Влияние предпосадочной тепловой обработки на активность пероксидазы в листьях картофеля, обработанного монойдацетатом натрия

Клубни картофеля двух сортов Луговской и Лукьяновский, обработанные ингибитором дыхания монойодацетатом натрия (1 мМ), подвергали термической обработке 37, 45 °С (1 ч), после клубни высаживали в почву. На 45-е сутки вегетации определяли активность общей пероксидазы из листьев картофеля в зависимости от рН реакционной смеси. Обнаружено, что термическая обработка снижала активность пероксидазы в листьях картофеля сорта Луговской при всех значениях рН. В листьях сорта Лукьяновский не отмечалось выраженного влияния термической обработки на активность пероксидазы.

Растения подвергаются постоянным неблагоприятным воздействиям, наиболее частыми из которых являются высокие и низкие температуры и химические вещества. В процессе эволюции растения сформировали разнообразные механизмы адаптации к неблагоприятным факторам окружающей среды. Одним из первых механизмов, участвующих в защитных реакциях растений в ответ на стресс является изменение активности ферментов окислительного метаболизма (Колупаев, Карпец, 2010). К числу таких ферментов относится пероксидаза (Стаценко и др., 2008). Пероксидаза участвует в окислительно-восстановительных реакциях фотосинтеза, в процессах дыхания, метаболизме белков и регулировании роста, катаболизме фенольных соединений, в образовании супероксидного радикала, детоксикации перекиси водорода. Пероксидаза – это термостабильный фермент. Некоторые изоферменты пероксидазы после своего образования перемещаются из цитоплазмы в межклеточное пространство. Известно, что при стрессе активность пероксидазы повышается, что обеспечивает сохранение жизнеспособности клеток растений (Граскова, 2011).

Появляется все больше работ, демонстрирующих вклад пероксидазы в адаптацию и устойчивость растений (Янчевская и др., 2006; Ершова, 2007; Жуйкова, Безель, 2009; Алиева и др., 2010). Подтверждается наличие четкой корреляции между активностью фермента и степенью устойчивости растений к внешним воздействиям (Долгова, 2004; Граскова, 2011).

В последние десятилетия активно применяются различные препараты для повышения устойчивости растений и увеличения урожайности сельскохозяйственных культур. Многие из применяемых препаратов загрязняют почву. Повышается актуальность поиска агентов для обработки растений, не загрязняющих окружающую среду. В качестве потенциального препарата для обработки картофеля ранее нами был изучен монойодацетат натрия. Монойодацетата натрия - натриевая соль йодуксусной кислоты, является ингибитором ключевого фермента гликолиза триозофосфатдегидрогеназы (Досон и др., 1991), при повышении температуры до 40оС, распадается на неопасные для окружающей среды вещества – йод и уксусную кислоту (Webb, 1963). Ранее был показан бактерицидный и фунгицидный эффект 1 мМ монойодацетата (Рымарева и др., 2008), а также увеличение продуктивности картофеля сорта Луговской после предпосадочной обработки данным агентом (Перфильева, 2012). Представляет интерес взаимосвязь увеличения продуктивности картофеля с повышением устойчивости растения и увеличением активности пероксидазы в листьях. Целью исследований, представленных в настоящей работе, было изучение изменения активности пероксидазы из листьев картофеля в реакционных смесях с различной рН в зависимости от предпосадочного теплового воздействия на клубни картофеля, обработанные монойодацетатом.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

В качестве объектов были использованы клубни и листья растений картофеля ( Solanum tuberosum L.) сортов: Луговской - устойчивый к широкому кругу фитопатогенов и Лукьяновский -восприимчивый. Клубни были получены из НИИ Сельского хозяйства (п. Пивовариха, Иркутский район, Иркутская область, Российская Федерация). Сорт картофеля Луговской. Клубни розовые, глазки красные, мелкие. Мякоть белая, цветки белые. Устойчив к фитофторозу. Среднеустойчив к вирусным болезням, ризоктониозу и парше обыкновенной. Восприимчив к чёрной ножке (Симаков и др., 2010). Сорт картофеля Лукьяновский. Клубни овальные, белые, крупные, мякоть светложёлтая. Цветки белые. Отличается устойчивостью к картофельной нематоде, мало устойчив к вирусным болезням. Данный сорт устойчив к фитофторе (Симаков и др., 2010).

Клубни картофеля обрабатывали 1 мМ монойодацетата натрия, затем подвергали термической обработке (26°С – контроль; 37°С – температура теплового закаливания; 45°С – температура теплового повреждения) в течение 1 ч в воздушном термостате.

