УДК 599:574.4+577.15 Молекулярна біологія

О.М. Василюк

Дніпропетровський національний університет ім. Олеся Гончара, Україна

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

Вступ

Актуальності набувають в умовах антропогенного впливу на довкілля збереження та відновлення природного біорізноманіття, що лімітуються екологічними та антропогенними чинниками. Так, у Степовому Придніпров’ї в умовах прояву посухи, як абіотичного чинника, фіто – та зооценози отримують фізіологічний стрес та формують адаптаційні пристосування, що забезпечуються на клітинному рівні регуляцією зміни концентрацій абсцизової кислоти (АБК) та етилену, цитокінінів (ЦК) та метилжасмонату як фітогормонів, зміною рН ксилемного соку, протекторним ефектом поліамінів (ПА). Це забезпечує регуляцію продихового опору, зменшується продихова щілина. Крім того, ПА утворюють кон’югати з токсичними сполуками, що формує механізми стійкості та антиоксидантної активності. Це вторинний месенджер у передачі гормонального сигналу, який забезпечує гальмівний ефект, регулює внутрішньоклітинний вміст ЦК за їх надмірної концентрації, в екстремальних умовах, коли гальмування ростових процесів лімітує виживання рослин. Крім того, ПА утворюють комплекси з нуклеїновими кислотами (НК), рибосомами, інгібують метилування ДНК, що забезпечує експресію специфічних генів та регулює синтез відповідних стресових білків. Під дією екзогенного чинника відбувається розподіл NO та саліцилової кислоти (СК) у напрямку: активні форми кисню – NO – СК – H₂O₂ – NO. Сполуки СК та АБК активують ферменти антиоксидантного захисту (АОЗ) та окислювального стресу. Крім того, СК сприяє експресії генів, що контролюють активність протеїнових кіназ та МАП – кіназ, чим забезпечують сигнальну стійкість систем [Musienko and Zhuk, 2009]. Посуха характеризується не тільки високими температурами та дефіцитом зволоження, а і підвищеною засоленістю [Dzyubak and Vasilyuk, 2009; Vasilyuk and Dzyubak, 2009; Vasilyuk and Kulik, 2011; Kulik and Vasilyuk, 2009], що інтегрально збіднює компоненти біоти зокрема та довкілля взагалі [Vasilyuk, 1997; Vasilyuk, 2013]. Важкі метали (ВМ), як антропогенний чинник, також збіднюють компонентний склад біоти, негативно впливають на різні ланки метаболізму представників фіто – та зооценозів. Але природа здатна до самовідновлення, залучаючи для цього свої складові, фіто – та зооблоки. Середовищетвірна роль тварин, як складова екосистемних послуг, має велике екологічне значення в умовах сьогодення, коли діяльність людини не керується контрольованістю та доцільністю. Середовищетвірна активність тварин є опосередкований чинник в умовах антропогенного впливу на довкілля. Актуальність даної проблеми має загальне та фундаментальне значення, оскільки забезпечує життя на Землі. Значення довкілля недооцінено, а людини, як складової біоти, перебільшено. Екологічні послуги біоти, на прикладі зооценотичного блоку, дають можливість для відновлення, збереження біорізноманіття, урегулювання навколишнього середовища [Bulakhov and Pakhomov, 2006, 2011; Pakhomov and Vasilyuk, 2011, 2012; Vasilyuk and Pakhomov, 2012]. У 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 аспартатамінотрансферази (АСТ, К.Ф. 2.6.1.1; нМ піровиноградної кислоти/мл∙с) як індикатору екологічного стану довкілля. AЛT (АЛТ, К.Ф. 2.6.1.2) та АСТ 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 (t_0.05 =1.74; 2.75; 1.75) зниження активності АСТ на 36-57% відносно контролю (ділянка без забруднення Pb та екскреторної функції Mammalia). Коливання величини загальної активності АСТ 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). Коливання величини даного показника корелювало (r=0.74) із вектором достовірного (t_0/05 = 1.54; 2.25) зниження концентрації водорозчинної фракції білку (на 20 – 34%), що, безумовно, змінювало напрямок та нормальний перебіг нітратного обміну (табл. 1).

Таблиця 1

Вплив Pb на загальну активність аспартатамінотрансферази в листках G. hederacea L.

