Влияние 24-эпибрассинолида на ростовые показатели, уровень окислительного стресса и фотосинтетических пигментов ряски малой (Lemna minor L.) после воздействия тяжелых металлов

Автор: Боднарь Ирина Сергеевна, Чебан Евгения Васильевна

Статья в выпуске: 1 (35), 2020 года.

Бесплатный доступ

Одним из механизмов снижения токсического действия при избытке тяжелых металлов является продукция у растений фитогормонов брассиностероидов. Экзогенное применение 24-эпибрассинолида оказывало положительное влияние на рост и развитие различных видов растений при действии абиотических факторов. В данном исследовании изучены возможности 24-эпибрассинолида смягчать фитостресс у ряски малой при избыточном поступлении меди, кадмия, цинка, стронция. Предварительное культивирование лабораторной культуры ряски малой в среде с 24-эпибрассинолидом позволило увеличить скорость роста и снизить долю поврежденных растений в экспериментах с цинком (6.3-79 мкмоль/л), медью (12.6 мкмоль/л) и кадмием (5, 12.6 мкмоль/л). Ряд эффективности при экзогенном поступлении брассиностероида по снижению токсичности тяжелых металлов для ряски малой выглядит следующим образом: Zn > Cd > Cu > Sr. На фоне улучшения ростовых и морфометрических параметров ослабление окислительного стресса произошло только в экспериментах с высокой концентрацией стронция (1580 мкмоль/л). Уровень малонового диальдегида (МДА) у растений при совместном воздействии 24-эпибрассинолида и ионов меди был выше, чем только при добавлении металла (p ≤ 0.05). Произошло изменение содержания каротиноидов и хлорофиллов. Применение брассиностероида позволило уменьшить потери хлорофилла а и каротиноидов при действии 12.6 мкмоль/л кадмия и цинка (р ≤ 0.05). Но при отдельных концентрациях тяжелых металлов (например, 12.6 мкмоль/л меди) у предварительно обработанных 24-эпибрассинолидом растений содержание фотоассимилирующих пигментов и каротиноидов было ниже, чем у необработанных (р ≤ 0.05).

Еще

Ряска малая, 24-эпибрассинолид, тяжелые металлы, стронций, кадмий, медь, цинк, окислительный стресс

Короткий адрес: https://sciup.org/147231286

IDR: 147231286

Список литературы Влияние 24-эпибрассинолида на ростовые показатели, уровень окислительного стресса и фотосинтетических пигментов ряски малой (Lemna minor L.) после воздействия тяжелых металлов