Для полевого эксперимента обработанные клубни высаживали в почву на участке, расположенном на территории опытной станции СИФИБР СО РАН, растения выращивались в естественных климатических условиях с периодической прополкой и окучиванием. Варианты режимов обработки клубней были следующими: Лукьяновский 26°С (контроль), Лукьяновский 37°С, Лукьяновский 45°С, Луговской 26°С (контроль), Луговской 37°С, Луговской 45°С.

Для измерения активности пероксидазы, в середине срока вегетации картофеля (45 суток) отбирали листья со среднего яруса растений. Активность общей гваяколзависимой пероксидазы определяли согласно стандартной методике Бояркина (1951).

Полученные результаты были статистически обработаны с использованием пакета программ Microsoft Excel. Приведены средние арифметические значения и стандартные отклонения.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

В настоящей работе было исследовано изменение активности пероксидазы листьев полевых растений картофеля, подверженных предпосадочной обработке монойодацетатом натрия и повышенной температурой в диапазоне рН реакционной смеси от 5,0 до 7,0 (рис. 1, 2).

Анализируя графики на рисунке 1, можно заключить, что предпосадочная тепловая обработка клубней картофеля устойчивого сорта Луговской, предварительно обработанных монойодацетатом натрия, приводила к снижению активности пероксидазы на 25% по сравнению с контролем при рН 5. Максимальное снижение активности фермента практически в 2 раза было зафиксировано при рН 6,4. При тепловом воздействии 37°С и при 45°С активность оказалась практически одинаковой. Интерес представляет различная активность пероксидазы при рН 6,6 и 6,8. Так в варианте обработки 45°С активность была выше по сравнению с вариантом 37°С, что может быть связано с различной интенсивностью температурного воздействия. Известно, что для большинства растений температура 37°С относится к закаливающим температурам, при которых в растении повышается содержание макромолекул, выполняющих защитную для растения функцию (Титов и др., 2006) Температура 45°С является повреждающей для большинства видов растений (Титов и др., 2006), что свидетельствует о более интенсивной стрессовой нагрузке на растительный организм и может выражаться в некотором повышении активности пероксидазы.

Графики, представленные на рисунке 2

демонстрируют отсутствие значительного влияния предпосадочной температурной обработки клубней на активность пероксидазы в листьях картофеля восприимчивого сорта Лукьяновский. В то же время, активность пероксидазы при рН 5 различалась термообработка снижала активность пероксидазы приблизительно на 30% по сравнению с контролем для варианта обработки 45°С и на 15 % для 37°С. Наблюдаемый пик активности пероксидазы при рН 6,4 в контроле также снижался в эксперименте на 35%. Эти данные согласуются с результатами по влиянию предпосадочной термической обработки клубней устойчивого сорта Луговской (рис. 1).

В то же время, термообработка клубней у сорта Лукъяновский, обработанных монойодацетатом натрия, не приводила к уменьшению активности фермента при значениях рН 6,2, а даже, наоборот, некоторому его увеличению, что может объясняться предположительным накоплением изоформы пероксидазы с активностью в соответствующем диапазоне рН.

Рисунок 1: Активность общей пероксидазы из листьев картофеля сорта Луговской, выращенного из клубней, обработанных монойодацетатом и температурой, в зависимости от рН реакционной смеси.

1 – 26°С; 2 – 37 °С; 3 – 45 °С

Рисунок 2: Активность общей пероксидазы из листьев картофеля сорта Лукьяновский, выращенного из клубней, обработанных монойодацетатом и температурой, в зависимости от рН реакционной смеси.

1 – 26°С; 2 – 37 °С; 3 – 45 °С.

Таким образом, можно заключить, что пероксидазы листьев картофеля устойчивого

термообработка

понижает активность

сорта Луговской в большей степени по

сравнению с восприимчивым сортом. Наблюдаемое      снижение      активности пероксидазы листьев картофеля справедливо только для гваяколзависимой пероксидазы. Возможно, в результате теплового воздействия на клубни изменяется изоферментный состав фермента в листьях картофеля. Можно предположить, что это может быть следствием включения других защитных программ в растительном организме, например повышения синтеза защитных белков. Отмечаемое понижение может быть связано с общим количеством молекул данного фермента и объясняться ограниченным пулом аминокислот в клетках и имеющийся АТФ. Также это может быть связано и с тем, что наблюдаемая реакция является системной, так как обработке подвергались клубни, а анализировался фермент листьев.