Научные статьи \ Математика. Естественные науки \ Ботаника \ Общая ботаника \ Экология растений. Этология. Растение и окружающая среда

Влияние сроков и условий хранения на активность некоторых оксидоредуктаз семян сои

Автор: Выскварка Г.С., Семенова Е.А., Селихова О.А., Тихончук П.В.

Журнал: Вестник Красноярского государственного аграрного университета @vestnik-kgau

Рубрика: Растениеводство

Статья в выпуске: 11, 2014 года.

Бесплатный доступ

В статье рассматривается процесс хранения семян сои в условиях типового склада и лаборатории, влияющий на снижение активности пероксидазы и каталазы. По данным авторов, корреляционная зависимость между посевными качествами семян сои, их интенсивностью дыхания и активностью ферментов положительная средней силы.

Соя, семена, пероксидаза, каталаза, энергия прорастания, лабораторная всхожесть, интенсивность дыхания

Короткий адрес: https://sciup.org/14083398

IDR: 14083398 | УДК: 581.5:581.19:633.34

Текст научной статьи Влияние сроков и условий хранения на активность некоторых оксидоредуктаз семян сои

При хранении семена стареют, теряют качество и жизнеспособность. Ухудшение качества семян при хранении может быть обусловлено нарушениями в различных процессах и структурах, но чаще всего связано с комплексом изменений, таких, как снижение активности ферментов, истощение запасов питательных веществ, деградация клеточных структур, накопление токсичных продуктов обмена [1].

Старение семян сопровождается ингибированием энергетических процессов, главным образом, дыхания [8]. Интенсивность дыхания обусловлена деятельностью многих ферментов, среди которых важную роль в совершении аэробного окисления играют пероксидаза и каталаза. Состояние ферментных систем, участвующих в процессе дыхания, является важнейшим показателем жизнеспособности семян растений.

В связи с этим изучение изменений посевных качеств, интенсивности дыхания и установление корреляции этих показателей с активностью ферментов, участвующих в процессах дыхания, имеет большое теоретическое и практическое значение для познания биохимических процессов, протекающих в семенах, выявления причин потери ими жизнеспособности и выборе оптимальных условий хранения.

Цель исследований . Определение активности ферментов (пероксидазы и каталазы) и установление взаимосвязи с посевными качествами и интенсивностью дыхания семян культурной и дикорастущей сои при длительном хранении в условиях типового склада и лаборатории.

Объекты и методы исследований . Исследования проводили на семенах культурной сои (G. max.) сортов Соната, Лидия, Даурия, Гармония и дикорастущей сои (G. soja) форма КА-1344.

Семена хранили в течение четырех лет (2007–2011 гг.) в условиях типового склада (максимальная температура воздуха в летний период составляла +35оС, минимальная в зимний период – 33оС) и лаборатории (температура воздуха 18–22оС, влажность воздуха 60–70 %). Периодичность отбора проб семян – 1 раз в полгода. В ходе исследований оценивали энергию прорастания и лабораторную всхожесть [3], интенсивность дыхания [9], активность пероксидазы определяли по методу Бояркина [7], каталазы – газометрическим способом [7], белок – методом Лоури [12]. Удельную активность ферментов выражали в единицах активности на 1 мг белка. Дисперсионный и корреляционный анализы проводили с применением программы Microsoft Office Excel, 2007 по формулам, представленным Б.А. Доспеховым [5]. Доверительная вероятность исследований составляет 0,95 при уровне значимости 0,05.

Результаты исследований и их обсуждение . Литературные данные о взаимосвязи активности пероксидазы и каталазы с посевными качествами семян противоречивы. Так, в ряде работ установлена хорошо выраженная корреляция между активностью каталазы и показателями всхожести семян. Мак Харг сообщил, что ему удалось выявить корреляцию между активностью пероксидазы и жизнеспособностью семян у 20 видов растений [1]. В то же время исследования Т.Е. Савчука [11] показали, что активность каталазы не коррелирует с уровнем всхожести зерна ячменя.

Результаты наших исследований представлены в табл. 1–2. Как видно из приведенных данных, наибольшей активностью пероксидазы и каталазы обладали семена дикорастущей сои, наименьшей активностью пероксидазы – семена сорта Гармония, самую низкую активность каталазы имели семена сорта Даурия. Энергия прорастания исходных семян составляла 89–95 %, лабораторная всхожесть – 93–98 %.