Боднарь И. С., Чебан Е. В., Зайнуллин В. Г. Особенности воздействия ионов меди и стронция на ряску малую (Lemna minor L.) // Принципы экологии. 2018. № 2. С. 3-21.
Вернадский В. И. Живое вещество . М.: Наука, 1978. 363 с.
Елькина Г. Я. Поведение цинка в системе почва-растение в условиях европейского Северо-Востока // Агрохимия. 2009. № 11. С. 57-64.
Ефимова М. В. Физиологические механизмы повышения солеустойчивости растений Solanum tuberosum L. брассиностероидами в зависимости от способа воздействия // Механизмы устойчивости растений и микроорганизмов к неблагоприятным условиям среды: Сборник материалов Годичного собрания Общества физиологов растений России, Всероссийской научной конференции с международным участием и школы молодых ученых, Иркутск, 10-15 июля 2018 г. Иркутск: Изд-во Института географии им. В. Б. Сочавы Со РАН, 2018. Ч. I. С. 316-318.
Ефимова М. В., Савчук А. Л., Хасан Дж. А. К., Литвиновская Р. П., Хрипач В. А., Холодова В. П., Кузнецов Вл. В. Физиологические механизмы повышения солеустойчивости растений рапса брас-синостероидами // Физиология растений. 2014. Т. 61. № 6. С. 778-789.
Загоскина Н. В., Назаренко Л. В. Активные формы кислорода и антиоксидантная система растений // Вестник МГПУ. Сер.: Естественные науки. 2016. № 2. С. 9-23.
Молекулярно-генетические и биохимические методы в современной биологии растений / Под ред. Вл. В. Кузнецова, В. В. Кузнецова, Г. А. Романова. М.: БИНОМ, 2012. С. 348-349.
Тахтаджян А. Л. Жизнь растений . Т. 6. М.: Просвещение, 1982. С. 493-500.
Хрипач В. А., Жабинский В. Н., Лахвич Ф. А. Перспективы практического применения брассиносте-роидов - нового класса фитогормонов: Обзор // Сельскохозяйственная биология. Сер.: Биология растений. 1995. № 1. С. 3-11.
Цаценко Л. В., Пасхалиди В. Г. Рясковые как модельный объект в биотестировании водной и почвенной среды // Масличные культуры. Научно-технический бюллетень Всероссийского научно-исследовательского института масличных культур. 2018. Вып. 4 (176). С. 146-151.
Ashraf M., Foolad M. R. Roles of glycinebetaine and proline in improving plant abiotic stress resistance // Environmental and Experimental Botany. 2007. Vol. 59. P. 206-216.
Akram R., Natasha, Fahad S., Hashmi M. Z., Wahid A., Adnan M., Mubeen M., Khan N., Rehmani M., Awais M., Abbas M., Shahzad K., Ahmad S., Hammad H. M., Nasim W. Trends of electronic waste pollution and its impact on the global environment and ecosystem // Environmental Science and Pollution Research Serves the International. 2019. № 17. P. 16923-16938. DOI: 10.1007/s11356-019-04998-2
Ali B., Hasan S. A., Hayat S., Hayat Q., Yadav S., Fariduddin Q., Ahmad A. A. Role for brassinosteroids in the amelioration of aluminium stress through antioxidant system in mung bean (Vigna radiata L. Wilczek) // Environmental and Experimental Botany. 2008. Vol. 62. № 2. P. 153-159.
Anuradha S., Rao S. S. R. Effect of brassinosteroids on radish (Raphanus sativus L.) seedlings growing under cadmium stress // Plant, Soil and Environmental. 2007. Vol. 53. P. 465-472.
Bajguz A. Blockade of heavy metals accumulation in Chlorella vulgaris cells by 24-epibrassinolide // Plant Physiology and Biochemistry. 2000. Vol. 38. P. 797-801.
Bajguz A. Brassinosteroids and lead as stimulators of phytochelatins synthesis in Chlorella vulgaris // Journal of Plant Physiology. 2002. Vol. 159. P. 321-324.
Bajguz A., Hayat S. Effects of brassinosteroids on the plant responses to environmental stresses // Plant Physiology and Biochemistry. 2009. Vol. 47. № 6. P. 1-8.
Bajguz A., Tretyn A. The chemical characteristic and distribution of brassinosteroids in plants // Phyto-chemistry. 2003. Vol. 62. № 7. P. 1027-1046.
Baszynski T., Tukendorf A., Ruszkowska M., Skórzynska E., Maksymiec W. Characteristics of the photosynthetic apparatus of copper nontolerant spinach exposed to excess copper // Journal of Plant Physiology. 1988. Vol. 132. P. 708-713.
