научная статья по теме ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОТВЕТНЫЕ РЕАКЦИИ ПРОРОСТКОВ ПШЕНИЦЫ НА ЗАСУХУ И ОБЛУЧЕНИЕ УФ-Б. ВЛИЯНИЕ НИТРОПРУССИДА НАТРИЯ Биология

Текст научной статьи на тему «ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОТВЕТНЫЕ РЕАКЦИИ ПРОРОСТКОВ ПШЕНИЦЫ НА ЗАСУХУ И ОБЛУЧЕНИЕ УФ-Б. ВЛИЯНИЕ НИТРОПРУССИДА НАТРИЯ»

^^^^^^^^^^^^ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ

СТАТЬИ

581.1

ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОТВЕТНЫЕ РЕАКЦИИ ПРОРОСТКОВ ПШЕНИЦЫ НА ЗАСУХУ И ОБЛУЧЕНИЕ УФ-Б. ВЛИЯНИЕ НИТРОПРУССИДА НАТРИЯ

© 2007 г. С. Р. Тян*, Ю. Б. Лей**

* Школа биологических ресурсов и экологии, Университет Цзишоу, Хунанъ, Китай ** Тропический ботанический сад Сишанъбанна, Академия наук Китая, Менгла, Юнънанъ, Китай

Поступила в редакцию 11.05.2006 г.

Исследовали физиологические и биохимические ответные реакции проростков пшеницы (ТгШсит aestivum L.) на засуху и УФ-Б облучение, а также на сочетание этих стрессоров. Засуха, УФ-Б и их сочетание подавляли рост проростков на 26.5, 29.1 и 55.9% соответственно. Одной из причин такого эффекта могут быть повреждения, вызванные накоплением Н2О2 и активацией перекисного окисления липидов (ПОЛ). Обнаружена отрицательная корреляция между сырым весом побегов и содержанием Н2О2, сырым весом и содержанием соединений, реагирующих с тиобарбитуровой кислотой (ТБКАП), и положительная корреляция между содержанием Н2О2 и ТБКАП (Я2 = 0.9251, 0.9005 и 0.9007 соответственно). При засухе, под воздействием УФ-Б и при совместном действии двух факторов повышались активности супероксиддисмутазы, гваякол-зависимой пероксидазы и аскорбатпероксидазы, в то время как при совместном действии засухи и УФ-Б активность каталазы снижалась. Сочетание двух факторов оказывало более сильное действие, чем каждый из факторов по отдельности. Добавление 0.2 мМ нитропруссида натрия (НП) активировало рост проростков пшеницы при засухе, облучении УФ-Б и комбинировании этих стрессоров, вероятно, благодаря подавлению накопления Н2О2 и ослаблению ПОЛ, а также вследствие активации ферментов антиок-сидантной защиты. Однако содержание пролина при обработке НП снижалось.

ТгШсит aestivum - ферменты антиоксидантной защиты - засуха - оксид азота - накопление пролина - облучение УФ-Б

ФИЗИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ, 2007, том 54, № 5, с. 763-769

УДК

ВВЕДЕНИЕ

Культивируемые растения редко растут при оптимальных условиях. Обычно они подвергаются одновременному действию нескольких стрессов. Разнообразные ответные реакции растений на эти стрессы могут быть аддитивными, синер-гическими или антагонистическими [1]. По мере все ускоряющегося глобального потепления климата и при истощении атмосферного озона засуха и УФ-Б радиация становятся все более опасными для урожая сельскохозяйственных растений и для состояния экологических систем. В последнее время появились данные о взаимодействии засухи и УФ-Б облучения при их влиянии на растения. Пока неизвестны механизмы устойчивости и чув-

Сокращения: АскП - аскорбатпероксидаза; АФК - активные формы кислорода; ГП - гваякол-зависимая пероксида-за; Кат - каталаза; НП - нитропруссид натрия; СОД - су-пероксиддисмутаза; ТБК - тиобарбитуровая кислота; ТБ-КАП - ТБК-активные продукты; 3 - засуха; П - полив. Адрес для корреспонденции: Y.B. Lei. Xishuangbanna Tropical Botanical Garden, Chinese Academy of Sciences, Mengla, Yunnan 6 66303, China. Fax: +862-88-5222-753; e-mail: leiyb@cib.ac.cn, dna_rna_pro@126.com

ствительности таких растений к сочетанию этих стрессоров. Поэтому исследование взаимодействия засухи и УФ-Б облучения необходимо, чтобы понять, как растения противостоят меняющимся условиям среды.

