Самборська Ю.В., Більчук В.С., Лєгостаєва Т.В., Россихіна-Галича Г.С.

Дніпропетровський національний університет ім. Олеся Гончара

АКТИВНІСТЬ СОД ЯК ПОКАЗНИК СТІЙКОСТІ РОСЛИН FRAXINUS EXCELSIOR L. ДО АЕРОТЕХНОГЕННОГО ЗАБРУДНЕННЯ

Аеротехногенне забруднення є надзвичайним екологічним фактором, який впливає на рослинний світ. До екстремальних аеротехногенних факторів, які викликають пошкодження рослин, слід віднести забруднення навколишнього середовища викидами автомобільного транспорту, промислових підприємств, теплових електростанцій тощо, які містять токсичні оксиди сульфуру, нітрогену, карбону, сполуки важких металів та інших елементів, органічні речовини. Відомо, що забруднювачі різних класів викликають посилене утворення активних форм оксигену (АФО) та окиснювальний стрес у клітинах, який призводить до змін метаболічних процесів у рослинному організмі. Підтримання концентрації утворених у клітинах АФО на достатньо низькому рівні і локалізацію їх дії забезпечує спеціалізована багатокомпонентна антиоксидантна система, від стану якої залежить стійкість рослин до стрес-чинників [1, 2, 4]. Важлива роль в знешкодженні найбільш агресивних з АФО супероксид-радикалів кисню (О₂^-•) належить ферменту супероксиддисмутазі (СОД, КФ 1.15.1.1). Роль СОД в процесах формування захисних реакцій рослин в умовах дії багатокомпонентної системи забруднення промислових міст вивчено недостатньо [3]. Разом з цим не досліджено особливості фізіологічних процесів на різних етапах онтогенезу деревних рослин, які зазнають тривалої дії стрес-чинників [3‑5]. Метою даної роботи є встановлення особливостей функціонування СОД в листках Fraxinus excelsior L. в процесі онтогенезу за дії аеротехногенного забруднення.

Дослідження проведено на листках з деревних рослин Fraxinus excelsior L., відібраних у ботанічному саду ДНУ (контроль) та моніторингових майданчиків (пр. Гагаріна, пр. Кірова, вул. Героїв Сталінграда) з різним рівнем аеротехногенного забруднення. Листки відбирали з однорічних пагонів трьох – п’яти дерев близького віку на висоті 1,5–2 м від поверхні ґрунту в період від травня до вересня на початку місяця. Активність ферменту СОД визначали згідно [7] за рівнем гальмування процесу відновлення нітросинього тетразолію (НСТ). Реакцію зупиняли додаванням оцтової кислоти, оптичну густину розчинів вимірювали при 540 нм, результати активності розраховували в умовних одиницях на хвилину і грам наважки. Результати опрацьовано статистично.

Аналіз експериментальних даних в процесі онтогенезу у вегетативних органах (листках) Fraxinus excelsior L. показав, що активність СОД залежить від фази розвитку та ступеню аеротехногенного забруднення. У вегетативний період переходу від активного росту Fraxinus excelsior L. до вторинного в контрольних зразках спостерігається підвищення активності ферментів в 1,3 раза. Динаміка змін цього показника при переході від фази вторинного росту до фізіологічного спокою мала тенденцію до зростання в 1,6 раза відносно попереднього етапу. За дії стрес-чинників, які викликали активацію утворення АФО, активність СОД листя Fraxinus excelsior L. підвищувалась у фазу активного росту в 1,2 – 1,4 раза, а у фазу вторинного росту – в 1,5 – 1,6 раза відносно контролю (табл. 1, 2). Таким чином, активність ферменту залежить від ступеню техногенного навантаження рослин на ранніх етапах онтогенезу.

Таблиця 1. Активність супероксиддисмутази вегетативних органів Frаxinus excеlsior L. в фазу активного росту, ум.од./ г сирої речовини хв.

Дослідний майданчик	Х±mx	р<0,05	t	% до контролю
Ботанічний сад	15,2±0,3	-	-	100,0
пр. Гагаріна	18,3±0,2	0,004	4,76	120,25
пр. Кірова	19,8±0,3	0,003	3,3	130,34
вул. Г. Сталінграда	20,6±0,3	0,002	3,58	135,62

Згідно літературних даних, в умовах аеротехногенного забруднення відбувається активація латентних форм СОД або індукція її синтезу de novo, тим самим відбувається посилення неспецифічних пристосувальних реакцій [4, 6].

