Д Качмар, О Гарайда, М Кобилецька - Вплив саліцилової кислоти на ріст і активність оксидаз у рослин - страница 1

Страницы:
1 

ВІСНИК ЛЬВІВ. УН-ТУ VISNYK OF LVIV UNIV.

Серія біологічна. 2007. Вип. 44. С. 164-169    Biology series. 2007. Is. 44. P. 164-169

УДК 577.15:631.811

ВПЛИВ САЛІЦИЛОВОЇ КИСЛОТИ НА РІСТ І АКТИВНІСТЬ ОКСИДАЗ У РОСЛИН

Д. Качмар, О. Гарайда, М. Кобилецька, О. Терек

Львівський національний університет імені Івана Франка вул. Грушевського, 4, Львів 79005, Україна е-mail: biofr@franko.lviv.ua

Досліджено вплив саліцилової кислоти (СК) у концентраціях 0,5 х 106, 1х10"6, 5х10-6, 10х10-6 М на ріст рослин, а також активність каталази і перок-сидази в органах соняшника (Helianthus annuus L.) та кукурудзи (Zea mays L.). З'ясовано, що за дії СК ріст і активність ферментів у досліджуваних рослинах змінюється залежно від вмісту регулятора росту в середовищі.

Ключові слова: ріст, саліцилова кислота, каталаза, пероксидаза, соняшник, кукурудза.

Наука не стоїть на місці, щодня до нас надходить інформація про нові винаходи і відкриття в галузях, у яких, здавалося б, вже все давно відомо і відкривати немає чого. Проте вченим знову і знову вдається виявляти нові властивості у добре відомих людству сполук. До таких належить і саліцилова кислота (СК).

СК належить до сполук, які найбільш активно вивчаються протягом останнього часу. Підвищений інтерес до вивчення ролі СК пов'язаний із її практичним використан­ням, оскільки вона є важливою ендогенною сигнальною молекулою [5-7], беручи участь у захисних реакціях рослин за дії стресових факторів різної природи [2]. Важливим ас­пектом дії СК як нового регулятора росту є підвищення стійкості рослин до несприятли­вих факторів середовища - високих і низьких температур, нестачі вологи, ураження фітопатогенами та шкідниками [3, 18]. СК індукує системну набуту стійкість, де однією з ключових реакцій рослинних клітин на дію стресових факторів є нагромадження актив­них форм кисню, впливаючи на активність ферментів-антиоксидантів [1, 4]. Утворення великої кількості пероксиду водню за дії стресових факторів є причиною активації синте­зу фітогормонів - СК і жасмонової кислоти. Зокрема, підвищення вмісту СК посилює реакцію надчутливості, яка є одним із ефективних способів захисту рослинного організму від пошкодження фітопатогенами. У цій реакції саліцилат виступає інгібітором каталази - ферменту, який розщеплює пероксид водню. Таким чином, пероксид водню, активуючи синтез СК, сприяє ще більшому нагромадженню активних форм кисню і викликає посилення реакції надчутливості [8].

Метою нашої роботи було виявити вплив СК у різних концентраціях на морфомет-ричні параметри й активність каталази та пероксидази рослин соняшника і кукурудзи.

Досліди проводили на проростках соняшника (Helianthus annuus L.) сорту Світоч та кукурудзи (Zea mays L.) сорту Закарпатська жовта зубоподібна. Насіння соняшника і кукурудзи пророщували у кюветах на вологому фільтрувальному папері в темному тер­мостаті при температурі +24°С протягом трьох діб.

Проростки соняшника та кукурудзи через три доби пересаджували на середовища, які містили СК у різних концентраціях (0,5 х10-6, 1х10-6, 5х10-6, 10х10-6 М). Контролем слугували рослини, які вирощували на дистильованій воді. Через одну добу після пере­саджування визначали морфометричні показники, активність каталази і пероксидази в органах рослин соняшника та кукурудзи.