При исследовании взаимодействия между засухой и УФ-Б были получены противоречивые результаты. У выращиваемой в полевых условиях сои недостаток воды снижал потери урожая, вызванные УФ-Б облучением [2]. Сочетание недостатка воды и УФ-Б стресса было более эффективно для роста и развития коровьего гороха, чем действие каждого из этих стрессоров по отдельности [1]. По-видимому, в случае одновременного действия нескольких стрессов каждый из них оказывал некое адаптивное влияние и уменьшал вредное действие других факторов. УФ-Б облучение может приводить к облегчению вредного влияния дефицита воды или оказывать дополнительное вредное влияние на физиологические процессы в растении. Например, при комбинации УФ-Б и водного стресса рост растений огурца и редиса был жестоко подавлен, но содержание белка возрастало [3]. Тегатига с соавт. [4] продемонстрировали дополнительный вредный эф-

фект УФ-Б облучения растений сои на видимый фотосинтез на фоне действия засухи. Teramura с соавт. [5] также сообщили, что взаимодействие водного стресса и УФ-Б облучения растений сои зависело как от их генотипа, так и от эффективности использования ассимилятов.

Накапливается все больше данных о том, что оксид азота (NO) может играть защитную роль в ответной реакции растений на стрессы. Предобработка растений риса NO в низких концентрациях улучшала выживание растений при солевом и тепловом стрессах [6]. Tu с соавт. [7] также обнаружили, что обработка растений пшеницы 0.1 мМ нитропруссидом натрия (НП), источником образования NO, замедляла старение листьев, подавляя деградацию хлорофилла и растворимых белков, особенно Рубиско. У растений картофеля, обработанных NO, не проявлялся хлороз и фрагментация ДНК; у них не наблюдали апоптоза, индуцируемого дикватом, метилвиологеновым гербицидом [9]. В настоящее время известно, что NO является вторичным мессенджером в растениях. Предполагается, что NO может выступать в качестве сигнальной молекулы, индуцирующей/стабилизирующей экспрессию многих антиокси-дантных ферментов, присутствующих в организмах многих животных и в растениях [9].

Задачами данного исследования было, во-первых, исследовать рост проростков пшеницы и некоторые биохимические изменения, происходящие в них под влиянием засухи и УФ-Б облучения, а также их сочетания; во-вторых, выяснить, проявляется ли при комбинации двух стрессоров их аддитивность или антагонизм, и в-третьих, исследовать возможную роль NO при этих стрессах.

МЕТОДИКА

Растительный материал и применяемые обработки. Семена пшеницы (Triticum aestivum L., сорт W7) были предоставлены нам докт. Tao Wang (Институт биологии в Чэнду, Академия наук Китая). Отобранные семена стерилизовали 0.1%-ной HgCl2 (вес/объем) в течение 3 мин, тщательно промывали водопроводной водой и, наконец, дистиллированной водой. Затем их высаживали в силиконовый песок и поливали разбавленным вдвое раствором Хогланда. После прорастания семян проростки выращивали в фитотроне при 22/18°C (день/ночь), 14-часовом фотопериоде при освещенности 120 мкмоль/(м2 с). Освещенность определяли с помощью CI3-01PS-системы ("CID", США), снабженной флуоресцентными лампами (400-700 нм). После завершения роста второго листа проростки подвергали различным воздействиям.

