Биологические науки (2.Структурная ботаника и биохимия растений)

Заморуєва Л.Ф.

НДІ біології Дніпропетровського національного університету ім.О.Гончара, Україна

ВПЛИВ КАДМІЮ, СВИНЦЮ, НІКЕЛЮ ТА ПІДВИЩЕНОЇ ТЕМПЕРАТУРИ НА СКЛАД ЛІПІДІВ У НАСІННІ КУКУРУДЗИ НА РАННІХ ЕТАПАХ ПРОРОСТАННЯ

В умовах зростання техногенного забруднення середовища важкими металами поряд з процесами потепління клімату великого значення набуває вивчення дії цих факторів на фізіолого-біохімічні процеси на ранніх етапах розвитку рослин, ступінь їх пошкодження з метою дослідження пристосувальних реакцій у рослин до негативних умов довкілля. Висока токсичність важких металів пов’язана з тим, що вони визивають різні порушення метаболізму клітин у рослинному організмі [1]. В невеликих концентраціях мікроелементи деяких металів необхідні для росту рослин, вони можуть зберігатися у вигляді неактивних сполук у клітинах та клітинних мембранах. Але їх надлишок приводить до загальних неспецифічних фізіолого-біологічних змін, це – зміни активності ферментів, пошкодження мембран, інгібування росту рослин та інші [2]. Багато рослин накопичують важкі метали у значних кількостях, але при цьому вони залишаються стійкими до їх дії, що відбиває їх індивідуальні особливості [3]. Стійкість рослин до дії антропогенних факторів значною мірою визначається умовами їх росту та розвитку, ступенем генетичної здібності до адаптації в умовах навколишнього середовища, які постійно змінюються. Важкі метали визивають структурні порушення в біомембранах рослин. Було знайдено, що дія кадмію викликала різкі зміни ліпідного складу біомембран, де в усіх класах ліпідів підвищувалась кількість пальмітинової кислоти, а вміст ненасичених жирних кислот – лінолевої та ліноленової – зменшувався [4], що могло приводити до зміни проникливості мембран. Кадмій та свинець викликали зміни ліпідного складу мембран тилакоїдів. Відомо, що температурні умови існування організмів також дуже впливають на ліпідний склад біомембран, зокрема на склад ненасичених жирних кислот, які в свою чергу беруть участь у підтриманні певного рівня рідинного стану бішару ліпідів [5]. Тому ліпіди є сполуками адаптации при компенсації рослинами несприятливих дій навколинього середовища. Ліпідам належить функція біохімічного пристосування до змінених умов навколишнього середовища, тому вивчення змін вмісту та складу ліпідів за дії важких металів та підвищеної температури дозволить розкрити механізми дії комплексного забруднення на культурні рослини.

Було вивчено вплив важких металів (Cd²⁺, Pb²⁺, Ni²⁺) у концентраціях (10^-4моль/л, 10^-5моль/л) та підвищеної температури (+42^oС, 9 годин) на вміст загальних ліпідів, їх фракційний склад, активність ферментів ліпідного обміну ліпаз та компонентний склад вільних жирних кислот у проростаючому зерні кукурудзи гібриду Любава 297 МВ на ранніх етапах розвитку рослин (шоста доба проростання). Екстракцію сумарних ліпідів проводили по модифікованій методиці Блайя-Дайєра [6]. Тонкошарову хроматографію загальних ліпідів, їх розділення на основні фракції з кількісним денситометруванням ліпідних фракцій та визначення активності ферментів ліпаз проводили по [7, 8]. Компонентний склад вільних жирних кислот визначали методом газорідинної хроматографії на хроматографі “Хром – 5” (Чехія) при програмуванні температури від 150⁰С до 270⁰С по [9]. Експериментальні дані були оброблені статистично по [10], помилка вибірки не перевищує п’ять відсотків від середніх. Виявлено, що під впливом важких металів обох концентрацій відбувається зниження вмісту загальних ліпідів, у більшій мірі за дії більш високих концентрацій кадмію та свинцю (на 29% - для кадмію та до 43% для свинцю) за дії нікелю було навпаки найбільше зниження при більш низькій концентрації металу (на 43%), що відбивало зниження захисних можливостей насіння, особливо за дії нікелю вже при малих дозах. Під впливом окремо температури та при сумісній дії температури та важких металів також знайдено зниження вмісту загальних ліпідів (синергізм дії двох факторів) більш суттєве при їх спільній дії ( від 43% у кадмія та свинця, до 67% у нікеля), що теж свідчить про зниження адаптивних властивостей насіння на ранніх етапах проростання за комплексної дії металів та підвищеної температури.

