АГРОХИМИЯ, 2008, № 10, с. 27-33
УДК 591.05:631.811.1:632.122.2
СОДЕРЖАНИЕ И АКТИВНОСТЬ АНТИОКСИДАНТОВ АМАРАНТА В ЗАВИСИМОСТИ ОТ УСЛОВИЙ АЗОТНОГО ПИТАНИЯ И NaCl-СТРЕССА
© 2008 г. Н. Г. Гамбарова, М. С. Гинс*
Бакинский государственный университет 370145 Баку, Азербайджан *Всероссийский научно-исследовательский институт селекции и семеноводства овощных культур 143080 Московская обл., Одинцовский р-он, пос. ВНИИССОК, Россия E-mail:vnissok@mail.ru Поступила в редакцию 10.04.2008 г.
Исследовали реакцию растений зелено- и красноокрашенных видов амаранта рода Amaranthus, выращенных на средах с нитратом (NO3 -растения) и без него на окислительный стресс, индуцированный добавлением в питательный раствор 150 мМ и 300 мМ NaCl. Признаки солевого стресса были более выражены у растений амаранта при концентрации 300 мМ NaCl. В этих условиях в листьях всех изученных видов амаранта наблюдали уменьшение содержания хлорофилла до 30% от контроля. Окислительный стресс вызывал различные изменения активности ферментов-антиоксидантов и содержания амарантина в зависимости от условий азотного питания. Показано участие амаранти-на в инактивации супероксидных радикалов и связанное с этим свойство компенсаторного влияния на активность супероксиддисмутазы - ключевого фермента антиоксидантной системы защиты на начальном этапе окислительного стресса. Индукция синтеза амарантина в условиях сильного кратковременного засоления способствовала более эффективной работе системы защиты от повреждающего действия супероксидного радикала.
ВВЕДЕНИЕ
Для растений рода ЛшагаМНш характерен широкий ареал распространения во всем мире [1]. Они обладают уникальным адаптивным потенциалом, сочетающим высокую продуктивность с экологической устойчивостью. Амарант относится к растениям С4-типа фотосинтеза, многие из которых приспособлены к неблагоприятным экологическим факторам среды, например, засолению. При этом устойчивость растений амаранта к действию окислительного стресса, вызванному засолением, обусловлена видовыми особенностями [2].
Известно, что засоление провоцирует в клетках растения сверхпродукцию активных форм кислорода и окислительный стресс [3-5]. В защитных реакциях клетки участвуют антиокси-дантные системы, обезвреживая некоторые активные формы кислорода (АФК) - супероксидра-дикал и перекись водорода. Эти формы АФК образуются на начальном этапе окислительного стресса и являются сильными окислителями, которые способны повреждать структуру белков, нуклеиновых кислот и мембран. В ликвидации супероксидного радикала участвует фермент су-пероксиддисмутаза, катализирующая реакцию
дисмутации супероксидрадикалов в перекись водорода. В обезвреживании перекиси водорода принимает участие комплекс ферментов, в том числе пероксидаза и каталаза. Кроме того, в ин-гибировании активных форм кислорода участвуют низкомолекулярные пигменты-антиокси-данты, которые вместе с ферментами образуют антиоксидантные системы [6].
В детоксикации супероксидного радикала помимо фермента супероксиддисмутазы участвует водорастворимый низкомолекулярный пигмент -амарантин. По своей химической природе ама-рантин относится к группе алкалоидов беталаи-нов, а именно - к красноокрашенным бетациани-нам, которые широко распространены в растениях класса СепИгерегтае [7]. Нами показано, что амарантин проявляет антиоксидантную активность, ингибируя образование супероксидного радикала в модельных системах [8, 9]. Была выявлена линейная зависимость между содержанием амарантина и величиной его антиокислительной активности. Это означает, что с увеличением или уменьшением содержания амарантина меняется величина его антиокислительной активности соответственно [7]. Поэтому изучение особенностей изменения антиоксидантной активности фермента супероксиддисмутазы и содержания низкомолекулярного
пигмента-антиоксиданта амарантина вызывает особый интерес в связи с их общей защитной функцией при различных видах окислительного стресса, в том числе при засолении.
Следует отметить, что как и вышеуказанные ферменты-антиоксиданты, амарантин из красно-окрашенных растений амаранта является азотсодержащим соединением, на синтез которого требуется азот. Предшественником амарантина является аминокислота тирозин, для которого донорами азота являются глутаминовая и аспарагиновая кислота. Это указывает на тесную связь между основными звеньями азотного обмена и биосинтезом амарантина. Выявлено, что недостаток азота в почве в большей мере отражается на синтезе амарантина по сравнению с фотосинтетической продуктивностью амаранта, возможно из-за конкуренции с белками за тирозин [10].
Пока еще мало известно о влиянии условий азотного питания на антиоксидантную систему растений. Сообщалось об изменении активности глутатионредуктазы и аскорбатпероксидазы в листья шпината при азотном голодании и активности некоторых ферментов в листьях подсолнечника и кукурузы при использовании нитратной или аммонийной формы азота [11, 12].
