Н Хромих - Зміни активності глутатіон-8-трансферази та вмісту глутатіону у листі дводольних бур'янів за дії гербіциду харнес - страница 1

Страницы:
1 

ВІСНИК ЛЬВІВ. УН-ТУ VISNYK OF LVIV UNIV.

Серія біологічна. 2010. Вип. 54. С. 239-244    Biology series. 2010. Is. 54. P. 239-244

Фізіологія рослин

УДК 577.12 + 632.95.025.8

ЗМІНИ АКТИВНОСТІ ГЛУТАТІОН-8-ТРАНСФЕРАЗИ ТА ВМІСТУ ГЛУТАТІОНУ У ЛИСТІ ДВОДОЛЬНИХ БУР'ЯНІВ ЗА ДІЇ ГЕРБІЦИДУ ХАРНЕС

Н. Хромих

Дніпропетровський національний університет імені Олеся Гончара пр. Гагаріна, 72, Дніпропетровськ 49010, Україна e-mail: Khromykh58@rambler.ru

У польовому експерименті досліджено реакцію глутатіон-залежної системи дводольних бур'янів на вплив гербіциду харнес. На фоні знижен­ня вмісту відновленого глутатіону (GSH) виявлено зростання активності глутатіон-8-трансферази (GST) у листі щириці лободовидної в 4 рази, амб­розії полинолистої майже в 3 рази, лободи білої в 2 рази, а також відсут­ність достовірних змін у листі чорнощиру нетреболистого. Зроблено ви­сновок про можливість детоксикації харнесу шляхом кон'югації з глутаті-оном у листі щириці, амброзії та лободи. Обговорено можливість одночас­ного існування кількох механізмів антиоксидантного захисту в адвентив­них рослин.

Ключові слова: дводольні бур'яни, глутатіон-8-трансфераза, глутатіон, гер­біциди, антиоксидантний захист.

В останні роки стало очевидним, що недостатня ефективність дії гербіцидів і не­минучі негативні наслідки їх застосування не відповідають сучасним вимогам екологі-зації агроценозів [2, 5]. Нові підходи до контролю чисельності сегетальних рослин мо­жуть полягати у підвищенні їхньої чутливості до гербіцидів шляхом зниження рівня фізіолого-біохімічного захисту бур' янів від впливу токсикантів. Зрозуміло, що такий підхід передбачає вивчення основ стійкості до гербіцидів кожного з видів бур'янів, ви­корінення яких наразі є проблематичним. Метаболічні відповіді бур'янистих рослин на дію токсикантів детально не вивчали, тому, крім суто практичних результатів, зазначені дослідження здатні розширити наукові уявлення про видові особливості функціонуван­ня захисних механізмів у рослин.

Відомо, що ефективним шляхом детоксикації гербіцидів у культурних рослинах є процес кон'югації з глутатіоном [12, 13], який каталізують глутатіон-8-трансферази (GST). Поряд із тим, у науковій літературі поширене уявлення про відсутність або низь­ку ефективність такого механізму у дводольних бур' янів, що забезпечує селективність дії гербіцидів [6]. У наших попередніх дослідженнях з'ясовано, що в листі та коренях амброзії полинолистої за рахунок функціонування глутатіон-залежної системи відбува­лась детоксикація гербіцидів різних класів, унаслідок чого знижувалася чутливість рос­лини до цих препаратів [9]. У даній роботі ми мали на меті виявити здатність до кон'ю­гації гербіциду харнес із глутатіоном у групі дводольних бур' янистих рослин, які на сьогодні є найбільш поширеними в посівах кукурудзи у Степовому Придніпров'ї.

Дослідження проведені у 2007-2009 рр. на дослідних ділянках Інституту зерново­го господарства УААН (м. Дніпропетровськ). Польові досліди були закладені у 5-кратній повторності, площа кожної ділянки становила 30 м2. Об'єктами дослідження були рослини таких видів: щириця лободовидна (Amaranthus blitoides S. Watson), лобода

© Хромих Н., 2010

ЗМІНИ АКТИВНОСТІ ГЛУТАТЮН^-ТРАНСФЕРАЗИ ТА ВМІСТУ...

біла (Chenopodium album L.), амброзія полинолиста (Ambrosia artemisifolia L.), чорно-щир нетреболистий (Iva xantifolia Nutt.). За контрольні вважали рослини на ділянках із природною засміченістю, дослідні росли на ділянках, оброблених гербіцидом харнес (вносили у ґрунт у дозі 2,5 л/га перед сівбою культури). У листі іматурних рослин бу­р' янів визначали вміст відновленого глутатіону за [10]: з 0,5 г сирої тканини 0,1 М трис-буфером (рН 7,8) екстрагували тіолові сполуки, осаджували білки додаванням 50% роз­чину трихлороцтової кислоти, у небілковій фракції після інкубування проби при 37°С протягом 1 год спектрофотометричним методом визначали вміст тіолів за реакцією з 0,05 мл 0,001 М розчину 5,5-дитіобіс(2-нітробензойної кислоти). Вміст тіолів вирахову­вали за допомогою калібрувального графіка, побудованого по відновленому глутатіону, і виражали в нмоль/г сирої речовини. Каталітичну активність GST визначали за реакці­єю з хлординітробензолом (ХДНБ) за [14], як було описано в попередній роботі [9], і виражали в нмоль ХДНБ/сек (нкатал). Статистичну обробку результатів проведено за допомогою пакету Microfoft Statistica 6.0.