Таблица 1

Изменение физиолого-биохимических показателей в семенах сои при хранении в складе, 2007-2011 гг.

Срок хранения, мес.	Энергия прорастания, %	Всхожесть, %	Интенсив. дыхания, мг СО 2 /г*ч	Удельная активность
Срок хранения, мес.	Энергия прорастания, %	Всхожесть, %	Интенсив. дыхания, мг СО 2 /г*ч	пероксидазы, ед/мг белка	каталазы, ед/мг белка*10^-3
1	2	3	4	5	6
Сорт Лидия
0	93 ± 0,67	98 ± 0,58	2,11 ±0,02	110 ± 6	51 ± 1
6	94 ±0,33	100 ±0,58	3,19 ±0,01	162 ± 6	28 ± 2
12	91 ± 0,88	97 ± 0,58	0,92 ±0,01	78 ± 3	53 ± 1
18	96 ± 1,73	96 ± 0,88	1,66 ±0,02	24 ± 1	35 ± 2
24	94 ± 1,73	95 ± 0,67	0,66 ±0,01	9 ± 0,2	60 ± 2
30	89 ± 1,15	93 ± 0,88	1,32 ±0,01	9 ± 0,5	42 ± 1
36	88 ±0,88	91 ± 0,88	0,54 ±0,01	4 ± 0,6	21 ± 1
42	81 ± 0,88	88 ± 0,88	1,06 ±0,03	3 ± 0,04	26 ± 3
48	66 ± 1,45	73 ± 0,58	0,49 ±0,02	1 ± 0,06	14 ± 1

Окончание табл.1

1 1	2	3 1	4 1	⁵ 1	6
Сорт Соната
0	90 ± 1,45	97 ± 0,88	1,81 ±0,02	106 ± 5	64 ± 3
6	94 ± 1,45	99 ± 0,33	2,25 ±0,02	92 ± 2	46 ± 2
12	90 ± 1,33	96 ± 0,88	0,84 ±0,03	80 ± 2	47 ± 1
18	92 ± 0,67	97 ± 0,88	2,11 ±0,02	16 ± 0,3	31 ± 3
24	91 ± 0,33	95 ± 1,15	0,72 ±0,02	11 ± 0,3	37 ± 1
30	89 ± 0,33	94 ± 0,58	1,66 ±0,02	9 ± 0,2	37 ± 2
36	86 ± 0,58	90 ± 0,88	0,58 ±0,05	8 ± 0,2	22 ± 3
42	80 ± 0,58	81 ± 0,33	1,29 ±0,05	3 ± 0,05	31 ± 1
48	55 ± 0,88	69 ± 1,45	0,12 ±0,01	1 ± 0,03	11 ± 1
Сорт Даурия
0	92 ± 0,58	96 ± 0,88	2,14 ±0,03	115 ± 4	34 ± 2
6	96 ± 0,33	98 ± 0,33	2,37 ±0,01	78 ± 4	28 ± 2
12	94 ± 0,58	95 ± 0,58	0,98 ±0,03	115 ± 3	46 ± 2
18	96 ± 0,33	97 ± 0,58	2,15 ±0,02	23 ± 0,7	38 ± 1
24	95 ± 0,58	96 ± 0,67	0,87 ±0,03	16 ± 0,2	31 ± 2
30	88 ± 0,58	92 ± 0,58	1,95 ±0,02	11 ± 0,3	37 ± 2
36	80 ± 0,58	89 ± 0,88	0,91 ±0,03	10 ± 0,3	27 ± 1
42	73 ± 0,58	90 ± 0,67	1,38 ±0,06	7 ± 0,04	34 ± 3
48	69 ± 1,45	75 ± 0,58	0,43 ±0,02	3 ± 0,02	16 ± 1
Сорт Гармония
0	89 ± 0,33	93 ± 0,58	2,00 ±0,02	84 ± 3	56 ± 3
6	90 ± 0,33	95 ± 0,33	2,45 ±0,02	63 ± 3	41 ± 2
12	73 ± 0,58	89 ± 0,58	1,08 ±0,02	50 ± 1	51 ± 4
18	85 ± 1,45	90 ± 0,67	2,31 ±0,01	15 ± 0,5	28 ± 2
24	81 ± 1,2	87 ± 0,88	1,01 ±0,01	8 ± 0,2	26 ± 1
30	76 ± 0,88	81 ± 0,88	1,83 ±0,02	7 ± 0,2	39 ± 2
36	68 ± 1,45	80 ± 0,88	0,58 ±0,08	6 ± 0,2	20 ± 1
42	54 ±1	78 ± 0,88	1,47 ±0,05	2 ± 0,03	37 ± 3
48	31 ±1,15	65 ± 1,2	0,13 ±0,01	1 ± 0,06	8 ± 1
Форма КА-1344
0	95 ± 0,33	98 ± 0,67	2,10 ±0,01	268 ± 17	113 ± 10
6	97 ± 0,33	100 ± 0,33	2,38 ±0,01	299 ± 9	73 ± 5
12	95 ± 0,67	98 ± 0,58	0,93 ±0,01	287 ± 6	116 ± 10
18	97 ± 0,33	98 ± 0,58	2,24 ±0,06	117 ± 6	68 ± 3
24	97 ± 0,58	94 ± 1,45	0,57 ±0,01	116 ± 4	70 ± 4
30	93 ± 1	98 ± 0,88	1,31 ±0,01	123 ± 6	54 ± 1
36	95 ± 0,58	95 ± 1,15	0,57 ±0,01	109 ± 5	56 ± 2
42	91 ± 0,33	96 ± 0,58	1,15 ±0,02	103 ± 2	48 ± 1
48	90 ± 0,88	93 ± 1,2	0,41 ±0,03	76 ± 2	29 ± 1