Breivik K., Armitage J. M., Wania F., Sweetman A. J., Jones K. C. Tracking the global distribution of persistent organic pollutants accounting for E-waste exports to developing regions // Environmental Science and Technology. 2016. Vol. 50. P. 798-805.
Cao S., Xu Q., Cao Y., Qian K., An K., Zhu Y., Binzeng H., Zhao H., Kuai B. Loss of function mutations in DET2 gene lead to an enhanced resistance to oxidative stress in Arabidopsis // Physiologia Plantarum. 2005. Vol. 123. P. 57-66.
Choudhary S. P., Yu J. Q., Yamaguchi-Shinozaki K., Shinozaki K., Tran L. S. Benefits of brassinosteroid crosstalk // Trends in Plant Science. 2012. Vol. 17. P. 594-605.
Ciscato M., Valcke R., van Loven K., Clijsters H., Navari-Izzo F. Effects of in vivo copper treatment on the photosynthetic apparatus of two Triticum durum cultivars with different stress sensitivity // Physiologia Plantarum. 1997. Vol. 100. P. 901-908.
Clouse S. D., Sasse J. M. Brassinosteroids: Essential Regulators of Plant Growth and Development // Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology. 1998. Vol. 49. P. 427-451.
De Vos C. H. R., Schat H., De Waal M. A. M., Voojis R., Ernst W. H. O. Increased resistance to copper-induced damage of the root cell plasmalemma in copper tolerant Silene cucubalus // Physiologia Plantarum. 1991. Vol. 82. P. 523-528.
Ekmekci Y., Tanyolag D., Ayhan B. Effects of cadmium on antioxidant enzyme and photosynthetic activities in leaves of two maiz cultivars // Journal of Plant Physiology. 2008. Vol. 165. P. 600-611.
Efimova M. V., Vankova R., Kusnetsov V. V., Litvinovskaya R. P., Zlobin I. E., Dobrev P., Vedenicheva N. P., Sauchuk A. L., Karnachuk R. A., Kudryakova N. V., Kuznetsov V. V. Effects of 24-epibrassinolide and green light on plastid gene transcription and cytokinin content of barley leaves // Steroids. 2017. Vol. 120. P. 32-40.
Fariduddin Q., Yusuf M., Ahmad I., Ahmad A. Brassinosteroids and their role in response of plants to abiotic stresses // Biologia Plantarum. 2014. Vol. 58. P. 9-17.
Faulkner E. B., Schwartz R. J. High peformance pigments. N. Y.: John Wiley and Sons, 2009. 516 p.
Fridman Y., Savaldi-Goldstein S. Brassinosteroids in growth control: How, when and where // Plant Science. 2013. Vol. 209. P. 24-31.
Hall J. L. Cellular mechanisms for heavy metal detoxification and tolerance // Journal of Experimental Botany. 2002. № 53. P. 1-11.
Gupta M., Cuypers A., Vangronsveld J., Clijsters H. Copper affects the enzymes of the ascorbate-glutathione cycle and its related metabolites in the roots of Phaseolus vulgaris // Physiologia Plantarum. 1999. Vol. 106. P. 262-267.
Janeczko A., Koscielniak J., Pilipowicz M., Szarek-Lukaszewska G., Skoczowski A. Protection of winter rape photosystem 2 by 24-epibrassinolide under cadmium stress // Photosynthetica. 2005. Vol. 43. P. 293-298.
Küpper H., Kroneck P. M. H. Heavy metal uptake by plants and cyanobacteria // Metal Ions in Biological Systems. 2005. Vol. 44. P. 97-144.
Lichtenthaler H. K. Chlorophylls and carotenoids: pigments of photosynthetic biomembranes // Methods in Enzymology. 1987. № 148. P. 350-382.
Lidon F. C., Henriques F. S. Limiting step in photosynthesis of rice plants treated with varying copper levels // Journal of Plant Physiology. 1991. Vol. 138. P. 115-118.
Lidon F. C., Henriques F. S. Changes in the thylakoid membrane polypeptide patterns triggered by excess Cu in rice // Photosynthetica. 1993. Vol. 28. P. 109-117.
Luna C. M., González C. A., Trippi V. S. Oxidative damage caused by excess of copper in oat leaves // Plant & Cell Physiology. 1994. Vol. 35. P. 11-15.
Mandava N. B. Plant growth-promoting brassinosteroids // Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology. 1988. Vol. 391. № 1. P. 23-52.