У польових експериментах з' ясовано, що у посівах кукурудзи сегетальна рослин­ність представлена 10-15 видами, серед яких найбільш численними дводольними бур' я­нами були 4 види (табл. 1).

Таблиця 1

Склад групи найбільш поширених дводольних бур' янистих видів у посівах кукурудзи

(усереднено по роках досліджень)

№ п/п

Вид рослини

Кількість рослин, шт./м2

Середнє, M±m

Частка від загаль­ної кількості рос­лин на ділянці, %

 

 

2007 р.

2008 р.

2009 р.

 

 

1

Щириця лободовидна

1,13

1,47

1,27

1,29±0,09

20,8

2

Амброзія полинолиста

1,30

1,03

0,90

1,08±0,12

17,4

3

Лобода біла

0,87

0,80

0,63

0,77±0,07

12,4

4

Чорнощир нетреболистий

0,57

0,87

0,47

0,64±0,12

10,3

Показники вмісту відновленого глутатіону у листі контрольних рослин усіх дослі­джуваних бур' янистих видів різнились несуттєво (табл. 2) та були одного порядку з літе­ратурними даними, наведеними для рослин арабідопсису [1], люпину [15] та ячменю [3], у яких глутатіон-залежна система є важливою ланкою антиоксидантного захисту.

Таблиця 2

Вплив гербіциду харнес на вміст відновленого глутатіону (нмоль/г тканини) у листі бур' янистих рослин

п/п

Вид рослини

Вміст глутатіону, нмоль/г тканини

р

% до контролю

 

 

контроль

дослід

 

 

1

Щириця лободовидна

259,36±17,84

232,16±15,44

0,310

89,5

2

Амброзія полинолиста

327,04±9,28

302,72±12,36

0,191

92,6

3

Лобода біла

243,04±7,20

215,84±11,86

0,121

88,9

4

Чорнощир нетреболистий

324,32±7,05

326,88±4,71

0,778

100,8

Примітка. Розбіжності достовірні при р<0,05.

Обробка харнесом спричинила зниження вмісту відновленого глутатіону на 8­11% щодо контролю у листі рослин щириці лободовидної, амброзії полинолистої, лобо­ди білої, тоді як у листі рослин чорнощиру нетреболистого рівень глутатіону не змен­шився.

Установлено, що рівні каталітичної активності GST у листі контрольних рослин усіх видів бур'янистих рослин перебували в інтервалі 1,1-1,6 нанокатал (див. рисунок).

w

Р ш 7 000 6 000 5 000 4 000 3 000 2 000 1 000

0

4 370

у >07t

О пот

2 007

1 3381 2977

t

12 3 4

Види рослин

□ Контроль □ Дослід

Вплив обробки гербіцидом харнес на рівень глутатіон-трансферазної активності (нмоль ХДНБ/ сек.) у листі бур'янистих рослин: 1 - щириця лободовидна; 2 - амброзія полинолиста; 3 -лобода біла; 4 - чорнощир нетреболистий.

Гербіцидна обробка спричинила достовірне зростання глутатіон-трансферазної активності в листі рослин щириці (398% до контролю), амброзії (277% до контролю) та лободи (194% до контролю). У листі чорнощиру дія харнесу знижувала показник актив­ності GST до 97% від контрольного рівня (недостовірна розбіжність).

Аналіз наведених результатів показав, що рівні відновленого глутатіону та ката­літичної активності GST за контрольних умов у листі всіх видів дводольних бур'янів були близькими за значеннями, тоді як за дії гербіциду харнес виявилися неоднорідні зміни показників у досліджуваних бур' янів. Рослини щириці лободовидної, амброзії полинолистої та лободи білої проявили здатність до значної активації глутатіон-трансферазної активності на фоні незначного зниження рівня відновленого глутатіону. Різкого зниження вмісту тіолового трипептиду не було зареєстровано, ймовірно, тому, що для аналізу відбирали листя не ювенільних (одразу після обробки гербіцидом), а іматурних рослин бур' янів. Незважаючи на це, можна дійти висновку, що зазначені змі­ни є свідченням функціонування механізму детоксикації гербіциду харнес шляхом кон'­югації з глутатіоном за участю GST у листі щириці, амброзії та лободи.

