Біологічні
науки/2.Структурна ботаніка та біохімія рослин
К.б.н.
Шупранова Л.В., к.б.н. Грицай З.В.
Дніпропетровський
національний університет ім..Олеся Гончара
Метаболічні
зміни в насінні аборигенного і інтродукованих видів роду Acer L. в умовах міського середовища
Для успішної інтродукції
деревних рослин у промислові регіони необхідно враховувати їх стійкість не
тільки до несприятливих кліматичних факторів, але й до забруднення повітря
шкідливими хімічними речовинами, оскільки різні види характеризуються неоднаковою
толерантністю до лімітних факторів навколишнього середовища. Актуальність цієї
проблеми особливо важлива при озелененні великих промислових міст степової
зони, де на деревні рослини впливає комплекс несприятливих кліматичних і
едафічних чинників, токсичні речовини забруднених грунтів та атмосфери [1,2].
Мета роботи – оцінка
фізіолого-біохімічних показників насіння інтродукованих та аборигенних видів
роду Acer L. за дії автотранспортних викидів м.
Дніпропетровськ.
Об’єктом дослідження
слугувало стигле насіння представників роду Клен: A.platanoides L. (аборигенний вид),
A.negundo L.,A.pseudoplatanus L. (інтродуковані види), зібрані на території ботанічного
саду ДНУ (умовно чистий контроль) і вздовж автомагістралей з високою
інтенсивністю руху автотранспорту м. Дніпропетровськ (проспекти Кірова, Гагаріна,
Правди). Проби стиглого насіння A.saccharinum L. (інтродукований вид)
збирали в червні на території п. Т. Шевченка (умовно чистий контроль) і вздовж
автошляхів на вул. Фрунзе (середній рівень забруднення викидами
автотранспорту), пр. Правди і на Набережній Заводській (високий рівень
забруднення викидами автотранспорту). Вміст легкорозчинних білків (ЛРБ) визначали за методом Бредфорд [3], активність каталази фотоколорометричним
методом [4].
Показано, що
види кленів суттєво відрізняються за вмістом легкорозчинних білків та рівнем
активності каталази.
Так, аналіз
змін вмісту ЛРБ у насінні показав чітку видоспецифічність щодо впливу викидів автотранспорту
(табл. 1).
Таблиця 1
Вміст легкорозчинних білків насіння різних видів кленів в умовах впливу
автотранспортних викидів
|
Район відбору насіння |
Види кленів |
|||||
|
Acer negundo L. |
Acer pseudoplatanus L. |
Acer platanoides L. |
||||
|
Вміст ЛРБ, мг/мл |
% до контролю |
Вміст ЛРБ, мг/мл |
% до контролю |
Вміст ЛРБ, мг/мл |
% до контролю |
|
|
Бот. сад ДНУ |
1,56 ±
0,04 |
100 |
0,85 ±
0,04 |
100 |
0,42 ±
0,01 |
100 |
|
пр. Гагаріна |
0,36 ±
0,02* |
23 |
0,24 ±
0,01* |
28 |
0,60 ±
0,03* |
144 |
|
пр. Кірова |
1,08 ±
0,04* |
69 |
- |
- |
0,60 ±
0,02* |
144 |
|
пр. Правди |
0,50 ±
0,02* |
33 |
0,73 ±
0,04* |
86 |
0,67 ±
0,01* |
161 |
Примітка: % до К – відсоток до контролю; різниця порівняно з
контролем достовірна при р< 0,05*.
Так, клени-інтродуценти
ясенелистий і псевдоплатановий мали суттєво знижений вміст ЛРБ у насінні,
зменшення якого коливалося в межах від 14 до 77%. Іншу стратегію адаптації до
несприятливих умов виявив клен гостролистий, у насінні якого зареєстровано
підвищення накопичення білка на всіх моніторингових ділянках (на 44 і 61%). В оптимальних умовах існування клен
сріблястий відзначається високою
спроможністю до синтезу ЛРБ. Як і інші інтродуценти, цей вид також виявив зниження
білків у насінні за впливу вихлопних газів, яке варіювало в межах від 21 до 68%
(табл. 2).
