научная статья по теме ДВОЙСТВЕННОЕ ДЕЙСТВИЕ ЦИТОДЕФА НА СТРЕССОВЫЕ ЭФФЕКТЫ ПАРАКВАТА В РАСТЕНИЯХ ОЗИМОЙ РЖИ Биология

Текст научной статьи на тему «ДВОЙСТВЕННОЕ ДЕЙСТВИЕ ЦИТОДЕФА НА СТРЕССОВЫЕ ЭФФЕКТЫ ПАРАКВАТА В РАСТЕНИЯХ ОЗИМОЙ РЖИ»

ФИЗИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ, 2015, том 62, № 6, с. 827-838

= ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ СТАТЬИ =

УДК 581.1

ДВОЙСТВЕННОЕ ДЕЙСТВИЕ ЦИТОДЕФА НА СТРЕССОВЫЕ ЭФФЕКТЫ ПАРАКВАТА В РАСТЕНИЯХ ОЗИМОЙ РЖИ © 2015 г. А. С. Семенова, А. С. Лукаткин

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва", Саранск

Поступила в редакцию 30.09.2015 г.

Растения озимой ржи (8еса\е сегеа1е Ь., сорт Эстафета Татарстана) использовали при анализе раздельного и совместного действия гербицида параквата (10, 100 и 250 мкМ) и синтетического регулятора роста с цитокининовой активностью цитодефа (от 10-11 до 10-8 М) на параметры, характеризующие окислительный стресс. Как предобработка семян озимой ржи цитодефом в высоких концентрациях, так и опрыскивание листьев паракватом приводили к появлению у растений симптомов окислительного стресса, зависящих от использованных концентраций. Цитодеф в сочетании с гербицидом способствовал нормализации состояния растений, что проявлялось в снижении интенсивности ПОЛ, а также активности каталазы и аскорбатпероксидазы в листьях растений. Максимальное снижение повреждающего действия параквата выявлено в вариантах с предобработкой цитодефом в концентрациях 10 и 10-10 М, и было более выражено в последействии обработки растений ржи паракватом в высоких дозах (100 и 250 мкМ). Двойственный эффект цитодефа проявлялся в снижении повреждающих эффектов параквата (в вариантах с низкими концентрациями цитодефа) и поддержании эффектов параквата (при высоких концентрациях цитодефа).

Ключевые слова: 8еса1е сегеа1е — окислительный стресс — цитодеф — паракват — перекисное окисление липидов — антиоксидантные ферменты

Б01: 10.7868/80015330315060147

ВВЕДЕНИЕ

В течение всей жизни растения подвергаются действию стрессовых факторов как биотической, так и абиотической природы. Одним из характерных проявлений стрессорного воздействия является повышенная генерация активированных форм кислорода (АФК) [1, 2]. Это вызывает нарушение баланса между уровнем АФК и активностью антиоксидантной системы растений и приводит к возникновению окислительного стресса [3]. В высоких концентрациях АФК оказывают токсическое действие на клетки, что обусловлено повреждением мембран и необратимыми модификациями ДНК [4]. Одним из факторов, вызывающих в растениях окислительный стресс, является действие ксенобиотиков, в первую очередь гербицидов [5—7]. Среди них особое место занимает паракват (метилвиологен), индуцирующий в клетках растений генерацию супероксидного анион-радикала, ингибирование системы анти-

Сокращения: АПО — аскорбатпероксидаза; КАТ — каталаза. Адрес для корреспонденции: Лукаткин Александр Степанович. 430005 Саранск, ул. Большевистская, 68. Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва, факультет биотехнологии и биологии. Электронная почта: а81икаШп@ yandex.ru

оксидантной защиты и как следствие — развитие окислительного стресса [5, 8].

Для некоторых стрессовых факторов показана возможность снижения их негативного влияния на растения посредством использования экзогенных регуляторов роста. Одна из важнейших в этом отношении групп регуляторов роста — препараты с цитокининовой активностью. Они снижают тяжесть окислительного стресса, вызванного неблагоприятными температурами [9], засолением [10], засухой [11], тяжелыми металлами [12, 13] и т.п. Несмотря на высокую потенциальную антистрессовую активность цитокининов для защиты растений от стрессов различной природы, механизмы их протекторного действия раскрыты еще не в полной мере [14—16]. Так, изучены молекулярные механизмы передачи цитокининовых сигналов в клетку, изменения уровня цитокини-нов и взаимодействие фитогормонов в клетке как общий механизм ответных реакций на стрессы [14, 16, 17]. Показаны физиологические эффекты экзогенных цитокининов при воздействиях на растения стрессов [10, 13, 15]. Однако отсутствует ясное понимание того, каким образом предварительная обработка цитокининовыми препаратами способствует последующему улучшению реак-

ции растений при стрессорных воздействиях. Выявлено, что действие экзогенных цитокининовых препаратов может осуществляться как через изменение уровня гормонов в клетках растений, так и через противодействие окислительному стрессу (либо снижением генерации АФК, либо повышением активности антиоксидантной системы растений) [10, 13, 15].

В настоящее время разработано большое количество новых препаратов этой группы. Их преимуществом является низкая концентрация, в которой они оказывают специфическое действие, и высокая эффективность при повышении устойчивости растений к стрессам [18]. Одним из них является цитодеф, разработанный во ВНИИ химических средств защиты растений и обладающий выраженной цитокининовой активностью [19]. Показана его эффективность при снижении стрессового действия на растения засоления, пониженных температур, засухи, тяжелых металлов [13, 19, 20].

