повышение уровня восстановленной формы АК (в 1,3 раза по отношению к контролю) сопровождалось увеличением ее окисленных форм (ДАК — в 1,5 и ДКГК — в 1,6 раза) (рис. 6), что указывает на одновременно идущие процессы биосинтеза и использования АК. Известно, что неблагоприятные факторы, а в данном случае это 30-минутная виброзвуковая обработка, способны вызвать у растений окислительный стресс [3, 5], который, возможно, и привел к увеличению пула таких антиоксидантов, как аскорбиновая кислота.

мг/г

5              6              7             8             9              10

Рис. 4. Влияние ежедневной обработки модельным кислотным дожд ё м (рН 1,8) на содержание антоцианов (мг/г) в листьях проростков ячменя обыкновенного

Таким образом, виброзвук с частотой 30-60 Гц и экспозицией 30 мин повышал новообразование восстановленной формы аскорбиновой кислоты, а также ее использование в защитных реакциях растений, о чем свидетельствовал рост окисленных форм — дегидроаскорбиновой и дикетогуло-новой кислот.

В ходе исследований влияния виброзвука на содержание рутина в листьях ячменя было показано, что экспозиции 0,5-15 мин снижали уровень рутина в среднем в 1,2 раза, в то время как при 20-30-минутном воздействии виброзвуком количество рутина в опытном варианте в 1,3 раза превосходило контроль (рис. 7). Это могло быть обусловлено окислительно-восстановительной функцией данного соединения, которая связана с другими окислительно — восстановительными системами, а именно системой кислот аскорбата [4].

ДКГК (опыт)                  ДКГК (контроль)ДАК (опыт)                   ДАК (контроль)АК (опыт)                      АК (контроль)

мкг/г 15

0,5                          1                           5

Рис. 5. Влияние виброзвука (частота 30-60 Гц, амплитуда 2,8-5,4 мкм) на содержание АК, ДАК и ДКГК (мкг/г) в листьях проростков ячменя обыкновенного. Экспозиция - 0,5 - 5 мин.

Рис. 6. Влияние виброзвука (частота 30-60 Гц, амплитуда 2,8-5,4 мкм) на содержание АК, ДАК и ДКГК (мкг/г) в листьях проростков ячменя обыкновенного. Экспозиция — 30 мин.

Рис. 7. Влияние виброзвука (частота 30-60 Гц, амплитуда 2,8-5,4 мкм) на содержание рутина (мкг/г) в листьях проростков ячменя обыкновенного. Экспозиция - 0,5-30 мин

Таким образом, виброзвуковая обработка с частотой 30-60 Гц с амплитудой микровибрации

2,8-5,4 мкм в течение 0,5, 1 и 5 мин снижает содержание АК, ДАК, ДКГК, а 0,5 — 15 мин экспозиции — и уровень рутина в проростках ячменя. С увеличением времени виброзвукового действия от 20- 30 минут количество рутина повышается, а 30-минутное воздействие стимулирует также накопление кислот системы аскорбата.

Следовательно, механизм адаптации опытного растения ячменя обыкновенного к стрессу, который мог быть вызван модельным кислотным дождем и виброзвуковым воздействием, проявляется в активном синтезе антиоксидантов и одновременном их использовании на детоксикацию продуктов окислительного стресса.