Период хранения продолжительностью 36 мес. отличался стабильностью в изменении посевных качеств, семена сои сохраняли высокую энергию прорастания и всхожесть, но активность пероксидазы уже к концу второго года хранения значительно снизилась, у сортов культурной сои в среднем в 13 (лаборатория) и 10 раз (склад).

В течение последующих месяцев хранения наблюдалось дальнейшее снижение активности фермента и при этом происходило резкое ухудшение посевных качеств семян G. max, особенно при хранении в лаборатории. В среднем активность пероксидазы за четыре года хранения уменьшилась в 92 раза при хранении в складе и в 128 раз в условиях лаборатории по сравнению с исходными семенами при потере всхожести на 25 и 47 % соответственно. Как следует из полученных данных, сравниваемые сорта культурной сои и дикорастущей формы различаются по снижению активности пероксидазы при потере семенами посевных ка- честв. Наибольшее снижение в 200 раз установлено у сорта Гармония в условиях лаборатории при максимальной потере всхожести на 62 %. Наименьшее снижение активности пероксидазы в 3,5–2,8 раза отмечено в семенах дикорастущей сои, которая даже через 48 мес. хранения в лаборатории и складе имела высокую лабораторную всхожесть (90–93 %).

Таблица 2

Изменение физиолого-биохимических показателей в семенах сои при хранении в лаборатории, 2007–2011 гг.