К настоящему времени практически не исследовано влияние регуляторов роста цитокинино-вого типа на растения с целью повышения устойчивости к действию ксенобиотиков, известны лишь единичные работы [21—23]. Как правило, в них рассматривается действие высоких (10-410-6 М) концентраций препаратов с цитокинино-вой активностью. Однако ранее была показана высокая эффективность синтетических регуляторов роста с цитокининовой активностью в более низких концентрациях [9, 12, 13, 20]. В связи с этим выявление концентрационных эффектов регуляторов роста необходимо для более точной оценки их антистрессовой активности.

Мы предположили, что предобработка семян озимой ржи цитодефом у молодых растений будет способствовать снижению тяжести окислительного стресса, вызванного действием гербицида параквата. Для проверки этой гипотезы было необходимо: (1) выявить эффективные концентрации цитодефа для обработки семян, (2) определить влияние разных концентраций параквата (отдельно и в комплексе с цитодефом) на интенсивность окислительного стресса, определяемого по перекисному окислению липидов (ПОЛ), (3) проанализировать влияние параквата и предобработки семян цитодефом на активность в листьях растений ферментов антиоксидантной защиты, элиминирующих пероксид водорода.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Объектами исследований служили молодые растения озимой ржи (8еса1е сегеа1е Ь.) сорта Эстафета Татарстана. В качестве регулятора роста использовали препарат цитокининового типа действия — цитодеф (1-фенил-3-(1,2,4-триазол-

4-ил)мочевину) в концентрациях от 10-11 до 10-8 М, при которых выявлена тенденция к увеличению линейных размеров осевых органов проростков относительно водного контроля. Для моделирования стрессового воздействия различной интенсивности использовали несколько концентраций гербицида параквата (10, 100 и 250 мкМ).

Постановка эксперимента. Семена ржи, поверхностно простерилизованные 0.5% раствором перманганата калия, замачивали в течение 8 ч на рассеянном свету при температуре 21— 23° С в растворах цитодефа с разными концентрациями (контроль — дистиллированная вода), затем промывали водой и проращивали в растильнях при плотности потока фотонов около 200 мкмоль/(м2 с), фотопериоде 14 ч и температуре 21—23°С на фильтровальной бумаге, смоченной дистиллированной водой. Далее у 3-суточ-ных проростков удаляли зерновки, и проростки выращивали "методом рулонов" в водной культуре. Для этого проростки раскладывали по 30— 40 шт. на полосах бумаги, сворачивали в рулон, закрепляли шелковой нитью и помещали в 200-миллилитровые стаканы с 50 мл 1/2 нормы среды Кнопа. Растения выращивали в тех же условиях, что и проращивание семян, при влажности воздуха около 80%. Питательную среду обновляли через день в том же объеме.

7-дневные растения опрыскивали растворами параквата (10, 100 и 250 мкМ) из расчета 2 мл/растение (контрольные растения — водой). Спустя 1,

2 и 3 суток определяли интенсивность ПОЛ, активность каталазы и аскорбатпероксидазы, а также визуально оценивали степень повреждения.

Интенсивность ПОЛ определяли по накоплению малонового диальдегида (МДА) по цветной реакции с тиобарбитуровой кислотой [24]. Количество МДА в листьях рассчитывали в мкмоль/г сырой массы с использованием коэффициента молярной экстинкции е = 156 (мМ см)-1.

Активность каталазы (КАТ, КФ 1.11.1.6) определяли по снижению оптической плотности (при разложении Н2О2) при X = 240 нм по описанной ранее методике [25]. Активность КАТ рассчитывали в мкмоль Н2О2/(г сырой массы мин) с использованием е = 39.4 (мМ см)-1.

Активность аскорбатпероксидазы (АПО, КФ 1.11.1.11) определяли по окислению аскорба-та [26] с использованием е = 2.8 (мМ см)-1 и выражали в мкмоль аскорбата/(г сырой массы мин).

Статистическая обработка результатов. Все опыты повторяли 3 раза, в каждом было не менее

3 биологических повторностей. Каждую пробу для определения ПОЛ и активности ферментов составляли из высечек листьев с 10-15 растений.

Результаты обрабатывали статистически по общепринятым биометрическим формулам с ис-

пользованием пакетов прикладных программ Microsoft Excel. На графиках представлены средние значения и их стандартные ошибки. Значимость различий между вариантами оценивали по i-критерию Стьюдента для независимых выборок.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Визуальные эффекты ксенобиотиков

В предварительных опытах с обработкой семян ржи цитодефом была выявлена тенденция к усилению роста осевых органов в диапазоне концентраций от 10-8 до 10-11 М. Наибольшее увеличение по сравнению с водным контролем отмечали для концентраций 10-11 М (длина корня) и 10-10 М (длина побега).

Повреждающее действие параквата на растения озимой ржи оценивали в варианте с предобработкой водой (водный контроль) визуально и с помощью биохимических показателей (по интенсивности ПОЛ). Выявлено завядание и частичное обесцвечивание листьев, подсыхание и пожелтение их кончиков и переломы листьев. Наибольшее повреждающее действие оказала обработка паракватом в максимальной концентрации (250 мкМ), визуальные повреждения растений ржи наблюдали уже через сутки после обработки гербицидом. На вторые сутки наблюдали п

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.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Биология»