Губаренко Ю.Ю., Павлюкова Н.Ф.

Дніпропетровський національний університет ім. О. Гончара

Активність ключових ферментів антиоксидантного захисту кукурудзи при комплексній дії стресових факторів

В останні роки значні за амплітудою коливання погодних факторів призводить до збільшення ризику втрат врожаю сільськогосподарських рослин внаслідок потерпання їх від стресів або навіть повної загибелі. Разом з тим для задоволення зростаючих потреб людства в рослинній продукції необхідне отримання гарантованих високих урожаїв. За таких обставин проблема стійкості культур до несприятливих умов довкілля стає надзвичайно актуальною і потребує серйозного вивчення механізмів захисту рослин. У природних умовах одночасний вплив на рослину декількох стресових факторів – дуже поширене явище. Тому важливо враховувати комплексну дію несприятливих умов довкілля. Вирішення проблеми адаптації рослин до дії стресових впливів різної природи пов’язане з дослідженням механізмів захисту фотосинтетичного апарату – джерела органічних сполук та енергетичних еквівалентів для перебігу більшості біохімічних реакцій в рослинному організмі. Однією з його захисних ланок є антиоксидантна ферментативна система. У зв’язку з цим актуальним є вивчення ролі антиоксидантних ферментів у захисті фотосинтетичного апарату вищих рослин від негативного впливу стресових чинників.

Тому метою роботи було дослідження впливу комплексної дії сполук кадмію та гіпертермії на функціонування ферментів антиоксидантного захисту в кореневій меристемі кукурудзи. Результати опрацьовані при 95% довірчої можливості з використанням методів малих вибірок.

В результаті дослідженнь було встановлено, що сполуки кадмію та гіпертермія сприяє виникненню окислювального стресу. При цьому спостерігається гальмування росту коренів, зменшення маси меристем на 16-28% та накопичення легкорозчинних білків.

Ідикування окислювального стресу включає в себе зростання каталітичної активності супероксиддисмутази ( СОД). Гіпертермія викликала суттєві зміни в активності контрольних зразків, активність ферменту знижувалась в 6 раз. Це свідчить про не стабільність ферменту до температури. Сумісна дія мінімальної концентрації нітрату кадмію і підвищеної температури викликало підвищення активності ферменту в 1,5 рази порівняно з дією тільки гіпертермії на контрольні зразки. Підвищення активності СОД від 2 до 3 раз спостерігали при високих концентраціях сполук кадмію і дії гіпертермії. Первинний стрес викликав адаптацію меристем коріння і тому дія гіпертермії не викликала значних змін в функціонуванні ферменту. Згідно з літературних посилань підвищений рівень активності СОД свідчить про стійкість меристем кукурудзи до дії як сполук кадмію, так і комплексної дії кадмію і гіпертермії.

Адаптація меристем коренів кукурудзи до дії як сполук кадмію, підвищеної температури так і сумісної дії стресових факторів відбувається за рахунок підвищення каталітичної активності ферменту пероксидази, яке відбуваються за рахунок змін як в компонентному складі, так і в кількісному вмісті окремих лізоформ ферменту. Слід зазначити, що гіпертермія (42⁰С) не викликала підвищення активності ферменту в порівнянні з температурою 27⁰С, що свідчить про термостабільність пероксидази. Криві залежності зміни швидкості реакції пероксидації від терміну часу дозволили виявити , що максимальні зміни в перетворенні субстратів ферменту за допомогою Н₂О₂ відбувались при концентрації металу 5*10^-4 моль/л. Таким чином, система пероксидаз, певно бере участь в регуляції метаболізму і відграє важливу роль в адаптаційних процесах до несприятливих умов. Як свідчать одержані результати в меристемах вивчаємого гібриду кукурудзи виявлено 12 компонентів, які проявляють пероксидазну активність. З них два компоненти з рІ близько до нейтральних (7,3 та 6,8), та десять компонентів з рІ в слабо кислій області. Дія підвищеної температури викликала появу компоненту з Rf 0,18 рІ 6,35, зникнення компоненту Rf 0,81 рІ 5,4.

Сумісна дія кадмію і гіпертермії викликала появу двох нових компонентів. Слід відмітити, що за дії максимальної концентрації кадмію і підвищеної температури пероксидаза меристем представлена 15 активними компонентами. Аналіз електрофореграм показав на перерозподіл вмісту активного білку серед компонентів пероксидази за комплексної дії кадмію і температури. Так збільшується вміст компоненту з рІ 6,2 при дії високих концентрацій кадмію до 27% в порівнянні з дією мінімальної концентрації. Спостерігається зміна вмісту активного білку з рІ 6.2, 5.71, 5.65, 5.4.

Встановлено, що в умовах комплексної дії сполук кадмію та гіпертермії відбувається інгібування каталази, про що свідчить зниження каталітичної активності ферменту в залежності від концентрації металу. Гіпертермія (42⁰С) викликала зниження активності каталази контрольних зразків на 25%, що свідчить про недостатню термостабільність ферменту. Дія підвищеної температури після токсичного впливу кадмію мінімальної та середньої концентрації не викликала достовірної зміни активності ферменту відносно контролю. І тільки максимальна концентрація металу (5*10^-4 моль/л) викликала зниження активності каталази в 2,8 рази як загальної так і питомої в 2,8 – 3 рази відносно контрольних зразків. Таким чином, зміни активності каталази при дії кадмію і гіпертермії вказують на участь ферменту в адаптації до несприятливих умов середовища.

Таким чином можливо допустити, що одним з механізмів адаптації рослин є зміна активності ферментів антиоксидантного захисту. По характеру змін активності антиоксидантів може визначати ступінь адаптаційних здібностей рослин.