КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ
581.1
ИНДУЦИРОВАННЫЙ ЛАНТАНОМ И ЦЕРИЕМ ОКИСЛИТЕЛЬНЫЙ СТРЕСС У ПОГРУЖЕННЫХ ВОДНЫХ РАСТЕНИЙ НуйгШа уегНсИШа
© 2007 г. К. Ван*' **, Г. К. Ши**, К. С. Су**, Б. Д. Су**, Д. Чжао**
* Технологический университет провинции Шандон, Зибо, Китай ** Университет Нанъцзина, Нанъцзин, Китай Поступила в редакцию 27.02.2006 г.
Обработка водных растений HydriUa verticШata (Ь. £) Royle в течение 10 дней растворами солей лантана и церия приводила к возникновению окислительного стресса. Низкие концентрации этих солей (10 мкМ) не оказывали повреждающего действия. У растений, обработанных La и Се в повышенных концентрациях, возрастало содержание Н2О2, снижалось содержание хлорофилла и растворимого белка. Содержание малонового диальдегида повышалось с увеличением концентрации La и Се в среде. При повышении уровня La и Се в среде отмечали прогрессирующее снижение активностей супероксиддисмутазы и каталазы, а также повышение активности пероксидазы. Содержание про-лина незначительно снижалось при инкубации растений с 10 мкМ La и Се, но повышалось при действии La и Се в более высоких концентрациях. Результаты показывают, что La и Се вызывают окислительное повреждение, о чем свидетельствуют повышенная скорость перекисного окисления ли-пидов и пониженное содержание хлорофилла и белка.
HydrШa verticШaШ - церий - лантан - окислителъный стресс
ФИЗИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ, 2007, том 54, № 5, с. 781-785
УДК
ВВЕДЕНИЕ
Редкоземельные элементы (РЗЭ) включают скандий, иттрий и 15 элементов лантаноидной группы, среди которых наиболее распространены церий и лантан. Все эти элементы не являются необходимыми для жизни растений, не подвергаются биоразрушению и длительно сохраняются в окружающей среде [1].
Недавние исследования показали, что РЗЭ в определенных количествах могут повышать устойчивость растений к стрессовым воздействиям, стимулировать рост и развитие, а также повышать продуктивность сельскохозяйственных культур [2, 3]. В настоящее время РЗЭ находят широкое применение в сельском хозяйстве Китая, а также в качестве химических агентов при производстве катализаторов для автомобильных двигателей [4]. Вследствие этого все большее количество РЗЭ попадает в почву и водоемы. Несмотря на низкую токсичность редкоземельных металлов, нельзя забывать о потенциальной опасности не-
Сокращения: АФК - активные формы кислорода; МДА -малоновый диальдегид; ПОЛ - перекисное окисление липи-дов; РЗЭ - редкоземельные элементы; СОД - супероксид-дисмутаза.
Адрес для корреспонденции: X. Wang. College of Life Science, Shandong University of Technology, Zibo 255049, China. E-mail: xue_wang@163.com
контролируемого поступления РЗЭ в окружающую среду. Известно, что РЗЭ могут нарушать баланс элементов в окружающей среде и биосфере [5]. В долговременной перспективе РЗЭ могут стать одним из новых факторов загрязнения окружающей среды. В настоящее время значительные усилия направлены на изучение благоприятного действия РЗЭ на растения [2, 3]. Следует, однако, уделять больше внимания изучению токсических эффектов РЗЭ в растениях.
Водные растения отличаются особой чувствительностью к загрязнению водной среды, поскольку они находятся в непосредственном контакте с загрязняющими веществами [6, 7] и поглощают токсичные металлы из загрязненной среды через корни и листья [8].
В данной работе для исследования токсического действия РЗЭ на водные растения были выбраны погруженные растения HydrШa verticШata. Насколько нам известно, наша работа является первым сообщением о возникновении окислительного стресса под действием ионов Ьа и Се у водных растений.
МЕТОДИКА
Растительный материал, условия выращивания и способы обработки. Растения HydrШa verti-cШata (Ь. £) Яоу1е собирали в окрестностях Сужоу (Китай) и поддерживали в водной культуре в течение года. Молодые растения (высотой 8-10 см)
отделяли от материнских растений, промывали в дистиллированной воде и помещали в 10-кратно разбавленный раствор Хогланда. Растения культивировали в климатической камере, освещая по 16 ч в сутки при плотности светового потока 115 мкмоль квантов/(м2 с) и температуре 25/18°С (дневные/ночные часы).
Через шесть недель растения переносили в 2-литровые сосуды (шесть растений на сосуд), заполненные питательным раствором, в котором 0.2 мМ KH2PO4 был замещен на 0.125 мМ KCl во избежание осаждения солей LaPO4 и CePO4. Растворы с различными концентрациями La и Ce (10, 30, 50 и 100 мкМ) были приготовлены на основе солей La(NO3)3 и Ce(NO3)3. Контрольные растения выращивали на среде без добавления La и Ce. Питательные среды регулярно, с интервалами в два дня заменяли свежими растворами. Через 10 дней после начала опыта у исследуемых растений отрезали верхушки побегов размером 5 см. Образцы тщательно промывали сначала дистиллированной, а затем бидистиллированной водой и использовали для анализов.
Содержание H2O2 определяли по методу Lin и соавт. [9].
Содержание пролина оценивали по методике, описанной в работе [10].
Перекисное окисление липидов (ПОЛ) измеряли по уровню накопления малонового диальде-гида (МДА, продукт ПОЛ), используя реакцию с тиобарбитуровой кислотой, по методике Heath и Packer [11].