© Качмар Д., Гарайда О., Кобилецька М., Терек О., 2007

ВПЛИВ САЛІЦИЛОВО! КИСЛОТИ НА РІСТ...

Активність каталази визначали за методом [7], виражали у мкМ Н2О2 на 1 мг білка за 1 хв. Білок у ферментному препараті визначали за методом Бредфорда [17], активність пероксидази - за [3]. Дані опрацьовували статистично з визначенням середнього арифме­тичного зі стандартною похибкою ± пі).

Результати досліджень впливу СК на морфометричні показники рослин соняшника та кукурудзи подано у табл. 1 і 2.

Аналізуючи отримані дані, можна сказати, що СК стимулює ріст як коренів, так і пагонів рослин соняшника. Так, довжина коренів рослин, які росли на середовищі із вмістом СК 10 мкМ/л перевищувала довжину коренів контрольних рослин у 1,6 разу, а пагонів - у 1,4 разу. Проте збільшення морфометричних параметрів рослин із зростанням концентрації СК у поживному розчині не було прямопропорційним. Зокрема, СК у концентрації 1 мкМ/л не викликала подібного стимулювального ефекту. Щодо рослин кукурудзи, то вплив СК на морфометричні показники мав протилежний ефект: у всіх досліджуваних варіантах фітогормон інгібував ріст органів.

Результати досліджень впливу СК у різних концентраціях на активність каталази і пероксидази у рослин соняшника та кукурудзи показано на рис. 1-4.

Як видно з рис. 1, активність ферменту каталази у тканинах рослин соняшника, що росли на середовищі із вмістом СК різної концентрації, знижувалася порівняно з контро­лем. Максимальне інгібування активності фермента виявлено за дії СК у концентрації 5*10~6 моль/л.

Дещо інша ситуація виявлена у рослин кукурудзи (рис. 2), а саме - простежувало­ся підвищення активності каталази за наявності в середовищі СК. Зокрема, найвища ак­тивність даного ферменту виявлена в тканинах рослин, які росли на середовищі із вміс­том регулятора росту у концентрації 5><10"6 моль/л.

Проте, у пагонах і коренях як рослин соняшника, так і рослин кукурудзи, що росли на розчині, який містив СК у концентрації 1>10-6 М, спостерігалося значне підвищення активності каталази порівняно з контролем й іншими варіантами.

Згідно з даними літератури, між СК і активністю каталази існує чіткий взаємозв'я­зок. Зокрема встановлено, що СК індукує експресію генів каталази кукурудзи і підвищує каталазну активність у тканинах листків рису [9,10]. Проте, існують і протилежні дані. Так, СК інгібує активність каталази у листках рослин тютюну [11,15]. Ймовірною причи-

Таблиця 1

Ростові параметри 4-добових проростків соняшника за дії СК різної концентрації

(мм; M±m; n=10)

Орган

Концентрація СК, мкМ

 

0 (контроль)

0,5                  1 5

10

Корінь Пагін

57±7 54±4

73±4              54±4 78±5 66±3              50±3 69±5

92±7 74±4

Таблиця 2

Ростові параметри 4-добових проростків кукурудзи за дії СК різної концентрації

(мм; M±m; n=10)

Орган

Концентрація СК, мкМ

 

0 (контроль)

0,5                  1 5

10

Корінь Пагін

116±5 75±1

59±2              80±2 72±2 45±1              63±2 60±3

75±1 47±2

і

со

X її

s~ со

го с; го

го

їй

о со 0,09 0,08 0,07 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01

0

0        0,5        1 5 10

Концентрація СК, мкмоль/л

Рис. 1. Активність каталази у рослин соняшника за дії СК різної концентрації.

і

CQ X

її CO

ro

ro

\-

ГО її

o

CQ

I-

ЇЇ

0,006 0,005 0,004 0,003 0,002 0,001

0

0,5        1 5

Концентрація СК, мкмоль/л 10

Рис.2. Активність каталази у рослин кукурудзи за дії СК різної концетрації.

