Філонік І.О.
ВПЛИВ ВАЖКИХ
МЕТАЛІВ ЗА ДІЇ ПІДВИЩЕНОЇ ТЕМПЕРАТУРИ НА ПРОЦЕСИ БІЛКОВОГО ТА АМІНОКИСЛОТНОГО
ОБМІНІВ У ПРОРОСТАЮЧОМУ ЗЕРНІ КУКУРУДЗИ
Зростання техногенного тиску промислового і сільськогосподарського
виробництва особливо в умовах
потепління клімату та посухи зумовлює необхідність дослідження впливу
антропогенного забруднення грунтів та підвищених температур на
фізіолого-біохімічні процеси розвитку
рослин вже на ранніх етапах онтогенезу. Вивчення дії важких металів та
підвищеної температури на процеси білкового метаболізму у зерні кукурудзи на
ранніх етапах проростання насіння є актуальним і необхідним для виявлення
негативного впливу токсикантів та змін клімату на рослини та зменшення їх
шкідливої дії.
Вивчено вплив важких металів (Pb2+, Cd2+) у концентраціях (0,5 10-4 моль/л; 10-4моль/л) та
підвищенної температури (+48oС, 5, 7, 24
години) на вміст водорозчинних білків, активність нейтральних протеїназ та
інгібіторів протеїназ, вміст вільних амінокислот у проростаючому зерні
кукурудзи гібриду Хмельницький 280 на ранніх етапах розвитку рослин (сьома,
восьма, дев’ята доби проростання). Раніше у дослідженнях було показано, що
важкі метали у рослинному організмі можуть утворювати комплекси з вільними амінокислотами та іншими органічними
сполуками, тим самим регулюючи їх біосинтез та впливаючи на метаболічні процеси
білкового та амінокислотного обмінів [1,2]. За рахунок комплексоутворювання з
цими низькомолекулярними органічними речовинами при низьких діючих
концентраціях металів у рослинному організмі може відбуватися у певній мірі
детоксикація металів, на чому засновані методи поглинання металів з грунтів
рослинами.
Знайдено, що вміст
водорозчинних білків у зерні кукурудзи при проростанні підвищувався за дії обох
важких металів, температурного стресу та їх комплексного впливу у більшості
дослідних вариантів. Лише більш високі концентрації металів при сумісній дії з
підвищенною температурою (5 годин) приводили до зниження вмісту водорозчинних
білків у проростаючому зерні. До складу водорозчинних білків входять і
фізіологічно активні білки – протеїнази та інгібітори протеїназ, функціональна
роль яких при проростанні зерна дуже важлива.
Активність протеолітичних
ферментів (нейтральних протеїназ), які розщепляють білки при проростанні
зерновки, було підвищено під впливом свинцю, але знижено за дії кадмію.
Недовготривала дія температури (5, 7 годин) приводила до підвищення питомої
активності протеїназ, але більш тривала (24 години) – пригнічувала її, що
узгоджувалось зі змінами вмісту водорозчинних білків у зерні кукурудзи при
проростанні. Якщо сумісна дія важких металів та недовготривалого впливу
температури приводила до зростання активності протеїназ, то більш довготривалий
вплив температури (24 години) у комплексі з важкими металами у більшості
варіантів пригнічували їх активність, що і приводило до зростання вмісту
нерозщепленого білку. Лише менша концентрація свинцю у комплексі з дією
температури (24 години) дещо стимулювала активність протеїназ.
Активність інгібітору трипсину
у більшості підвищувалась, під впливом одного кадмію – знижувалась. Активність
інгібітору хімотрипсину підвищувалась за дії свинцю але знижувалась під впливом
кадмію. Підвищення температури приводило до підвищення активності інгібітора
хімотрипсину; але при сумісній дії підвищеної температури та важких металів
активність цього інгібітора пригнічувалась і в більшій мірі – за дії більш
високих концентрацій металів та більш тривалому впливі температури. Оскільки
інгібітори протеїназ входять до захисної системи рослин, зниження їх активності
під впливом важких металів та підвищеної температури свідчило про зниження
захисного потенціалу рослин. Підвищення активності інгібіторів протеїназ, у
більшості інгібітору трипсину, а також інгібітору хімотрипсину за дії
температури, було результатом адаптивних процесів у рослинному організмі під
впливом комплексу факторів на ранніх етапах онтогенезу рослин.
Вивчено зміни вмісту вільних амінокислот у коренях та зерні кукурудзи при проростанні під впливом важких металів та температури, що є дуже важливим при адаптації рослин до дії стрес-факторів. У коренях вміст вільних амінокислот було понижено за дії обох металів, температури та їх сумісного впливу. Знижений рівень вільних амінокислот у коренях проростків рослин під впливом металів, температури та їх комплексної дії може свідчити про витрату вільних амінокислот на зв¢язування з металами, причому, у більшій мірі, при одному їх впливі. За дії підвищеної температури цей зв¢ язок може послаблюватись і частково комплекси металів з амінокислотами – розпадатись, кількість вільних амінокислот при цьому дещо зростала, але була все одно менше контролю. У зерні вміст вільних амінокислот було дещо понижено (на 7 добу), але підвищено на 8,9 доби розвитку за дії тільки металів. Під впливом температури, а також при комплексній дії металів та температури кількість вільних амінокислот у більшості варіантів було понижено. Підвищення їх вмісту виявлено при комплексній дії металів та температури на дев¢яту добу розвитку за рахунок адаптивних процесів. У більшій мірі зниження вмісту вільних амінокислот виявлено під впливом кадмію та температури (8 доба), можливо кадмій краще утворює комплекси з вільними амінокислотами. У більшій мірі виявлено вплив металів та підвищеної температури на вміст вільних амінокислот у коренях, де метали краще поглинаються.
Література
1. Бессонова В.П., Юсыпова Т.И. Семенное возобновление древесных растений и промышленные поллютанты. Запорожье: ЗГУ, 2001. -–193 с.
2. Коршиков И.И., Котов В.С., Михеенко И.П. и др. Взаимодействие растений с техногенно загрязненной средой. Киев: Наукова думка, 1995. – 191 с.