Срок хранения, мес.	Энергия прорастания, %	Всхожесть, %	Интенсив. дыхания, мг СО 2 /г*ч	Удельная активность
Срок хранения, мес.	Энергия прорастания, %	Всхожесть, %	Интенсив. дыхания, мг СО 2 /г*ч	пероксидазы, ед/мг белка	каталазы, ед/мг белка*10^-3
1	2	3	4	5	6
Сорт Лидия
0	93 ± 0,67	98 ± 0,58	2,11 ±0,02	110 ± 6	51 ± 1
6	93 ±0,33	99 ±0,33	2,44 ±0,02	52 ± 2	34 ± 2
12	89 ± 0,88	97 ± 0,33	0,86 ±0,03	33 ± 0,5	70 ± 2
18	93 ± 0,58	97 ± 0,33	1,70 ±0,08	19 ± 0,5	73 ± 3
24	89 ± 0,88	96 ± 0,58	0,80 ±0,32	7 ± 0,2	56 ± 3
30	84 ± 0,88	92 ± 0,88	1,07 ±0,03	9 ± 0,5	33 ± 1
36	84 ± 0,88	86 ± 0,88	0,66 ±0,02	3 ± 0,03	30 ± 1
42	80 ± 0,33	85 ± 0,67	0,90 ±0,04	2 ± 0,04	27 ± 2
48	49 ± 0,58	55 ± 0,58	0,36 ±0,04	1 ± 0,02	29 ± 1
Сорт Соната
0	90 ± 1,45	97 ± 0,88	1,81 ±0,03	106 ± 5	64 ± 3
6	92 ± 1,2	98 ± 0,33	2,25 ±0,02	91 ± 6	35 ± 1
12	90 ± 0,67	95 ± 0,88	0,72 ±0,02	27 ± 2	60 ± 2
18	93 ± 0,33	96 ± 0,58	1,30 ±0,03	25 ± 0,7	44 ± 3
24	87 ± 0,33	93 ± 0,88	0,59 ±0,02	8 ± 0,1	54 ± 2
30	85 ± 0,33	90 ± 0,88	0,87 ±0,03	5 ± 0,2	32 ± 1
36	78 ± 0,88	81 ± 0,88	0,36 ±0,04	2 ± 0,05	30 ± 1
42	67 ± 0,88	80 ± 0,33	0,80 ±0,32	2 ± 0,05	20 ± 1
48	30 ± 0,58	44 ± 0,58	0,18 ±0,04	1 ± 0,02	28 ± 1
Сорт Даурия
0	92 ± 0,58	96 ± 0,88	2,14 ±0,03	115 ± 4	34 ± 2
6	94 ± 0,67	97 ± 0,88	2,37 ±0,01	91 ± 4	33 ± 1
12	93 ± 0,88	98 ± 0,33	0,84 ±0,03	41 ± 1	52 ± 3
18	93 ± 0,58	96 ± 0,5	1,70 ±0,08	25 ± 1	59 ± 1
24	90 ± 0,58	97 ± 0,58	0,73 ±0,04	16 ± 0,4	36 ± 2
30	78 ± 0,67	88 ± 0,33	1,55 ±0,02	10 ± 0,2	33 ± 1
36	74 ± 1,2	86 ± 0,58	0,70 ±0,02	4 ± 0,2	24 ± 2
42	67 ± 1,2	86 ± 0,88	0,91 ±0,03	2 ± 0,1	31 ± 1
48	55 ± 0,58	60 ± 0,58	0,27 ±0,02	1 ± 0,03	26 ± 1
Сорт Гармония
0	89 ±0,33	93 ±0,58	2,00 ±0,02	84 ± 3	56 ± 3
6	90 ± 0,58	93 ± 0,33	2,06 ±0,02	65 ± 2	38 ± 1
12	71 ± 0,33	83 ± 1,2	0,70 ±0,02	16 ± 1	55 ± 2
18	83 ± 1,76	87 ± 0,33	1,60 ±0,05	11 ± 0,3	59 ± 2
24	76 ± 1,85	80 ± 0,33	0,60 ±0,02	5 ± 0,2	55 ± 3
30	71 ± 1,53	78 ± 0,33	1,19 ±0,02	5 ± 0,2	34 ± 2
36	61 ± 1,53	78 ± 0,33	0,16 ±0,08	3 ± 0,2	24 ± 2
42	52 ± 1,2	67 ± 0,33	0,58 ±0,05	1 ± 0,04	21 ± 1
48	18 ± 0,58	31 ± 0,58	0,10 ±0,03	0,4 ± 0,06	24 ± 1

Окончание табл. 2

1	2	3	4	5	6
Форма КА-1344
0	95 ± 0,33	98 ±0,67	2,10 ±0,01	268 ± 17	113 ± 10
6	96 ± 0,33	98 ± 1,33	2,38 ±0,01	281 ± 7	71 ± 3
12	94 ±0,88	97 ±0,88	0,80 ±0,32	248 ± 5	111 ± 10
18	97 ± 0,58	98 ±0,58	2,20 ±0,02	122 ± 5	101 ± 9
24	98 ±0,58	96 ±0,67	1,10 ±0,01	114 ± 4	84 ± 4
30	90 ±1,15	94 ± 0,67	2,20 ±0,02	112 ± 4	76 ± 2
36	88 ±0,88	94 ± 0,88	0,77 ±0,03	107 ± 3	46 ± 2
42	86 ±0,88	90 ± 0,33	1,30 ±0,03	105 ± 4	65 ± 1
48	84 ±0,58	90 ± 0,58	0,73 ±0,04	103 ± 2	65 ± 2

В результате проведенных исследований была установлена положительная средней силы корреляционная связь активности пероксидазы с энергией прорастания (r=0,48±0,17 – типовой склад; r=0,49±0,16 – лаборатория) и лабораторной всхожестью (r=0,56±0,15 – типовой склад; r=0,45±0,17 – лаборатория).