Водночас у листі рослин чорнощиру за дії гербіциду рівні відновленого глутатіо-ну та глутатіон-трансферазної активності не зазнали змін, що може бути обумовлено відсутністю процесу кон' югації з глутатіоном. Необхідні додаткові дослідження, щоб

ЗМІНИ АКТИВНОСТІ ГЛУТАТЮН^-ТРАНСФЕРАЗИ ТА ВМІСТУ...

з' ясувати, в чому причина: у нездатності рослин чорнощиру до активації GST, відсутно­сті відповідних ізоферментів GST для детоксикації молекул хлорацетаніліду (діюча ре­човина гербіциду харнес) або ж у функціонуванні якихось інших механізмів знешко­дження гербіцидів.

Відомо, що в рослинних організмах сформовані декілька механізмів контролю гомеостазу та ліквідації індукованого токсикантами стресу. Вони включають транспорт­ну систему, яка локалізує або ефективно виводить токсиканти, а також різноманітні ліганди, які зв' язують і знижують їхню токсичність: органічні кислоти, пептиди, фено­льні сполуки [15]. Дослідження останніх років переконливо свідчать, що стійкі до не­сприятливих чинників рослини одночасно використовують декілька механізмів адапта­ції на різних рівнях [4]. Наприклад, рослини амброзії полинолистої, поряд із виявлен­ням нами шляхом детоксикації деяких гербіцидів за участю глутатіон^-трансферази [9], здатні до утворення їх кон'югатів з глюкозою [11]. Крім того, у рослинах амброзії виявлено високий вміст аскорбінової кислоти, яка є важливим компонентом антиокси­дантної системи рослин, що також свідчить на користь існування у цього виду різних адаптивних механізмів [8].

На нашу думку, амброзія полинолиста не є винятком, і одночасне функціонуван­ня кількох механізмів антиоксидантного захисту може бути виявлене в інших адвентив­них видах рослин, адже саме такі види при розширенні ареалу адаптувалися до різнома­нітних умов існування. Принаймні, серед досліджуваних нами найбільш поширених в агроценозах (тобто найбільш стійких до гербіцидів) дводольних бур' янів три види (щириця лободовидна, амброзія полинолиста, чорнощир нетреболистий) є адвентивни­ми, походженням з Північної Америки, а лобода біла - космополіт [7].

Таким чином, у польовому експерименті установлено здатність щириці лободо-видної, амброзії полинолистої та лободи білої до значного підвищення рівня активності GST за дії харнесу, а відтак і до детоксикації гербіциду шляхом кон'югації з глутатіо-ном. Отримані результати пояснюють недостатню ефективність контролю бур' янів за допомогою самої обробки досходовим гербіцидом. Вивчення реакції чорнощиру нетре-болистого на дію харнесу показало існування особливостей у функціонуванні глутатіон-залежної системи різних видів дводольних бур' янистих рослин.

1. Войчик М., Павликовская-Павлега Б., Тукиендорф А. Физиологические и уль­траструктурные ответы растений арабидопсиса на избыток меди и изменение уров­ня восстановленного глутатиона // Физиология растений. 2009. Т. 56. № 6. С. 906­916.

2. Іващенко О. О. Резерви гербології // Карантин і захист рослин. 2004. № 4. С. 12-14.

3. Козел Н. В., Шалыго Н. В. Антиоксидантная система листьев ячменя при фото­окислительном стрессе, индуцированном бенгальским розовым // Физиология рас­тений. 2009. Т. 56. № 3. С. 351-358.

4. Лобачевська О. В. Механізми толерантності рослин та їх адаптація до стресу // На­укові основи збереження біотичної різноманітності: Матеріали восьмої наук. конф. молодих учених. (5-6 листопада 2007 р., Львів). С. 25-33.

5. Манівчук Ю. В. Агросфера як компонент ноосфери та необхідність її екологізації в Карпатах // Екологія та ноосферологія. 2005. Т. 16. № 3-4. С. 95-102.

6. Мордерер Е. Ю. Избирательная фитотоксичность гербицидов / НАНУ, Ин-т физио-логии растений и генетики. К.: Логос, 2001. 240 с.

7. Тарасов В. В. Флора Дніпропетровської та Запорізької областей. Судинні рослини. Біолого-екологічна характеристика видів: Монографія. Дніпропетровськ: Вид-во

ДНУ, 2005. 276 с.

8. Терек О. І., Пацула О. І. Вивчення росту та розвитку рослин у Львівському націо­нальному університеті імені Івана Франка // Фізіологія рослин: Проблеми та перс­пективи розвитку: у 2 т. / НАН України, Ін-т фізіології рослин і генетики. К.: Ло­гос, 2009. Т. 2. С. 602-611.