Показники	Варіанти досліду	X± Sx	Співвідношення дослід/контроль, %
АСТ	Контроль	0,88 ± 0,222	100,00
	Pb 1 ГДК	0,57 ± 0,088*	64,86
	Pb 5 ГДК	0,37 ± 0,102*	43,24
	Pb 10 ГДК	0,49 ± 0,204*	55,41

Примітка: Х – cередня; S_x – 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 (t_0.05 = 1,31; 2,35) підвищення відносно контролю (Pb 1ГДК) активності АСТ на 23% та на 73% 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 недостовірне (t_0.05 = 0,24; 0,44) зниження активності АСТ на 6% та на 12% відповідно відносно контролю (Pb 5) на фоні екскреторної діяльності ссавців. При збільшенні антропогенного чинника до Pb до 10 ГДК спостерігали достовірне (t_0.05 = 1,34; 1,33) зменшення даного показника на 24% (відносно контролю Pb 10ГДК) на фоні дії екологічного чинника Sus scrofa L. та достовірно на 13% на фоні дії Capreolus capreolus L., що довело токсичність Pb в умовах максимальних концентрації Pb взагалі та наявність більшого протекторного захисту Capreolus capreolus L в порівнянні із Sus scrofa L (табл. 2).

Таблиця 2

Вплив комбінованої дії екскреторної функції Mammalia та Pb на загальну активність аспартатамінотрансферази в листках G. hederacea L.

Показники	Варіанти досліду	Х ± Sx	Співвідношення дослід/контроль, %
АСТ	Контроль Pb 1 ГДК	0,57 ± 0,088	100,00
	Sus scrofa L + Pb 1 ГДК	0,70 ± 0,102*	122,92
	Capreolus capreolus L + Pb 1 ГДК	2,16 ± 0,445*	172,91
	Контроль Pb 5 ГДК	0,38 ± 0,102	100,00
	Sus scrofa L + Pb 5 ГДК	0,36 ± 0,088	93,75
	Capreolus capreolus L + Pb 5 ГДК	0,33 ± 0,102	87,50
	Контроль Pb 10 ГДК	0,52 ± 0,051	100,00
	Sus scrofa L + Pb 10 ГДК	0,33 ± 0,184*	63,64
	Capreolus capreolus L + Pb 10 ГДК	0,45 ± 0,051*	86,36

Примітка: див. табл. 1

Висновки

Таким чином, Pb токсично впливав на ріст та розвиток рослин, знижуючи достовірно (t_0.05 =1.74; 2.75; 1.75) процеси нітратного обміну (Р < 0,05) в листках G. hederacea L. в усіх варіантах досліду, що довело токсичність Pb за даних умов. Величина негативної дії збільшується із підвищенням концентрації екзогенного чинника. Коливання активності АСТ пов’язано (r=0.74) із зниженням вмісту альбумінів, що забезпечило адаптацію у вигляді економії внутрішніх ресурсів рослинного організму за умов стресу.

В умовах комбінованої дії антропогенного (Pb) та екологічного (Mammalia) чинників екскреторна функція Capreolus capreolus L. сприяла достовірному (t_0.05 = 2,35) підвищенню та відновленню активності АСТ на фоні Pb 1ГДК на 72%, на фоні Pb 5 ГДК знизилась недостовірно (t_0.05 = 0,44) на 7%, на фоні Pb 10 ГДК знизилась суттєво (t_0.05 = 1,33) на 14% відносно відповідного контролю (Pb 1, 5, 10 ГДК). Екскреторна функція Sus scrofa L. сприяла підвищенню (t_0.05 = 1,31) активності АСТ на 23% (на фоні Pb 1ГДК), недостовірному (t_0.05 = 0,24) зниженню на 13% (на фоні Pb 5ГДК), значному достовірному зниженню (t_0.05 = 1,34) на 14 % (на фоні Pb 10ГДК). Отже, нівелююча дія Capreolus capreolus L., зокрема, сприяла покращенню нітратного метаболізму більш ефективно, ніж протекторна дія Sus scrofa L.

Використання представників зооценозу в умовах напруженого тиску на довкілля нівелювало токсичний вплив ВМ на процеси метаболізму у рослин.

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).

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).

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).

Musienko, M.M., Zhuk, I.V., 2009. Molekulyarni mehanizmi induktsiyi zahisnih reaktsiy roslin v umovah posuhi. [Molecular mechanisms of induction of defense reactions of plants in drought conditions]. Ukr. Botan. Journ. 2009, 66(4), 580-595.

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).

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

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

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).