УДК 599:574.4+577.15                                                        Молекулярна біологія

О.М. Василюк

 

Дніпропетровський національний університет ім. Олеся Гончара, Україна

 

Вплив екскреторної функції Mammalia на активність аланінамінотрансферази в листках Glechoma hederacea в умовах забруднення Pb

 

 

Вступ

 

В умовах антропогенного впливу на довкілля набувають актуальності дослідження по впливу біотичних [Dzyubak and Vasilyuk, 2009; Vasilyuk and Dzyubak, 2009; Vasilyuk and Kulik, 2011; Kulik and Vasilyuk, 2009] та абіотичних чинників на біоту [Vasilyuk, 1997; Vasilyuk, 2013]. В умовах дії антропогенних чинників визначалась чутливість паростків культурних (Cucumis sativus L.) рослин до іонів Pb [Gonçalves, et al., 2009] та вплив важких металів (ВМ) на систему антиоксидантного захисту дикорослих рослин (Eichhornia crassipes та Salvinia auriculata) в умовах дії Cd [Vestena, et al., 2011]. Багато наукових досліджень пов’язано із вивченням роботи антиоксидантних ферментів (супероксиддисмутаза, К.Ф. 1.15.1.1, аскорбатпероксидаза, К.Ф. 1.11.1.1, пероксидаза, К.Ф. 1.11.1.7, каталаза, К.Ф. 1.11.1.6) та протеолітичної активності ферментів (цистеїн-протеіназа, К.Ф. 3.4.22.16). Так, в листках Cryptostegia grandiflora, Plumeria rubraand, Euphorbia tirucalli [Freitas, et al., 2010] в природних умовах та в умовах антропогенного (CdCl2, HgCl2) навантаження в Abelmoschus esculentus L. [Hameed, et al., 2011] досліджено біохімічний метаболізм даних сполук. Визначено ріст та обмін речовин в Laguncularia racemosa (L). під дією Cr [Rocha, et al., 2009], виявлено [Pandey, et al., 2009] інтенсивність окисного ушкодження іонів металів Co, Ni, Cu, Zn, Cd, що знаходиться у порядку: Ni> Co> Cd> Cu> Zn в рослинах шпинату (Spinacea Oleracea L.) З’ясований ефект Zn (у вигляді солі 0.6 % ZnSO4.7H2O) на синтез триптофану, сумарних амінокислот та розчинних білків [Malta, et al., 2002] в листках паростків Coffea аrabica L. Визначені структурні зміни, викликані Zn і Cd в пагонах і коренях Hordeum vulgare та співвідношення накопичення металу з анатомічними, фізіологічними та морфологічними змінами рослин [Sridhar , 2007]. Виявлені зміни в діяльності антиоксидантних ферментів та перекисного окислення ліпідів в проростках пшениці під дією Pb і Cd [Dey, et al., 2007]. Екзогенним додаванням NO2- досліджувався вплив даних іонів на активність нітрат-редуктазн, ферменту первинного метаболізму, в листках паростків Anacardium occidentale L. [Viegas and Silvera, 2002].

Екологічні послуги біоти, на прикладі зооценотичного блоку, дають можливість для відновлення та збереження біорізноманіття, сприяють урегулюванню навколишнього середовища [Bulakhov and Pakhomov, 2006, 2011; Pakhomov and Vasilyuk, 2011, 2012; Vasilyuk and Pakhomov, 2012], що на усіх рівнях розвитку біосистем забезпечує їх сталість та високу продуктивність. В даній роботі індикацію екосистемних послуг зоокомпонентом (на прикладі Sus scrofa L. та Capreolus capreolus L.) проводили із використанням біохімічних індикаторів (ферментів азотного метаболізму), що є оригінальним, оскільки не застосовувалось іншими дослідниками.