9. Хромих Н. Дослідження участі глутатіон^-трансферази амброзії полинолистої (Ambrosia artemisifolia L.) в детоксикації гербіцидів // Вісн. Львів. ун-ту. Сер. біол. 2007. Вип. 44. С. 151-154.

10. Экологическая физиология растений: Руководство к лабораторным и практическим занятиям / Уральский гос. ун-т им. А. М. Горького. Екатеринбург, 2008. 157 с.

11. Ballard T. O., Foley M. E., Baumann T. T. Absorption, translocation and metabolism of imazethapir in common ragweed (Ambrosia artemisifolia) and giant ragweed (Ambrosia trifida) / Weed Sci. 1995. Vol. 43. P. 572-577.

12. Gronwald J. W., Fuerstb E. P., Eberleinb C. V., Eglib M. A. Effect of herbicide antidotes on glutathione content and glutathione S-transferase activity of sorghum shoots // Pesti­cide Biochem. Physiol. 1987. Vol. 29. N 1. P. 66-76.

13. Gronwald J.W., Plaigance K. L. Isolation and characterization of glutathione S-transferase isozymes from sorghum // Plant Physiol. 1998. Vol. 117. N 1. P. 677-692.

14. Jacoby W. B. Glutathione Transferases: Methods in Enzymology // Acad. Press. INC. 1985. P. 495-510.

15. Vazqueza S., Goldsbrought P., Carpenaa R. O. Comparative analysis of the contribution of phytochelatins to cadmium and arsenic tolerance in soybean and white lupin // Plant Physiol. Biochem. 2009. Vol. 47. N 1. P. 63-67.

CHANGES OF GLUTATHIONE-S-TRANSFERASE ACTIVITY AND GLUTATHIONE CONTENT IN DICOTYLEDONOUS WEEDS'S LEAVES UNDER HERBICIDE HARNESS ACTION

N. Khromykh

Oles Honchar Dnipropetrovsk National University 72, Gagarin Ave., Dnipropetrovsk 49010, Ukraine e-mail: Khromykh58@rambler.ru

Reaction of glutathione-dependent system of dicotyledonous weeds on herbicide harness treatment in field experiment was studied. Decreasing of re­duced glutathione (GSH) content and enhancing of glutathione S-transferase (GST) activity 4-fold in Amaranthus blitoides leaves, 3-fold in Ambrosia arte-misifolia, 2-fold in Chenopodium album, but absence of changes in Iva xantifo-lia leaves were revealed. Harness detoxification mechanism due conjugation with glutathione in A. blitoides, A. artemisifolia and Ch. album was concluded. Functioning of several antioxidant mechanisms in adventives weeds discussed.

Key words: dicotyledonous weeds, glutathione S-transferase, glutathione, herbi­cides, antioxidant protection.

ЗМІНИ АКТИВНОСТІ ГЛУТАТІОН^-ТРАНСФЕРАЗИ ТА ВМІСТУ...

ИЗМЕНЕНИЯ АКТИВНОСТИ ГЛУТАТИОН- S-ТРАНСФЕРАЗЫ И СОДЕРЖАНИЯ ГЛУТАТИОНА В ЛИСТЬЯХ ДВУДОЛЬНЫХ СОРНЫХ РАСТЕНИЙ ПОД ДЕЙСТВИЕМ ГЕРБИЦИДА ХАРНЕС

Н. Хромых

Днепропетровский национальный университет имени Олеся Гончара пр. Гагарина, 72, Днепропетровск 49010, Украина e-mail: Khromykh58@rambler.ru

В полевом эксперименте исследована реакция глутатион-зависимой системы двудольных сорных растений на действие гербицида харнес. На фоне снижения содержания восстановленного глутатиона (GSH) выявлено возрастание активности глутатион^-трансферазы (GST) в листьях щири­цы запрокинутой в 4 раза, амброзии полыннолистной почти в 3 раза, мари белой в 2 раза, а также отсутствие достоверных изменений в листьях цик-лахены. Сделан вывод о возможности детоксикации харнеса путем конъ­югации с глутатионом в листьях щирицы, амброзии и мари. Обсуждена возможность одновременного существования нескольких механизмов ан-тиоксидантной защиты у адвентивных растений.

Ключевые слова: двудольные сорные растения, глутатион^-трансфераза, глутатион, гербициды, антиоксидантная защита.

Стаття надійшла до редколегії 01.03.10 Прийнята до друку 04.06.10

Страницы:
1 


Похожие статьи

Н Хромих - Зміни активності глутатіон-8-трансферази та вмісту глутатіону у листі дводольних бур'янів за дії гербіциду харнес

Н Хромих - Функціонування глутатіонового циклу в апікальній меристемі та зоні росту коренів

Н Хромих - Стан глутатіон-залежної системи насіння aesculus hippocastanum за умов антропогенного забруднення