0

ВПЛИВ САЛІЦИЛОВО! КИСЛОТИ НА РІСТ...

о

1=

.D I-

O

CQ

I-

ІЇ

0,12 0,1 0,08 0,06 0,04

0,02 0

Ш

cz

I-

o

'x

CQ

s I-

0 0,5 1 5 10

Концентрація СК, мкмоль/л

Рис. 3. Активність пероксидази у рослин соняшника за дії СК різної концентрації.

5

4,5

£ 4

£ 3,5 со

§ 3

о

о 2,5 2 1,5 1

0,5 0

їй

□ корінь

пагін

0

0,5 1 5

Концентрація СК, мкмоль/л

Рис. 4. Активність пероксидази за дії СК різної концентрації.

10ною цього є специфічне зв'язування СК з каталазою. Остання може слугувати рецепто­ром СК, котра акумулюється в ході інфікування [12]. Цікаво, що крім каталази, деякі інші білки, включаючи пероксидазу, також здатні до специфічного зв'язування із СК [13]. Окрім цього, СК може переходити у зв'язану форму, взаємодіючи з глюкозою, і утворювати глікозиди [8].

Аналізуючи активність ферменту пероксидази у тканинах коренів рослин соняш­ника за дії СК (рис. 3), було відмічено її зростання відносно контролю. Натомість спо­стерігалося зниження активності даного ферменту у пагонах досліджуваних рослин.

Водночас дія СК на тканини органів рослин кукурудзи (рис. 4) спричинювала зниження активності пероксидази, як у коренях, так і у пагонах цих рослин.

Таким чином, нами було виявлено суттєві відмінності у впливі СК на активність оксидаз у рослин соняшника та кукурудзи. Дія СК, очевидно, має видоспецифічний ефект. Розбіжності поглиблюються ще й тим, що досліджувані рослини належать не лише до різних видів, а й до різних класів, і це, ймовірно, зумовлює такий ефект. Отри­мані результати підтверджуються даними літератури, згідно з якими СК по-різному нагромаджується не лише у тканинах різних видів рослин, але й у різних органах рос­лин одного виду. Так, у стеблах рису її більше, ніж у коренях і суспензійній культурі [1 4, 16]. Проте, більш повна оцінки впливу СК на антиоксидантний статус рослин потребує проведення подальших досліджень.

Оскільки пероксид водню виступає одним із індукторів синтезу СК в рослинному організмі [8], а також з метою з'ясування впливу СК на вміст пероксиду водню, на да­ний час нами проводиться визначення вмісту пероксиду водню у тканинах рослин, які росли на середовищі із різним вмістом СК.

1. Адамовская В. Г., Молодченкова О. О., Клечковская Е. А. и др. Активация защитной реакции у озимой пшеницы к Fusarium graminearum // Прикл. биохимия и микро-биол. 1999. 35. № 2. С. 231-235.

2. Васюкова Н. И., Герасимова Н. Г., Озерецковская О. Л. Роль салициловой кислоты в болезнеустойчивости растений // Прикл. биохимия и микробиол. 1999. Т. 35. № 5. С. 557.

3. Гавриленко В. Ф., Ладыгина М. Е., Хандобина Л. М. Большой практикум по физио­логии растений. Фотосинтез. Дыхание. Учеб. пособие. М.: Высш. шк., 1975. 392 с.

4. Глянько А. К., Макарова Л. Е., Лузова Г. Б. и др. Влияние салициловой кислоты на симбиотические взаимоотношения гороха и Rhizobium leguminozarum bv. Viceae // Физиология и биохимия культ. pастений. 2004. Т. 36. № 2. С. 124-128.

5. Карпець Ю. В., Анікіна Г. Є. Індукування термотолерантності рослинних клітин агентами окислюваного стресу // Молодь і поступ біології: Зб. тез Другої міжнар. конф. студентів і аспірантів. Львів, 2006. С. 162-156.

