В задачи данной работы входило изучение антиоксидантных ферментных комплексов, защищающих растения на уровне клетки, которое позволяет раскрыть адаптационные механизмы стресс-устойчивости растений. Для этого сопоставляли активность ключевых ферментов супероксиддисмутазы (СОД), пероксидазы (ПOД) и альдегидоксидазы (АО) в физиологически нормальных условиях и при моделированной засухе.
Ключевые слова: пшеница, засухоустойчивость, ферменты-антиоксиданты, альдегидоксидаза.
The objectives of this research was to study the antioxidant enzyme complexes that protect the plants at the cellular level, which can reveal adaptation mechanisms of plant stress tolerance. To do this, was compared the activity of key enzymes superoxide dismutase (SOD), peroxidase (POD) and aldehydeoxidase (AO) in a physiologically normal conditions and simulated drought.
Keywords: wheat, drought tolerance, antioxidant enzymes, aldehyde oxidase
Одним из основных факторов внешней среды, лимитирующих рост и урожайность растений, является засуха. Устойчивость к засухе это наследственная способность растений к переживанию периодического водного дефицита без существенных последствий для роста, развития и продуктивности [1, c.380]
Целью работы было исследование роли антиоксидантной системы в проявлении конститутивной и индуцированной устойчивости растений пшеницы к обезвоживанию. Для этого сопоставляли активность ключевых ферментов супероксид дисмутазы (СОД), пероксидазы (ПOД) и альдегидоксидазы (АО) в физиологически нормальных условиях и при моделированной засухе.
В исследованиях были использованы засухоустойчивые линии пшеницы: среднеспелые Северянка, Алем и Мирас, в качестве стандарта был использован сорт Казахстанская 10. Засуху моделировали путем прекращения полива, степень воздействия стрессорного фактора оценивали по содержанию почвенной влаги. Растения пшеницы подвергали засухе в фазе «трубкование-колошение». В этой фазе растения наиболее уязвимы к недостатку влаги в почве. Образцы растений были отобраны на физиолого-биохимические анализы при появлении первых признаков увядания на 10 день развития стресса засухи.
Определение активности СОД было проведено по Beauchamp et. al. [2, c.276-287].
Определение активности ПОД проводили согласно методу Лебедева и др. [3,c. 1372-1379].
Альдегидоксидазная активность в образцах определялась по методу Rothe [4, c.493-499]. Нативный ЭФ проводился в 7.5% ПААГ в буферной системе по Laemmli [1970 [5, c.680-685] в отсутствии SDS при 40С.
Содержание белка анализировали по методу Лоури [6, c. 265-275].
Биохимическое определение ферментативной активности СОД у пшеницы показало, что активность СОД в условиях стресса засухи повышалась у линий Алем и Мирас на 50%, за исключением сорта Северянка, у которого она понижалась на 7% и стандартного сорта Казахстанская 10, у которой уровень активности СОД оставался на том же уровне (рисунок 1А).
Активность ПОД, измеренная в фазе «трубкование-колошение» в условиях полива и засухи, у всех испытанных сортов пшеницы понижалась в условиях засухи – у сорта Алем в 2 раза, у сортов Мирас и Казахстанская на 10- 20% (рисунок 1Б).
А Б
Рис. 1 – Активность СОД и ПОД в листьях 2х верхних ярусов пшеницы, выращенных при контрольных (полив) и опытных условиях (засуха) в фазе “трубкование-колошение: А-СОД, Б-ПОД.
Были обнаружены три изоформы АО пшеницы, причем, экспрессия верхних бендов не менялась в условиях стресса засухи и между сортами, а были обнаружены изменения в экспрессии двух полос нижнего бенда (рисунок 2). По электрофореграмме протеинов АО из листьев пшеницы установлено повышение ее активности в условиях стресса засухи для всех изученных сортов, причем, с наибольшим повышением у сортов Казахстанская 10 и Алем.
8 7 6 5 4 3 2 1 8 7 6 5 4 3 2 1
Рис.2 – Электрофореграмма протеинов АО, выделенной из пшеницы в фазе
трубкования-колошения: белок – 400мкг; 1-Каз10 полив; 2-Каз10 засуха; 3-Северянка полив; 4-Северянка засуха; 5-Алем засуха; 6-Алем полив; 7-Мирас полив; 8-Мирас засуха
Таким образом, по результатамскрининга физиолого-биохимических признаков засухоустойчивости линий пшеницы обнаружены отчетливые коррелятивные связи между активностью ферментов-антиоксидантов СОД и ПОД и засухоустойчивостью и продуктивностью сортов Казахстанская 10 и Алем.
Литература:
1. Головоченко А.П. Особенности адаптивной селекции яровой мягкой пшеницы в лесостепной зоне среднего Поволжья. —Кинель, 2001. — 380 с.
2. Beauchamp C., Fridovich J. Superoxide Dismutase: Improved Assays and an Assay Applicable to Acrylamide Gels // Anal. Biochem. -1971.- V. 44. -P. 276-287.
3. Лебедева О.В., Угарова Н.Н., Березин И.В. Кинетическое изучение реакции окисления о-дианизидина Н2О2 в присутствии пероксидазы хрена / Биохимия. - 1977. - Т.42.- 1372-1379c.
4. Rothe G.M. Aldehydeoxidaseisoenzymes (EC 1.2.3.1) in potato tubers (Solanumtuberosum). //Plant Cell Physiol. –1974.–Vol.15.–Р.493-499.
5. Laemmli K. Cleavage of structural proteins during the assembly of the head of bacteriophage // Nature. –1970. –Vol.4. – №227. –P.680-685.
6. Oliver H. Lowry, Nira J. Rosebrough, A.Lewis Farr and Rose J. Randall Protein measurement with the folin phenol reagent // J. Biol. Chem. -1951. –V.193. – P. 265-275.
