Шевченко Є.В.¹, Хромих Н. О.², Лихолат Ю.В.¹

Дніпропетровський національний університет імені Олеся Гончара

¹Кафедра фізіології та інтродукції рослин

² Науково-дослідний інститут біології

АКТИВАЦІЯ ГЛУТАТІОН-ЗАЛЕЖНИХ ФЕРМЕНТІВ У ТКАНИНАХ CAPSELLA BURSA-PASTORIS ЗА ДІЇ СПОЛУК КАДМІЮ ТА НІКЕЛЮ

Важкі метали становлять велику небезпеку для оточуючого середовища, оскільки забруднюють усі його ланки (повітря, воду, ґрунт) та порушують природні біогеохімічні цикли [2]. Відновлення екосистем за допомогою рослин набуває все більш широкого використання в передових країнах, тому виявлення рослинних видів, здатних до накопичення іонів важких металів у своїх клітинах, має велике практичне значення. На сьогодні установлено, що рослини роду Thlaspi здатні накопичувати надлишок цинку, кадмію, свинцю, роду Alyssum – надлишок нікелю [2], а рослини Brassica juncea та B. nigra – одночасно надлишок селену й свинцю [3].

Вивчення метаболічних особливостей рослин, пристосованих до забрудненого середовища, поширює наукові уявлення про механізми адаптації рослинних організмів до несприятливих умов зростання. Грицики звичайні (Capsella bursa-pastoris L.) – однорічна бур’янова рослина з родини Brassicaceae, широко розповсюджена у зоні помірного клімату і пристосована до зростання на узбіччі доріг, у байраках, на насипах тощо, тому можна припустити, що рослина має ефективні механізми адаптації до несприятливих умов. Відомо, що токсичний вплив важких металів нейтралізується завдяки функціонуванню глутатіон-залежної системи [4], зокрема, ферментів глутатіон-S-трансферази (GST), яка дезактивує іони металів шляхом їх зв’язування з глутатіоном і подальшого транспортування до вакуолей, та глутатіон-редуктази (GR), яка відновлює окислений глутатіон. Метою роботи було виявлення здатності грициків звичайних до накопичення кадмію і нікелю та активації глутатіон-залежних ферментів за дії важких металів.

Дослідження проведені на рослинах C. bursa-pastoris, вирощених з насіння у вегетаційних посудинах з ґрунтом, в який вносили розчини нітратних солей кадмію (10^-4 М) та нікелю (10^-3 М). Наявність Cd²⁺ визначали шляхом забарвленням тканини дитизоном, Ni²⁺– диметилгліоксимом згідно [1].

Установлено, що різні органи рослин грициків звичайних мали різну здатність до накопичення іонів кадмію та нікелю. Присутність Cd²⁺ найбільшим чином виявлена у коренях, менш значно у стеблах, у листках забарвлення було відсутнім. Для Ni²⁺ виявлено накопичення у листках грициків звичайних, тоді як у стеблах і коренях рослин їх присутність не виявлено.

З’ясовано, що глутатіон-залежні ферменти були активовані в усіх органах рослин за дії обох металів, що вказує на системний характер відповідних реакцій рослин на токсичний вплив кадмію та нікелю. Найбільший рівень активації GST відмічено у коренях рослин зі дії кадмію (рис. 1).

Рис. 1. Зміни активності GST в органах рослин C. bursa-pastoris за дії азотнокислих солей Ni (10^-3 М) та Cd (10^-4 М).

Глутатіон-редуктаза найбільшим чином була активована у стеблах рослин грициків звичайних за дії іонів кадмію (рис. 2).

Рис. 2. Зміни активності GR в органах рослин C. bursa-pastoris за дії азотнокислих солей Ni (10^-3 М) та Cd (10^-4 М).

Таким чином, здатність до накопичення іонів кадмію у коренях і стеблах, іонів нікелю – у листках, яка корелює з потужною активацією глутатіон-залежних ферментів в усіх органах рослин, дає підстави вважати вид C. bursa-pastoris перспективним для фіторемедіації.

Література:

1. Молекулярно-генетические и биохимические методы в современной биологии растений / Под ред. Вл. Кузнецова. – М.: БИНОМ, 2012. – 487 с.

2. Прасад М.Н. Практическое использование растений для восстановления экосистем, загрязненных металлами // Физиология растений. – 2003. – Т. 50, №3. – С. 764-680.

3. Palmer E.F., Warwick F., Keller W. Brassicaceae (Cruciferae) Family, Plant Biotechnology and Phytoremediation // Int. J. Phytorem. – 2001. – V. 3. – P. 245-287.

4. Yadava S.K. Heavy metals toxicity in plants: An overview on the role of glutathione and phytochelatins in heavy metal stress tolerance of plants // South African J. Botany. – 2010. – V. 76(2). – P. 167-179.