Цель работы - изучение активности антиокси-дантной системы разных видов амаранта в условиях NaCl-солевого стресса на фоне различного уровня азотного питания.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
В опытах использовали растения амаранта краснолистного вида A. tricolor L. сорта Валентина селекции ВНИИССОК РАСХН (г. Одинцово); зеленолистные - вида A. hypohondriacus L. сорта Шунтук (селекции Майкопской станции ВИР) и дикорастущего вида A. retroflexsus L. (щирицу). Исследования проводили в лабораторных условиях в водной культуре при различном уровне азотного питания: NO3 -вариант на модифицированной нами смеси Хогланда (0.3 нормы, 5 мМ NO3); N-дефицитный вариант на смеси Хогланда (0.3 нормы), в которой соли нитрата были замещены эквимолярным по катионам количеством CaSO4 [13]. Питательный раствор меняли каждые 3 сут, рН среды поддерживали на уровне 6.8, растения выращивали до 20-суточного возраста при t 25°С и интенсивности света 20 Клк. Затем часть растений подвергали воздействию солевого стресса, добавляя в соответствующие варианты питательного раствора 150 и 300 мМ NaCl. Через 3 сут в листьях опытных и контрольных растений определяли содержание пигментов и активность ферментов-антиоксидантов.
Для определения активности ферментов использовали экстракт, полученный из листьев амаранта (навеска 0.5-1.0 г), растертых в ступке в 10-15 мл охлажденного 60 мМ К-Na фосфатного буфера (рН 7.5), содержащего 0.1 мМ ЭДТА. Го-могенат фильтровали через полотно и центрифугировали при 12000 g в течение 20 мин при 4°С. Супернатант использовали для определения активности ферментов.
Активность супероксиддисмутазы (СОД) (КФ 1.15.1.1) определяли спектрофотометриче-ским методом по способности фермента ингибиро-вать фотохимическое восстановление нитросине-го тетразолия супероксидными радикалами [14]. Оптическую плотность измеряли при 560 нм. Активность пероксидазы (КФ 1.11.1.7) определяли по методу Бояркина, основанному на измерении поглощения при 590 нм [15]. Активность катала-зы (КАТ) (КФ 1.11.1.6) определяли по уменьшению оптической плотности при 240 нм в результате разложения Н2О2 согласно [16]. Содержание белка в ферментативном экстракте определяли по методу Lowry [17].
Содержание хлорофилла и каротиноидов определяли спектрофотометрическим методом в эта-нольных экстрактах растительного материала при 649, 665 и 470 нм [18]. Количество амарантина определяли в водных вытяжках растительного материала при 537 нм. Содержание пигментов рассчитывали по формулам, приведенным в [19]. Данные по определению пигментов и ферментативной активности представлены как средние арифметические и их стандартные отклонения, вычисленные из трех независимых опытов, выполненных в трех биологических повторностях.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Исследования не показали существенных различий между растениями изученных видов амаранта, выращенных на среде с различным уровнем азота, по содержанию хлорофиллов, каротиноидов и амарантина, а также активности фермен-тов-антиоксидантов.
При воздействии кратковременного солевого стресса (150 мМ NaCl) на растения амаранта, выращенных на среде с NO-, достоверных различий в содержании хлорофиллов и каротиноидов между растениями изученных видов и контрольными растениями, не подвергшимися засолению, не обнаружено (табл. 1). Также не наблюдали существенных изменений в активности ферментов-ан-тиоксидантов - СОД, каталазы и пероксидазы. Исключение составили растения краснолистного амаранта A. tricolor L., в которых активность каталазы уменьшилась на 23% (табл. 2).
Таблица 1. Содержание пигментов в листьях проростков амаранта в зависимости от условий азотного питания при действии солевого стресса (150 мм и 300 мм NaCl), мг/г сырой массы
Вид Среда без азота Среда с NO3
хлорофилл каротиноиды амарантин хлорофилл каротиноиды амарантин
A. hypochondriacus L. A. retroflexus L. A. tricolor L.
A. hypochondriacus L. A. retroflexus L. A. tricolor L.
2.63 ± 0.05
2.59 ± 0.05 1.84 ± 0.04
2.60 ± 0.05 2.49 ± 0.04 1.79 ± 0.03
Без NaCl (контроль) 0.71 ± 0.04
0.62 ± 0.03 0.88 ± 0.05
1
0.70 ± 0.04 0.61 ± 0.03 0.86 ± 0.04
Отсутствует
0.41 ± 0.41
150 мМ NaCl
Отстствует
0.39 ± 0.04
2.63 ± 0.06
2.59 ± 0.05 1.84 ± 0.05
2.60 ± 0.04 2.51 ± 0.04 1.81 ± 0.04
0.71 ± 0.04 0.62 ± 0.03 0.88 ± 0.04
0.68 ± 0.05 0.74 ± 0.04 0.91 ± 0.05
Отсутствует 0.41 ± 0.04
Отсутствует 0.47 ± 0.04
300 мМ NaCl
A. hypochondriacus L. 2.08 ± 0.07 0.65 ± 0.04 1.80 ± 0.04 0.67 ± 0.04
Отсутствует Отсутствует
A. retroflexus L. 2.05 ± 0.06 0.56 ± 0.05 1.72 ± 0.05 0.59 ± 0.03
A. tricolor L. 1.47 ± 0.04 0.81 ± 0.03 0.24 ± 0.03 1.31 ± 0.06 0.84 ± 0.03 0.64 ± 0.6
В условиях кратковременного солевого стресса (150 мМ NaCl) в растениях всех изученных видов амаранта, выращенных на среде без азота, выявили тенденцию к повышению активности СОД. Кроме этого, активность пероксидазы возросла в листьях растений амаранта A. hypohondri-acus L. и A. tricolor L. на 30% и 40% соответственно, тогда как у дикорастущего A. retroflexsus L. активность фермента практически не изменилась. В листьях изученных видов амаранта наблюдали слабую тенденцию к увеличению активнос
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.