Marschner H. Mineral nutrition of higher plants. Academic Press, 1995. 889 p.
Miller E. K., Blum J. D., Friedland A. J. Determination of soil exchangeablecation loss and weathering rates using Sr isotopes // Nature. 1993. Vol. 362. P. 438-441.
OECD Guidelines for the testing chemicals. Lemna sp. Growth Inhibition Test. Organisation for Economic Co-operation and Development. Paris, 2006.
Pätsikkä E., Aro E.-M., Tyystjärvi E. Increase in the quantum yield of photoinhibition contributes to copper toxicity in vivo // Plant Physiology. 1998. Vol. 117. P. 619-627.
Ramakrishna B., Rao S. S. R. 24-Epibrassinolide alleviated zinc-induced oxidative stress in radish (Raphanus sativus L.) seedlings by enhancing antioxidative system // Plant Growth Regulators. 2012. Vol. 68. P. 249-259.
Rout G. R., Das P. Effect of metal toxity on plant growth and metabolism // Agronomie. 2003. Vol. 23. P. 3-11.
Saini S., Sharma I., Kaur N., Pati P. K. Auxin - a master regulator on plant root development // Plant Cell Reports. 2013. Vol. 32. № 6. P. 741-757.
Salin M. L. Toxic oxygen species and protective systems of the chloroplast // Physiologia Plantarum. 1988. Vol. 72. P. 681-689.
Shahid M., Pourrut B., Dumat C., Nadeem M., Aslam M., Pinelli E. Heavy-metal-induced reactive oxygen species: phytotoxicity and physicochemical changes in plants // Reviews Environonmental Contamination Toxicology. 2014. Vol. 232. P. 1-44.
Shahzad B., Tanveer M., Che Z., Rehman A., Alam Cheema S., Sharma A., Song H., Rehman S., Zhaorong D. Role of 24-epibrassinolide (EBL) in mediating heavy metal and pesticide induced oxidative stress in plants: A review // Ecotoxicology and Environmental Safety. 2018. Vol. 147. P. 935-944.
Siddiqui H., Hayat S., Bajguz A. Regulation of photosynthesis by brassinosteroids in plants // Acta Physiologiae Plantarum. 2018. Vol. 40 (3). P. 59.
Steinberg R. Mineral requirement of Lemna minor L. // Plant Physiol. 1946. Vol. 21. P. 42-48.
Stohs S. J., Bagchi D. Oxidative mechanisms in the toxicity of metal ions // Free Radical Biology & Medicine. 1995. Vol. 18. P. 321-336.
Urug Parlac K., Demirezen Yilmaz D. Response of antioxidant defences to Zn stress in three duckweed species // Ecotoxicology and Environmental Safety. 2012. № 85. P. 52-58.
Vidakovic-Cifrek Z., Tkalec M., Sikic S., Tolic S., Lepedus H., Pevalek-Kozlina B. Growth and photosynthetic responses of Lemna minor L. exposed to cadmium in combination with zinc or copper // Archives of Industrial Hygiene and Toxicology. 2015. Vol. 66. P. 141-152.
Wang D., Wen F., Xu C., Tang Y., Luo X. The uptake of Cs and Sr from soil to radish (Raphanus sativus L.) -potential for phytoextraction and remediation of contaminated soils // Journal of Environmental Radioactivity. 2012. Vol. 110. P. 78-83.
Xia X. J., Zhang Y., Wu J. X., Wang J. T., Zhou Y. H., Shi K., Yu Y. L., Yu J. Q. Brassinosteroids promote metabolism of pesticides in Cumcumber // Journal of agricultural and food chemistry. 2009. Vol. 57. P. 8406-8413.
Yuan Z., Luo T., Liu X., Hua H., Zhuang Y., Zhang X., Zhang L., Zhang Y., Xu W., Ren J. Tracing anthropogenic cadmium emissions: From sources to pollution // Science Total Environment. 2019. P. 87-96.
Yruela I. Copper in plants: acquisition, transport and interactions // Functional Plant Biology. 2009. Vol. 36. P. 409-430.
Zhao Y. J., Xu R. J., Luo W. H. Inhibitory effects of abscisic acid on epibrassinolide-induced senescence of detached cotyledons in cucumber seedlings // Chinese Science Bulletin. 1990. Vol. 35. P. 928-931.
Zheng G., Pemberton R., Li P. // Bioindicating potential of strontium contamination with Spanish moss Tilandsia usneoides // Journal of Environmental Radioactivity. 2016. Vol. 152. P. 23-27.

Еще

Статья научная