6. Ли-Джун Ван, Вей-Дун Хуан, Джи-Чен Чжан, Фен-И Юй. Транспорт 14С-салициловой кислоты в молодых растениях винограда, подвергнутых тепловому шоку // Физиология растений. 2004. Т. 51. № 2. С. 217-221.

7. Максимов И. В., Сурина О. Б., Сахатбутинова А. Р., Трошина Н. Б., Шакирова Ф. М. Изменение уровня фитогормонов в каллусах пшеницы под влиянием салицило­вой кислоты и инфицирования возбудителем твердой головни Tilletia caries (D C.) Tul. // Физиология растений. 2004. Т. 51. № 2. С. 256-261.

8. Медведев С. С. Физиология растений: Учебник. СПб.: Изд-во С.-Петерб. ун-та,

2004. С. 293.

ВПЛИВ САЛІЦИЛОВО! КИСЛОТИ НА РІСТ...

9. Chen Z., Iyer S., Caplan A. et al. Differential accumulation of salicylic acid-sensitive catalase in different rise tissues // Plant Physiol. 1997. Vol.114. P. 193.

10. Chen Z., Silva H., Klessing D. Active oxygen species in the induction of plant systemic acquired resistance by salicylic acid // Science. 1993. Vol. 262. P. 883.

11. Conrath U., Chen Z., Ricigliano J., Klessing D. Two inducers of plant defence re­sponses, 2,6-dichloroisonicotnic acid, inhibit catalase activity in tobacco // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1995. Vol. 92. P. 7143.

12. DongX. Finding the missing pieces in the puzzle of plant disease resistance // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1995. Vol. 92. P. 7137.

13. Du H., Klessing D. Identification of a soluble, high-affinity salicylic acid-binding protein in tobacco // Plant Physiol. 1997. Vol. 113. P.1319.

14. Guan L., Scandalios J. Developmentally related responses of maize catalase gene to sali­cylic acid // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1995. Vol. 92. P. 5930.

15. Kawano T., Sahashi N., Takahashi K. et al. Salicylic acid induces extracellular superoxide generation followed by an increase in cytosolic calcium ion in tobacco suspension culture: the earliest events in salicylic acid signal transduction // Plant Cell Physiol. 1998. Vol. 39. P. 721.

16. Mauch-Mani B., Metraux J. Salicylic acid and systemic acquired resistance to pathogen

attack // Annals Bot. 1998. Vol. 82. P. 535.

17. ReadS.M., Northcote D.N. Minimization of variation in the response to different proteins of the coomassie blu G dye-binding assay for protein // Analytical Biochemistry. 1981. Vol. 116. N 1. P. 53-64.

18. Reymond P., Farmer E. Jasmonate and salicylate as global signals for deferens gene ex­pression // Current option in Plant Biology. 1998. Vol. 1. P. 404.

EFFECT OF THE SALICYLIC ACID ON THE GROWTH AND ACTIVITY

OF PLANTS OXIDASES

D. Kachmar, O. Harayda, M. Kobyletska, O. Terek

Ivan Franko National University of Lviv 4, Hrushevskyi St., 79005 Lviv, Ukraine e--mail: biofr@franko.lviv.ua

Investigated the effects of the salicylic acid (SA) in concentrations of 0,5 >10-6, 1>10-6, 5>10-6, 10>10-6 moles on the growth and activity of catalase and peroxidase in the roots and shoots of the sunflower (Helianthus annuus L.) and maize (Zea mays L.) plants. Our researches revealed that SA causes changes in enzymes activity and growth of plants depending on the concentration of the growth regulator in the habitat.

Key words: growth, salicylic acid, catalase, peroxidase, sunflower, maize.

Стаття надійшла до редколегії 17.01.07 Прийнята до друку 25.01.07

Страницы:
1 


Похожие статьи

Д Качмар, О Гарайда, М Кобилецька - Вплив саліцилової кислоти на ріст і активність оксидаз у рослин