 

Матеріали і методи дослідження

 

Досліди проводили в умовах Присамарського міжнародного біосферного стаціонару. Як контроль обрано територію незабруднену Pd (липо-ясенева діброва із зірочником ланцетолистим (Stellaria holostea L.) та в умовах забруднення ґрунтів солями Pb (Pb вносили у ґрунт у вигляді Pb (NO3)2 у спектрі концентрацій 1,6, 8,0, 16,0 г/м2), що еквівалентно включення Pb в 1, 5, 10 доз ГДК). Для запобігання забруднення шарів ґрунту Pb були використані ізольованi ґрунтові блоки на глибину 20 см. При внесенні враховувалась кількість ГДК для Pb (32 мг/кг ґрунту). Визначено загальну [Polevoy and Maximov, 1978] активність аланінамінотрансферази (АЛТ, К.Ф. 2.6.1.2; нМ піровиноградної кислоти/мл∙с) як індикатору екологічного стану довкілля. AЛT та аспартатамінотрансфераза (АСТ, К.Ф. 2.6.1.1) є частиною ферментативної системи, що використовує первинний продукт фотосинтезу С4 групи рослин – аспартат, що синтезується у мезофілі листка [Polevoy and Maximov, 1978]. У роботі достовірною вважали відмінність між дослідним варіантом та контролем за Р < 0.05. Для кожного варіанту експерименту n=3 [Dospekhov, 1985]. Екскреторна функція ссавців була визначена на прикладі Sus scrofa L. та Capreolus capreolus L. Дані біохімічні показники визначали через місяць в листках Glechoma hederacea L., що домінувала на даній території, за схемою: контроль (ділянка без забруднення Pb та екскреторної функції Mammalia), контроль Pb 1ГДК, комбінований вплив екскреторної функції Sus scrofa L. та Pb 1 ГДК, комбінований вплив екскреторної діяльності Capreolus capreolus L. та Pb 1 ГДК, контроль Pb 5 ГДК, комбінований вплив екскреторної діяльності Sus scrofa L. та Pb 5 ГДК, комбінований вплив екскреторної діяльності Capreolus capreolus L. та Pb 5 ГДК, контроль Pb 10 ГДК, комбінований вплив екскреторної діяльності Sus scrofa L. та Pb 10 ГДК, комбінований вплив екскреторної діяльності Capreolus capreolus L. та Pb 10 ГДК.

 

Результати та їх обговорення

 

 

В умовах внесення іонів Pb у спектрі концентрацій, як монодії, при збільшенні концентрації свинцю Pb (від 1 до 10ГДК), визначено достовірне (t0.05 =1.41; 9.26; 1.46) зниження активності АЛТ на 25-80% відносно контролю (ділянка без забруднення Pb та екскреторної функції Mammalia). Коливання величини загальної активності АЛТ доводить зміну напрямку та нормального перебігу нітратного обміну на фоні дії екзогенного антропогенного чинника, який токсично впливає на білковий метаболізм рослин, коли не відбувається протекторна дія за рахунок механізмів адаптації рослинного організму (таб.1).

 

Таблиця 1

Вплив Pb на загальну активність аланінамінотрансферази та концентрацію водорозчинної фракції білків в листках G. hederacea L.

 

Показники

Варіанти досліду

X± Sx

Співвідношення дослід/контроль, %

АЛТ

Контроль

1,71 ± 0,071

100,00

Pb 1 ГДК

1,11 ± 0,217*

65,28

Pb 5 ГДК

0,37  ± 0,033*

21,94

Pb 10 ГДК

1,28  ± 0,142*

75,00

 

Примітка: Х  – cередня; Sx – стандартне відхилення;* – достовірність відмінності між дослідним варіантом та контролем; Р < 0.05. Для кожного варіанту досліду триразова повторність.

 

 

При комбінованій дії (екскреторної функція ссавців та Pb) було визначено достовірне (t0.05 = 1,26; 2,28) підвищення відносно контролю (Pb 1ГДК) активності АЛТ на 30% та на 82% на фоні дії Sus scrofa L. та Capreolus capreolus L. відповідно, що довело протекторну роль зооценозу в умовах незначної концентрації Pb. При збільшенні екзогенного навантаження на біоту (Pb 5ГДК) відбулось достовірне (t0.05 = 1,23; 1,33) підвищення активності АЛТ на 100% та на 207% відповідно відносно контролю (Pb 5) на фоні екскреторної діяльності ссавців. При збільшенні антропогенного чинника до Pb до 10 ГДК спостерігали недостовірне (t0.05 = 0,10; 0,85) підвищення даного показника на 3% (відносно контролю Pb 10ГДК) на фоні дії екологічного чинника Sus scrofa L. та достовірно на 34% на фоні дії Capreolus capreolus L., що довело токсичність Pb та нездатність біологічних систем до формування адаптаційних механізмів в умовах максимальн концентрації Pb (табл. 2).