Активність ферментів ліпази знижувалась за дії важких металів, особливо при більш високих концентраціях металів (від 28% - у нікеля, до 33% - у кадмія та свинця). Вплив температури та її сумісна дія з металами в більшій мірі приводили до редукції активності ліпази (синергізм дії двох факторів) на 42% під впливом температури та на 42% при дії свинця та температури і на 57% за дії нікеля та температури, що узгоджувалось зі змінами у фракційному складі ліпідів. Так, знайдено у більшості варіантів зниження вмісту вільних жирних кислот (ВЖК) та стеринів, як при дії окремо важких металів, так і при сумісній їх дії з температурою (синергізм дії двох факторів). Вміст фосфоліпідів (ФЛ) знижувався при низьких концентраціях важких металів та дії температури, але підвищувався при високих дозах металів та при комплексній дії температури і металів. При вивчені змін у компонентному складі ВЖК визначено зниження вмісту ненасичених жирних кислот (ЖК) за дії важких металів (свинцю і нікелю) та температури (максимальної з мінімальними концентраціями металів), особливо за дії нікелю (у 1,2 – 1,4 рази), зниження відбувалось в основному за рахунок змін вмісту олеїнової кислоти С_18:1. Але виявлено підвищення вмісту ненасичених ЖК за дії кадмію та комплексної дії кадмію та температури (антагонізм двох факторів), та їх зниження в меншій мірі – при комплексній дії свинцю і нікелю та температури. Підвищення вмісту ненасичених ЖК відносно контролю у насінні кукурудзи при проростанні є адаптивною реакцією рослин до дії токсикантів. Слід відмітити, що серед насичених ЖК найбільш суттєві зміни відбувались у складі пальмітинової, стеаринової та бегенової кислот, визначено підвищення вмісту С_16:0 та зниження С_18:0 і С_22:0 при комплексній дії важких металів та температури.

Зниження вмісту ненасичених ВЖК при дії металів свинцю, нікелю та підвищеної температури відбиває зниження адаптивних можливостей насіння кукурудзи при проростанні. В цілому по показникам ліпідного обміну при комплексній дії важких металів та температури спостерігався синергізм (іноді антагонізм) впливу токсикантів на фізіолого-біохімічні показники ліпідного метаболізму в проростаючому зерні кукурудзи.

Література

1. Серегин И. В., Иванов В. Б. Физиологические аспекты токсического действия кадмия и свинца на высшие растения // Физиология растений.– 2001. – Т.48, №4. – С. 606-630.

2. Титов А.Ф., Лайдинен Г.Ф. Влияние ионов свинца на рост и морфологические показатели растений ячменя и овса // Физиология и биохимия культ. раст. – 2001. – Т.55, №8. – С. 83 – 88.

3. Antosiewicz D. M. Adaptation of Plants to an Evironment Polluted with Heavy Metals // Acta. Soc. Bot. Pollon. – 1992. V.61. – P. 281 –299.

4. Ouariti O., Boussama N., Zarrouk M., Cherif A., Ghorbal M.H. Cadmium and Copper – Induced Changus in Tomato Membrane Lipids // Phitochemistry. 1997, V. 45. – P.1343 – 1350.

5. Таран Н. Ю. Адаптаційні зміни ліпідних компонетів мембран хлоропластів за дії на рослини факторів довкілля // Укр. біохім. журнал. – 2000. – Т.72, №1. – С. 21 – 31.

6. Кейтс М. Техника липидологии. – М.: Мир, 1975. – 320 с.

7. Заморуєва Л.Ф., Глубока В.М., Філонік І.О., Вінниченко О.М. Вплив гербіцидного фону на загальний ліпідний склад та фосфоліпіди в зерні кукурудзи гібриду Дніпровський 284// Вісник Дніпропетровського університету, Біологія. Екологія. – 2002. – Вип.10. – Т.1. – С .194 – 197.

8. Методы биохимического исследования растений / Под ред. А. И. Ермакова. – Л. – 1987. – С. 493 – 497.

9. Винниченко А.Н., Штеменко Н.И., Заморуева Л.Ф. и др. Жирные кислоты поверхностных липидов зерна кукурузы обычных и высоколизиновых форм // Химия природных соединений. – 1990. – № 3. – С.262 – 264.

10. Доспехов Б. А. Методика полевого опыта. М., 1985 – 351 с.