Таблиця 2. Активність супероксиддисмутази вегетативних органів Frаxinus excеlsior L. в фазу вторинного росту, ум.од./ г сирої речовини хв.

Дослідний майданчик	Х±mx	р<0,05	t	% до контролю
Ботанічний сад	20,8±0,5	-	-	100,0
пр. Гагаріна	29,3±0,4	0,001	5,11	140,87
пр. Кірова	32,7±0,5	0,002	4,13	157,21
вул. Г. Сталінграда	33,0±0,5	0,001	4,68	158,65

Динаміка зміни активності СОД при переході від фази вторинного росту до фази фізіологічного спокою у контрольних рослин мала тенденцію до підвищення цього показника в 1,5 раза у порівнянні з попередньою фазою. У листі деревних рослин, які зазнавали хронічної дії аеротехногенного забруднення, активність СОД знижувалась в 1,3–1,6 раза у порівнянні з попередньою фазою в залежності від ступеню забруднення (табл. 1, 2, 3).

Таблиця 3. Активність супероксиддисмутази вегетативних органів Frаxinus excеlsior L. в фазу фізіологічного спокою, ум.од./ г сирої речовини хв.

Дослідний майданчик	Х±mx	р<0,05	t	% до контролю
Ботанічний сад	32,2±0,3	-	-	100,0
пр. Гагаріна	23,4±0,4	0,0001	3,11	72,67
пр. Кірова	21,5±0,3	0,001	3,13	66,77
вул. Г. Сталінграда	20,9±0,4	0,003	3,68	64,91

Інгібування активності супероксиддисмутази у кінці періоду вегетації пояснюється зниженням здатності рослинної тканини знешкоджувати активні форми оксигену. Отримані нами результати узгоджуються з роботою [8], в якій відмічено, що у молодих листках ячменю активність СОД при фотоокисному стресі збільшується, а у старіючих знижується. Аналогічна тенденція змін активності СОД відмічена у роботі [5] для вегетативних органів Acer platanoides L.

Таким чином, аеротехногенне забруднення середовища призводить до зростання активності СОД на ранніх етапах онтогенезу Fraxinus excelsior L., що забезпечує адаптацію рослин на біохімічному рівні. Зниження активності СОД на пізніх стадіях онтогенезу дає підстави припускати участь у захисті рослин від окислювального пошкодження інших компонентів антиоксидантної системи.

Література:

1. Гарифзянов А.Р., Иванищев В.В. Физиологические реакции Acer platanoides L. на стресс, вызванный загрязнением среды тяжелыми металлами // Фундаментальные исследования. – 2011. ‑ № 9. – С. 331‑334.

2. Кордюм Е.Л., Сытник К.М., Бараненко В.В. и др. Клеточные механизмы адаптации растений к неблагоприятным воздействиям экологических факторов в естественных условиях. – К.: Наукова думка, 2003. – 278 с.

3. Коршиков И.И., Котов В.С., Михеенко И.П. и др. Взаимодействие растений с техногенно загрязненной средой. – К.: Наукова думка, 1995. – 191 с.

4. Поберезкина Н.Б. Биологическая роль супероксиддисмутазы // Украинский биохимический журнал – 1989. – Т. 61, № 2. – С. 14–27.

5. Россихіна-Галича Г.С. Роль антиоксидантних ферментів у стійкості представників роду Acer L. в умовах антропогенного забруднення // Вісник Львівського університету. Cерія біологічна. – 2012. – Вип. 60. – С. 294–300.

6. Чиркова Т.В. Физиологические основы устойчивости растений – Спб.: Изд-во С-Пб. ун-та, 2002. – 244 с.

7. Шупранова Л.В., Більчук В.С., Богуславська Л.В. та ін. Сучасні методи біохімічного аналізу рослин: навчальний посібник. – Д.: Вид-во ДНУ, 2011. – 80 с.

8. Casano L.M., Martin M., Sabater B. Sensitivity to superoxide dismutase transcript levels and activities to oxidative stress is lower in mature-senescent than in young barley leaves // Plant Physiol. − 1994. − V. 106. − P. 1033–1039.