 

Таблиця 2

Вплив комбінованої дії екскреторної функції Mammalia та Pb на загальну активність аланінамінотрансферази та вміст білків водорозчинної фракції в листках G. hederacea L.

 

 

Показники

Варіанти досліду

Х ± Sx

Співвідношення дослід/контроль, %

АЛТ

Контроль Pb 1 ГДК

1,19 ± 0,368

100,00

Sus scrofa L + Pb 1 ГДК

1,54 ± 0,102*

130,00

Capreolus capreolus L + Pb 1 ГДК

2,16 ± 0,445*

182,00

Контроль Pb 5 ГДК

0,31 ± 0,204

100,00

Sus scrofa L + Pb 5 ГДК

0,62 ± 0,270*

200,00

Capreolus capreolus L + Pb 5 ГДК

0,95 ± 0,620*

307,69

Контроль Pb 10 ГДК

1,23 ± 0,541

100,00

Sus scrofa L + Pb 10 ГДК

1,28 ± 0,306

103,85

Capreolus capreolus L + Pb 10 ГДК

1,66 ± 0,408*

134,62

 

Примітка: див. табл. 1

 

Висновки

 

Таким чином, Pb токсично впливав на ріст та розвиток рослин, знижуючи достовірно (t0.05 =1.41; 9.26; 1.46) процеси нітратного обміну (Р < 0,05) в листках G. hederacea L. в усіх варіантах досліду, що довело токсичність Pb за даних умов.

В умовах комбінованої дії антропогенного (Pb) та екологічного (Mammalia) чинників екскреторна функція Capreolus capreolus L. сприяла підвищенню та відновленню активності АЛТ на фоні Pb 1ГДК на 82%, на фоні Pb 5 ГДК на 207%, на фоні Pb 10 ГДК на 34% відповідно відповідного контролю (Pb 1, 5, 10 ГДК). Екскреторна функція Sus scrofa L. сприяла підвищенню активності АЛТ на 30% (на фоні Pb 1ГДК), на 100% (на фоні Pb 5ГДК), на 3 % (на фоні Pb 10ГДК) Отже, нівелююча дія Capreolus capreolus L.сприяла покращенню нітратного метаболізму більш ефективно, ніж протекторна дія Sus scrofa L.

Доведена нівелююча дія та середовище твірна роль представників Mammalia (на прикладі Sus scrofa L. та Capreolus capreolus L.) в умовах антропогенного навантаження на біоту при дії середніх та низьких концентрацій Pb (1, 5 ГДК) у підтримці стану гомеостазу, коли організм здатний до відновлення.

 

Бібліографічні посилання

 

Bulakhov, V.L., Pakhomov, О.Е., 2006. Biologichne riznomanittja Ukrai'ny. Dnipropetrovs’ka oblast'. Ssavci (Mammalia) [Biological diversity of Ukraine.Dnipropetrovskregion.Mammals (Mammalia)]. Dnipropetrovs'k,. Dnipropetrovs'kUniversity Press (in Ukrainian).

Bulakhov, V.L., Pakhomov, О.Е., 2011. Funktsionalna zoologiya: pidruchnik [Functional zoology: textbook]. Dnipropetrovs'k]. Dnipropetrovs'k University Press (in Ukrainian).

Dey, S.K., Dey, J., Patra, S., Pothal, D., 2007. Changes in the antioxidative enzyme activities and lipid peroxidation in wheat seedlings exposed to cadmium and lead stress. Braz. J. Plant Physiol. 19(1), 53-60.