Активность ферментов. Образцы растительного материала весом 0.5 г гомогенизировали при температуре тающего льда в 5 мл 50 мМ фосфатного буфера (рН 7.8), содержавшего 1% поливи-нилпирролидона, 10 мМ в-меркаптоэтанола и небольшое количество окиси кремния. После гомогенизации растительного материала суспензию фильтровали через четыре слоя марлевой ткани. Фильтрат центрифугировали при температуре 4°С (10000 g, 20 мин) и полученную надосадочную жидкость использовали для анализа активности ферментов.
Активность супероксиддисмутазы (СОД, КФ 1.15.1.1) определяли по степени подавления реакции образования нитрита. За единицу активности СОД принимают количество фермента, которое снижает на 50% скорость образования нитрита в реакционной смеси, предложенной Oyanagui [12]. Активность каталазы (КФ 1.11.1.6) измеряли по образованию стабильного комплекса перокси-да водорода с молибдатом аммония [13]. Активность гваяколпероксидазы (КФ 1.11.1.7) определяли по увеличению оптической плотности смеси в области 470 нм в реакции окисления гваякола [14].
Хлорофилл и растворимый белок. Хлорофилл экстрагировали холодным 80%-ным раствором
ацетона и определяли по методу Атоп [15]. Содержание растворимого белка оценивали по методу [16] с использованием бычьего сывороточного альбумина в качестве стандарта.
Все анализы выполняли в трехкратной по-вторности. Представлены средние значения из трех опытов и их стандартные отклонения. Все данные обработаны статистически; достоверность различий оценивали при Р < 0.05.
РЕЗУЛЬТАТЫ
При всех использованных концентрациях Се наблюдали значительное повышение содержания Н202 в ткани по сравнению с контрольными значениями; наибольшее повышение отмечено при 100 мкМ Се (рис. 1а). При обработке растений ионами La наиболее низкие концентрации (10 мкМ) не оказывали эффекта на уровень Н202; все остальные концентрации вызывали значительное повышение содержания Н202 (рис. 1а). При этом наблюдалась положительная корреляция (Р < 0.01) между содержанием Н202 и концентрацией La или Се.
При концентрациях La и Се, 50 и 30 мкМ соответственно, наблюдали достоверное возрастание уровня МДА, причем содержание МДА продолжало возрастать при дальнейшем повышении концентраций La и Се (рис. 16). Уровень МДА в растениях Н. verticШata, обработанных ионами Се, был выше, чем в случае обработки ионами La. При повышении концентрации La и Се в среде до 100 мкМ содержание МДА повышалось на 60 и 165% соответственно. Следовательно, существует положительная корреляция между содержанием МДА и возрастающими концентрациями La (Р < 0.05) и Се (Р < 0.01).
Активности СОД и каталазы резко понижались при повышении наружной концентрации La и Се (рис. 1в, 1г), что отражает существование отрицательной корреляции. Наименьшие уровни активности обоих ферментов были отмечены при концентрации La и Се 100 мкМ. При повышении концентрации ионов Се активности ферментов снижались более круто, чем при аналогичных воздействиях ионов La.
Влияние La и Се на активность пероксидазы показано на рис. 1д. Активность пероксидазы незначительно повышалась при низких концентрациях и возрастала существенно при высоких концентрациях La и Се. Наиболее высокие активности пероксидазы наблюдали после обработки растений 50 мкМ La и 30 мкМ Се.
Уровень пролина не изменялся при действии La и Се в концентрации 10 мкМ, но существенно возрастал при дальнейшем повышении концентрации этих ионов (рис. 2а). При этом отмечалась достоверная положительная корреляция (Р < 0.01) между содержанием пролина и солей La и Се. В
ИНДУЦИРОВАННЫИ ЛАНТАНОМ И ЦЕРИЕМ ОКИСЛИТЕЛЬНЫИ СТРЕСС
783
25 20 15 10
20
15
10
(а)
(б)
Л
о и О К и о ю о я о
о к к
а
а & и
& Я
О
а
« Я
ч о ю и
8 §
Ё§ & ^
« И
О ^
О
50 40 30 20
% «Т 10
0
12 10
(а)
(б)
1500
Н" ^
О «1200
о я
£ § 900
о ^
я 3 600 я о к
300
300 250 200 150 100 50
200 150 100 50
-й
0
(в)
ГЬт,
(г)
Г±1
(д)
гЬ
0 10 30 50 100 Концентрация РЗЭ, мкМ
Рис. 1. Влияние Ьа (1) и Се (2) на содержание Н2О2, малонового диальдегида (МДА) и активность антиокислительных ферментов.
а
ч ч
и
о р
о
ч
*
е и н а
Н-р
е д
о
О
2.0 а
о
я 1.5
го
3
о
^ 0.5
(в)
гЬ,
0 10 30 50 100 Концентрация РЗЭ, мкМ
Рис. 2. Влияние Ьа (1) и Се (2) на содержание свободного пролина, хлорофилла и растворимого белка.
растениях, обработанных 100 мкМ растворами солей Ьа и Се, содержание пролина достигало максимальных значений, превышающих контрольные значения на 30 и 110% при действии Ьа и Се соответственно (Се оказывал более сильное действие, по сравнению с Ьа).
При повышении концентрации Ьа и Се в питательном растворе содержание растворимого белка постепенно снижалось (рис. 26); при этом деградация хлорофилла становилась заметной только при 100 мкМ Ьа и Се (рис. 2в).
ОБСУЖДЕНИЕ
Ьа и Се относятся к легким лантаноидам и по ряду физико-химических свойств сходны с кальцием [17]. В частности, ионный радиус лантано
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.