Біологічні науки

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

Дніпропетровський національний університет ім. О. Гончара

Динаміка активності каталази у листках Ailanthus altissima за хронічного впливу аерополютантів

Деревні породи, що зростають в урбанізованих фітоценозах, відчувають на собі постійний вплив техногенних компонентів. Тому одним з факторів, який визначає життєздатність зелених насаджень в умовах міста, є їх стійкість до дії фітотоксичних сполук, що забруднюють ґрунт та повітря.

Несприятливі фактори оточуючого середовища призводять у рослинах до окислювального стресу, накопичення пероксиду водню у клітинах. Токсичність пероксиду водню визначається тим, що Н₂О₂ є слабким окислювачем у біологічних структурах, але він інактивує деякі ферменти циклу Кальвіна, може реагувати з кетокислотами з виділенням СО₂. Більша токсичність Н₂О₂ спричинюється гідроксильним радикалом ОН^•, який утворюється під час реакції Fe²⁺ або Cu⁺ з Н₂О₂ і до якого дуже уразливими є мембранні білки, ліпіди, ДНК.

Рослини для видалення Н₂О₂ містять специфічні ферменти, одним з яких є каталаза, що приймає участь у процесах дихання і входить до складу антиоксидантної системи. Суть каталітичної дії ферменту полягає в розкладі перекису водню з виділенням молекулярного кисню. Реакція за участю каталази потребує двох молекул перекису, одна з яких діє як донор, а друга як акцептор електронів. Деякі автори показники активності каталази розглядають певною мірою як індикатор функціонального стану рослин і реакцію на фактори довкілля. За своєю хімічною природою каталаза відноситься до складних ферментів, які складаються з білкового компоненту та активної простетичної групи. Активна група каталази однакова з активними групами пероксидаз і складається з чотирьох пірольних кілець, зв’язаних між собою залізом (геміном).

Каталаза прискорює реакцію двох типів – каталазну та пероксидазну, цей фермент здатний каталазувати за певних умов окрім пероксиду водню органічні перекиси. При пероксидазному типі реакції знешкодження перекису супроводжується окисненням метаболітів і ксенобіотиків.

Аналіз експериментальних даних дозволив виявити, що показник активності каталази листків айланту найвищого в травні (фаза активного росту) достовірно збільшений відносно рослин ботанічного саду (умовний контроль) в 1,3 рази на майданчику пр. Гагаріна, в 1,5 рази на ділянці пр. Кірова та 1,7 рази – вул. Г. Сталінграда м. Дніпропетровськ.

Для рослин Ailanthus altissima в період переходу до вторинного росту (липень) активність ферменту зростала порівняно з фазою активного росту в листках з ботанічного саду в 1,3 рази. У рослин, відібраних на основних автомагістралях цей показник перевищував попередні значення в 1,4 рази (пр. Гагаріна та пр. Кірова) і 1,5 рази (вул. Г. Сталінграда). Водночас відзначена достовірна різниця між контролем та дослідом. Активність каталази у вегетативних органах айланту найвищого з дослідної ділянки на пр. Гагаріна підвищується в 1,4 рази, пр. Кірова – 1,6 рази, вул. Г. Сталінграда – 1,9 рази відносно контрольних значень.

Перехід до фази зупинки росту супроводжувався деяким зниженням ферментативної активності у листках айланту усіх варіантів в 1,2 рази відносно попереднього етапу онтогенезу. Слід зазначити, що активність каталази листків Ailanthus altissima, які зростають на узбіччі пр. Гагаріна збільшена в відносно контрольних рослин в 1,4 рази. Максимальна активність зафіксована в листках дерев з пр. Кірова – 1,7 та вул. Г. Сталінграда – 1,9 рази вище контрольних зразків.

Відомо, що більшість рослинних організмів характеризується зниженою активністю каталази на забруднених ділянках зростання, і чим вище стійкість виду до забруднюючих речовин, тим більш висока стабільність дії цього ферменту, і, навпаки, більший ступінь інгібування його активності може являтись діагностичною ознакою слабкої стійкості рослин до антропогенних навантажень.

Зареєстроване нами збільшення активності каталази в листках айланту найвищого в ході розвитку, ймовірно, пов’язано із стійкістю даного виду до хронічного впливу антропогенних компонентів на окисно-відновні процеси. Оскільки відомо, що стійкі рослинні організми мають більш високі рівні й активності ферментів-антиоксидантів, тобто ефективнішу систему захисту, то отримані нами результати свідчать, що рослини Ailanthus altissima проявляють стійкість до умов свого існування.

Отже, одним з механізмів адаптації рослин айланту найвищого до мінливої напруженості факторів міського середовища є інтенсифікація функціонування каталазної активності, спрямованої на ефективне знешкодження пероксиду водню, що утворюється в реакціях, які каталізує супероксиддисмутаза.

З’ясовано, що показники активності каталази можна з великим ступенем достовірності використовувати для оцінки стану деревних рослин у стресових умовах й їх стійкості до аеротехногенного забруднення.