Dospekhov B. A., 1985. Metodika polevogo opyta [Methods of experience of the field]. Moscow, Agroprom Press. (in Russian).

Dzyubak, O.I., Vasilyuk, O.M., 2009. Vplyv hlorydnogo zasolennja na morfometrychni ta biohimichni pokaznyky roslyn u dynamici rostu ta rozvytku [Effect of chloride salinity on morphometric and biochemical indices in the dynamics of plant growth and development]. Fundamental'ni Ta Prykladni Doslidzhennja v biologii: 'Materialy I Mizhnarodnoi' Naukovoi' Konferencii'. Veber, Donets'k, 2, 231–232 (in Ukrainian).

Freitas, C.D. T. de, Souza, D.P. de, Araújo, E.S., Cavalheiro, M.G., Oliveira, L.S., Ramos, M.V., 2010. Anti-oxidative and proteolytic activities and protein profile of laticifer cells of Cryptostegia grandiflora, Plumeria rubra and Euphorbia tirucalli. Braz. J. Plant Physiol. 22(1), 11-22.

Gonçalves, J.F., Becker, A.G., Pereira, L.B., Rocha, J.B. T. da, Cargnelutti, D., Tabaldi, L.A., Battisti, V.,  Farias, J.G., Fiorenza, A.M., Flores, É.M. M., Nicoloso, F.T., Schetinger, M.R.C., 2009. Response of Cucumis sativus L. seedlings to Pb exposure. Braz. J. Plant Physiol. 21(3), 175-186.

Hameed, A.; Qadri, T.N., Mahmooduzzafar; S.,T.O., Iqbal, M., 2011. Differential activation of the enzymatic antioxidant system of Abelmoschus esculentus L. under CdCl2 and HgCl2 exposure Braz. J. Plant Physiol. 23(1), 46-54.

Kulik, A.F., Vasilyuk, О.М., 2009. Aktivnist katalazi v gruntah lisovih biogeotsenoziv Prisamar’ya. [Catalase activity in soils of forest ecosystems of the Samara Region]. Visn. Dnipropetr. Univ. Ser. Biol. Ecol. 17(2), 63-68 (in Ukrainian).

Malta, M.R., Furtinineto, A.E., Alves, J.D., Guimaraes, P.T.G. ,2002. Effect of zinc application on tryptophan synthesis, total amino acids and total soluble proteins of leaves of coffee seedlings.Braz. J. Plant Physiol. 14(1), 31-37.

Pakhomov, O.E., Vasilyuk, O.M., 2011. Activity of transamination enzyme as the indicater of biological revegetation of soils Mammalia in transformed ecosystems / The Abstracts NATO Advanced Research Workshop (ARW): "Environmental Security for South-East Europe and Ukraine", NATO Science Series book. – Dnipropetrovs’k. – P. 74-75.

Pakhomov, O.E., Vasilyuk, O.M., 2012. [Aktyvinst' fermentiv pereaminuvannya yak indykator seredovyshchetvirnoyi funktsiyi Mammalia v transformovanykh ekosystemakh]. Аctivity of transamination enzymes as the indicator of environmantal forming function of Mammalia representatives in transformed antropogenic ecosystem. Sci. Vis. Cher. Univ. Ser. Biol. System. 4(4), 455–462.

Pakhomov, O.Е., Vasilyuk, O.M., 2012. Vplyv antropogennyh faktoriv na aktyvnist' transferaz na foni seredovyshhetvirnoi' funkcii' ssavciv [The influenceof anthropogenic factorson the activity of transferases in the background environment generating function of mammals]. Visn. Dnipropetr. Univ. Ser. Biol. Ecol. 20(2), 64–70 (in Ukrainian).

Pandey, N., Pathak, G. C., Pandey, D.K., Pandey, R.

 Heavy metals, Co, Ni, Cu, Zn and Cd, produce oxidative damage and evoke differential antioxidant responses in spinach, 2009. Braz. J. Plant Physiol. 21(2), 103-111.

Polevoy, V., Maximov, G. (eds.), 1978. Metody biohimicheskogo analiza rastenij [Methods of analysis biochemically of plants].Leningrad University Publish., Leningrad (in Russian).