Каталаза, так же, как и пероксидаза, широко распространена в растительных тканях. Старение семян сопровождается медленным снижением активности каталазы в течение 42 мес., и более быстрое, крутое падение активности наблюдалось к концу четвертого года хранения.

За четыре года хранения удельная активность каталазы в семенах исследованных сортов культурной сои уменьшилась в среднем в 4,6 (склад) и 1,8 раза (лаборатория). Устойчивым к действию времени оказался сорт Даурия, каталазная активность его семян снизилась в 2 раза в условиях склада и в 1,3 раза в условиях лаборатории при потере всхожести на 21 и 36 % соответственно. У сорта Гармония, который в процессе хранения первым потерял свои посевные качества, активность фермента снизилась в 7 (склад) и в 2,1 раза (лаборатория).

Различия в изменении активности каталазы в семенах G. max и G. soja незначительные, у формы КА-1344 активность фермента уменьшилась в 3,9 раза при хранении в условиях склада и в 1,7 раза в лаборатории.

Коэффициенты корреляции между активностью каталазы в семенах сои и их посевными качествами составили: в условиях типового склада – r = 0,53±0,16 (энергия прорастания); r = 0,49±0,17 (лабораторная всхожесть); в условиях лаборатории – r = 0,43±0,17 (энергия прорастания); r = 0,54±0,16 (лабораторная всхожесть).

Снижение активности пероксидазы и каталазы в семенах при длительном хранении свидетельствует о прекращении каталитической деструкции перекисей в клетке, что способствует накоплению активных форм кислорода, а это в свою очередь приводит к серьезным функциональным нарушениям и потери жизнеспособности.

Изучению дыхательного газообмена семенной массы посвящено большое число работ [4, 6, 10]. Наши наблюдения показали, что в процессе хранения интенсивность дыхания снижается независимо от условий хранения, но происходит это циклически. Так, у всех исследованных сортов G. max и формы G. soja в апреле-мае каждого года прослеживалось повышение интенсивности дыхания, а к ноябрю-декабрю значительное снижение (табл. 1–2). Происходящие колебания связаны с сезонными ритмами, по-видимому, весной и летом все биохимические процессы протекают в семенах более интенсивно, т.е. они готовы к следующему активному периоду.

К концу четвертого года хранения интенсивность дыхания при хранении в условиях типового склада и лаборатории в среднем у сортов культурной сои снизилась на 89 %, у дикорастущей формы КА-1344 – на 81 (склад) и 65 % (лаборатория).

Как отмечают В.А. Рубин и М.Е. Ладыгина [10], оксидазной функции пероксидазы отводится важная роль в процессах биологического окисления у растений. По данным корреляционного анализа выявлена положительная средней силы связь между активностью пероксидазы в семенах сои и интенсивностью их дыхания при хранении в лаборатории (r = 0,44±0,14) и складе (r = 0,41±0,15).

Роль каталазы в клетках с аэробным типом обмена веществ заключается в защите биомембран от повреждения перекисью водорода. Существует предположение, что каталаза принимает участие в процессах сопряженного окислительного фосфорилирования, осуществляемого митохондриями [10]. Проанализированная корреляционная зависимость между активностью каталазы и интенсивностью дыхания семян оценивается как положительная средней силы: r = 0,37±0,19 (склад) и r = 0,35±0,18 (лаборатория).

Заключение . При хранении семян сои в условиях типового склада и лаборатории наблюдается снижение активности пероксидазы и каталазы в большей степени у сорта Гармония, в меньшей – у дикорастущей сои. Выявлено, что интенсивность дыхания семян сои в процессе хранения снижается циклически.

Установленные положительные корреляционные зависимости средней силы между посевными качествами семян сои (энергия прорастания, лабораторная всхожесть), их интенсивностью дыхания, активностью пероксидазы и каталазы позволяют использовать активность изучаемых ферментов в диагностических целях для выявления нарушений физиолого-биохимических процессов и подборе условий для хранения семян.