Мы использовали три фактора: один из них имеет отношение к водному режиму - достаточ-

ный полив (П) или засуха (3), второй - к УФ-Б облучению - облучение (+УФ) или его отсутствие (-УФ) и третий - обработка 0.2 мМ нитропруссидом натрия (+НП) или без НП (-НП). Проростки были поделены на 8 групп, к которым применяли разные комбинации этих факторов: (П, -НП, -УФ), (П, +НП, -УФ), (3, -НП, -УФ), (П, +НП, -УФ), (П, -НП, +УФ), (П, +НП, +УФ), (3, -НП, +УФ) и (3, +НП, +УФ). Каждая группа состояла из 30 проростков.

Засуху создавали с помощью 15%-ного ПЭГ (около -0.5 МПа). УФ-Б освещение получали от Gucun-ламп ("Gucun Instr. Factory", Китай). Лампы подвешивали над горшками с растениями, и свет пропускали или через 0.13-миллиметровую пленку из диацетата целлюлозы (пропускающую свет с длиной волны менее 290 нм), т.е. УФ-Б радиацию, или через 0.13-миллиметровую полиэфирную пленку (пропускающую свет с длиной волны менее 320 нм) в контроле [2]. Пленка из диацетата целлюлозы была предварительно облучена солнечным светом в течение 8 ч; интенсивность УФ-Б радиации была равна 3.5 кДж/м2. Спектры излучения ламп исследовали с помощью модели 742 с пектрального радиометра ("Optronics Lab.", США). УФ-Б радиации была сопоставлена с общим спектром действия ответной реакции растений и нормализована при 300 нм [10]. Через 7 дней обработки УФ-Б собирали побеги, немедленно замораживали их в жидком азоте и хранили при -20°С вплоть до дальнейшего анализа.

Определение содержания Н202, ТБКАП и пролина. Содержание Н202 определяли методом Brennan и Frenkel [11], измеряя абсорбцию при 415 нм комплекса титана и Н202. Калибровочная кривая была построена с известными концентрациями Н202. Уровень перекисного окисления ли-пидов (ПОЛ) в листьях и корнях определяли по содержанию ТБК-активных продуктов (ТБКАП), образующихся в реакции с тБк, как описано Hodges с соавт. [12].

Пролин экстрагировали из растительного материала и определяли, как описано Bates с соавт. [13]. Около 0.5 г семян/проростков гомогенизировали с 6 мл сульфосалициловой кислоты; гомоге-нат центрифугировали при 3000 g в течение 20 мин. Супернатант обрабатывали уксусной кислотой и кислым нингидрином, кипятили в течение 1 ч и измеряли поглощение при 520 нм, используя в качестве стандарта L-пролин. Содержание пролина выражали в мкг/г сухого веса.

Измерение активности ферментов. Побеги пшеницы (1 г ) гомогенизировали с 3 мл 50 мМ натрий-фосфатного буфера (рН 7.8), содержавшего 1 мМ ЭДТА и 2%-ный (вес/объем) поливинилпо-липирролидон. Гомогенат центрифугировали при 13000 g в течение 20 мин при 4°С. Супернатант использовали для определения активности фер-

ментов и содержания белка. При приготовлении экстракта ферментов все процедуры проводили при 4°С.

Активность супероксиддисмутазы (СОД) определяли методом Giannopolitis и Ries [14]. За единицу активности фермента принимали его количество, необходимое для 50%-ного ингибиро-вания скорости восстановления тетразолия нит-росинего, измеренной при 560 нм.

Активность гваякол-зависимой пероксидазы (ГП) определяли модифицированной процедурой Egley с соавт. [15]. Реакционная смесь общим объемом 2 мл содержала 25 мМ натрий-фосфатный буфер (рН 7.0), 0.1 мМ ЭДТА, 0.05%-ный гваякол (2-этоксифенол), 1.0 мМ Н2О2 и 100 м кл экстракта, содержавшего фермент. Измеряли увеличение поглощения при 470 нм, происходившего из-за окисления гваякола (E = 26.6/(мМ см)).

Активность аскорбатпероксидазы (АскП) определяли методом Nakano и Asada [16]. Реакционная смесь общим объемом 2 мл содержала 25 мМ натрий-фосфатный буфер (рН 7.0), 0.1 мМ ЭДТА, 0.25 мМ аскорбат, 1.0

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