Rocha, A.C., Canal, E.C., Campostrini, E., Reis, F.O., Cuzzuol, G.R.F. 2009. Influence of chromium in Laguncularia racemosa (L). Gaertn f. physiology
Braz. J. Plant Physiol. 21(2), 87-94.

Sridhar, B.B. Maruthi, Han, F.X., Diehl, S.V., Monts, D.L.., Su, Yi., 2007. Effects of Zn and Cd accumulation on structural and physiological characteristics of barley plants. Braz. J. Plant Physiol. 19(1), 15-22.

Vasilyuk, O.M., 1997. Issledovanie vliyaniya gerbitsidov na aktivnost katalazyi nekotoryih samoopyilennyih liniy kukuruzyi v usloviyah vegetatsionnogo eksperiment. [The investigation of the influence of herbicides on the activity of catalase in some inbred lines of maize in the growing conditions of the experiment]. Visn. Dnipropetr. Univ. Ser. Biol. Ecol. 1, 179-187 (in Russian).

Vasilyuk, O.M., 2013. Effect of lead on Alanine Aminotransferase activity in Glechoma hederacea L. leaves subject to digging function of Mammalia //«VĚdeckÝ PrŮmysl evropskÉho Kontinentu –2013: Materiály IX mezinárodní vědecko-praktická konference. Biologické vědy Chemie a chemická technologie – Praha: Education and Science. – Díl. 28. – 11-17.

Vasilyuk, O.M., 2013. Effect of Nickel on Aspartat Aminotransferase activity in Glechoma hederacea L. leaves subject to excretory function of Mammalia // «Zprávy vědecké ideje – 2013»: Materiály IX Mezinárodní vědecko-praktická konference. Biologická vědy Chemie a chemická technologie. – Praha: Education and Science. – Díl. 19.– 2013. – С. 15-23.

Vasilyuk, O.M., 2013. Effect of Nickel on Alanine Aminotransferase activity in Glechoma hederacea L. leaves subject to excretory function of Mammalia//«Perspektywiczne Opracowania Sa Nauka I Technikami– 2013: Materialy IX Miedzynarodowey Naukowi-Praktycznej Konferencji. Nauk biologicznych– Przemysl.Nauka I studia. – Vol. 29. – 2013. – С.28-36.

Vasilyuk, O.M., Dzyubak, О.І., 2009. Physiological and biochemical parameters of plants as markers of a condition of environment.Fundamental'ni Ta Prykladni Doslidzhennja v Biologii:Materialy I Mizhnarodnoi' Naukovoi' Konferencii'.Veber, Donets'k,2, 348–349.

Vasilyuk, O.М, Kulik A., 2011. The trans-amination enzyme activity in the leaves of Sambucus nigra L. under high mineralization of small rivers of Steppe Dniper / The Abstracts NATO Advanced Research Workshop (ARW): "Environmental Security for South-East Europe and Ukraine", NATO Science Series book. – Dnipropetrovs’k. – P. 84-85.

Vasilyuk, O.M., Pakhomov, O.E., 2012. Vplyvi ioniv nikelju na funkcional'nu aktyvnist' transaminaz v lystkah Glechoma hederatia L. v umovahryjnoi' aktyvnosti Mammalia [Effect of nickel ions on the functional activity of enzymes in the leaves of Glechoma hederatia L. in digging activity of Mammalia]. Achievement of High school – 2012: Materialy VIІI Mezhdunarodnoj Nauchno-Prakticheskoj Konferencii. Bjal GRAD-BG, Sofija, Bolgarija, 21, 43–49 (in Ukrainian).

Vestena, S., Cambraia, J., Ribeiro, C., Oliveira, J.A., Oliva, M.A., 2011. Cadmium-induced oxidative stress and antioxidative enzyme response in water hyacinth and Salvinia. Braz. J. Plant Physiol. 23(2), 131-139.

Viegas, R.A., Silveira, J.A.G. ,2002. Activation of nitrate reductase of cashew leaf by exogenous nitrite .Braz. J. Plant Physiol. 14(1), 39-44.