Біологічні науки

Легостаєва Т. В., Михлик К. Г., Россихіна-Галича Г. С.

Дніпропетровський національний університет ім. О. Гончара

Дія аерополютантів на сезонну динаміку активності пероксидази в листках Ailanthus altissima

На даний час в біологічних об’єктах відомо велику кількість реакцій окиснення з утворенням супероксидного радикалу О₂^-, який взаємодіючи з пероксидом водню, дає гідроксильний радикал ОН^•. Тому живі організми виробили захисні механізми, за допомогою яких інактивують Н₂О₂; О₂^-; ОН^• або призупиняють їх утворення. Так, супероксиддисмутаза – фермент, що інактивує первинний продукт одноелектронного відновлення кисню, – супероксидний аніон-радикал. Ця реакція (дисмутація) відбувається з утворенням перекису водню і молекулярного кисню в триплетному стані. Перекис водню, що утворюється при двоелектронному відновленні кисню або шляхом дисмутації супероксидних радикалів, руйнується двома класами споріднених ферментів каталазами та пероксидазами. Ці ферменти каталізують двоелектронне відновлення Н₂О₂ до води, використовуючи пероксид водню як донор електрону в випадку каталаз або різні відновники у випадку пероксидази.

Найбільшу увагу в фізіолого-екологічних дослідженнях привертає пероксидаза. Цей фермент приймає участь в утворенні етилену, в ростових процесах, в окисно-відновних реакціях рослинних клітин, а також захисних механізмах при екстремальних впливах. Пероксидаза вважається індуцибельним білком, який реагує на будь-який вплив, що приводить до порушення гомеостазу шляхом синтезу de novo специфічних ізопероксидаз або кількісними змінами ферментативного білку. Пероксидаза, приймаючи участь в розкладенні пероксиду водню в рослинних тканинах, сприяє інактивації процесів вільнорадикального окиснення в клітині при екзогенних впливах. Зміна активності пероксидази відмічається за різних видів стресів. У рослин встановлено підвищення активності ензиму за хімічного забруднення оточуючого середовища ксенобіотиками, промисловими фітотоксикантами, іонами важких металів, викидами автотранспорту. Пероксидаза здатна реагувати на широкий спектр факторів, що приводять до порушень гомеостазу активних форм кисню у рослин. За впливу несприятливих чинників середовища у цього ферменту змінюється активність. При чому підвищення активності відбувається паралельно зі збільшенням ступеню техногенного навантаження на рослину.

Враховуючи важливість пероксидази в механізмі адаптації рослин до різних видів стресу, ми вивчали активність пероксидази в онтогенезі представника роду Ailanthus, що зростає в фітоценозах міста Дніпропетровська. Активність пероксидази листків контрольних дерев айланту найвищого у травні місяці складала 21,20 ум.од./г наважки хв. На території пр. Гагаріна цей показник становив 25,2 ум.од. (в 1,2 рази вище за контроль), пр. Кірова 27,2 ум.од./г наважки хв. (в 1,3 рази) та вул. Г. Сталінграда – 28,2 ум.од. (в 1,3 рази вище за контроль).

При переході від фази активного росту (травень) до фази вторинного росту (липень) динаміка активності пероксидази у листах Ailanthus altissima з різних досліджуваних районів була спрямована в бік інтенсифікації. Так, в листках дерев з ботанічного саду стимуляція цього показника становила 54 %, а з проспектів з інтенсивним техногенним навантаженням від 35 до 41 %. При порівнянні контролю і досліду зафіксовано незначну стимуляцію пероксидазної активності на 8 - 15 % у листках дерев айланту, які зростають на автомагістралях міста.

Вступ рослин Ailanthus altissima у фазу зупинки росту (вересень) відзначено деяке збільшення активності ензиму відносно попередньої фази розвитку в середньому в 1,1 рази. У вегетативних органах айланту найвищого з моніторингових ділянок достовірних змін активності пероксидази відносно контролю зареєстровано не було.

Отже, у досліджуваних рослин айланту найвищого незалежно від району зростання протягом онтогенезу відбувається збільшення пероксидазної активності. Хронічний антропогенний вплив полютантів не приводить до пригнічення ферментативної активності порівняно з контрольними зразками. Найвищій рівень активності пероксидази зареєстровано у вересні. Встановлені факти дозволяють припустити, що пероксидаза листків Ailanthus altissima приймає активну участь у дезактивації Н₂О₂ і відповіді на оксидативний стрес.

Вважають, що збільшення активності даного ферменту за дії стрес-факторів може бути пов’язано із зміною співвідношення його форм. Оскільки пероксидаза в рослинній клітині знаходиться як в вільному, так і в зв’язаному стані, то за дії стресу може відбуватись збільшення фонду вільних форм за рахунок їх переходу із зв’язаного стану. Разом з тим, важливе значення має локалізація, рН-оптимум комплексу пероксидаз і здатність синтезу нових компонентів в екстремальних умовах зростання. Таким чином, пероксидазна система дерев Ailanthus altissima приймає участь в регуляції метаболізму в ході онтогенезу і грає важливу роль в їх швидкому пристосуванні до мінливих умов середовища.

Таким чином, одним з механізмів адаптації рослин Ailanthus altissima до мінливої напруженості факторів міського середовища є зміна активності ряду ферментативних компонентів антиоксидантного захисту на всіх етапах онтогенетичного розвитку. При посиленні антропогенного навантаження оточуючого середовища відбувалось посилення активності пероксидази. Характер змін активності досліджуваного фермента-детоксикатора активних форм кисню за хронічної дії аерополютантів дозволив визначати ступінь адаптаційних здібностей айланту найвищого, як високий, і дозволив виділити райони з найвищим рівнем забруднення (вул. Г. Сталінграда). Це, в свою чергу, вносить певний вклад в розшифровку механізмів екологічної стійкості рослин в урбофітоценозах і дає можливість оцінки комплексного впливу різних факторів, а також прогнозувати наслідки такого впливу.