Таблиця 2
Зміни біохімічних показників насіння A.saccharinum L. за дії викидів автотранспорту
|
Район відбору насіння |
Концентрація білка, мг/мл |
% до контролю |
Активність каталази мМ/г . хв. |
% до контролю |
|
Паркова зона |
4,16 ±
0,05 |
100 |
2,17 ±
0,07 |
100 |
|
пр. Правди |
2,70 ±
0,04* |
64,9 |
3,03 ±
0,03* |
139,6 |
|
вул. Фрунзе |
3,30 ±
0,02* |
79,3 |
2,31 ±
0,05* |
106,5 |
|
Набережна Заводська |
1,32 ±
0,01* |
31,7 |
2,11 ±
0,05* |
97,2 |
Примітка: див. табл. 1.
Найбільш
негативний вплив полютантів на A.saccharinum L. зареєстровано у насінні дерев, що зростають
на Набережній Заводській, у яких виявлено найбільше зниження (на 68%)
накопичення білку.
У реакціях знешкодження пероксиду
водню бере участь каталаза, яка є одним із самих активних ферментів у рослинах.
За нормальних фізіологічних умов вона регулює вміст Н2О2
в рослинному організмі, запобігає його токсичній дії, відіграє важливу роль у
процесі старіння [5]. Показано, що активність каталази досліджуваних
кленів у своїй більшості підвищувалась
у місцях інтенсивного руху автотранспорту, за виключенням клена ясенелистого з пр.
Правди, в насінні якого зареєстровано зниження на 38% цього показника (табл. 3),
а також у клена сріблястого з Набережної Заводській, де спостерігалась
тенденція до зменшення активності ферменту (табл. 2).
Таблиця 3
Активність каталази в насінні
різних видів кленів в умовах впливу автотранспортних викидів
|
Район відбору насіння |
Види кленів |
|||||
|
Acer negundo L. |
Acer pseudoplatanus L. |
Acer platanoides L. |
||||
|
Активність каталази, мМ/г . хв |
% до К |
Активність каталази, мМ/г . хв |
% до К |
Активність каталази, |
% до К |
|
|
Бот. сад. |
0,81 ±
0,03 |
100 |
0,63 ±
0,04 |
100 |
0,64 ±
0,05 |
100 |
|
пр. Гагаріна |
1,12 ±
0,03* |
138,3 |
1,51 ±
0,06* |
239,7 |
1,01 ±
0,01* |
157,8 |
|
пр. Кірова |
- |
- |
- |
- |
1,13 ±
0,03* |
176,6 |
|
пр. Правди |
0,50 ±
0,01* |
61,7 |
1,24 ±
0,03* |
196,8 |
1,42 ±
0,02* |
221,9 |
Примітка: див. табл. 1.
Найбільше підвищення
активності каталази насіння клена сріблястого в більшій мірі було притаманне
молодим деревам з пр. Правди, де спостерігається дуже висока напруженість автотранспортного
руху.
Таким чином, вихлопні гази
змінюють метаболічний статус насіння, причому механізм їх дії на аборигенний та
інтродуковані види кленів суттєво відрізняється. Адаптація аборигена Acer platanoides L. проявилася в значному підвищенні вмісту ЛРБ та
активності каталази. Насіння інтродукованих дерев характеризувалось зниженим
порівняно з контролем вмістом ЛРБ і підвищеною активністю каталази.
За рівнем
підвищення активності каталази за дії вихлопних газів клени можна розташувати в
такому порядку: Acer pseudoplatanus L. > Acer platanoides L. > Acer negundo L. > A.saccharinum L. Серед них клен псевдоплатановий
демонструє найбільш ефективну захисну систему клітин насіння, яка контролюється
каталазою. Підвищений вміст ЛРБ у насінні клена гостролистого, найбільш
пристосованого для існування в умовах степової зони на відміну від
кленів-інтродуцентів, може свідчити про його більш ефективну репараційну
можливість внаслідок синтезу de novo стресових білків, які мають властивості захисних
шаперонів [6].
Література:
1. E. Niewiadomska E., Gaucher-Veilleux
C., Chevrier N., Mauffette Y., Dizengremel P. Elevated C02 Does not Provide Protection against Ozone Considering the Activity of Several Antioxidant Enzymes in the Leaves of Sugar Maple // Plant Physiol. – 1999. - 155, № 1. - P.
70-77.
2. Коршиков
И.И., Терлыга Н.С., Бычков С.А. Популяционно-генетические проблемы
дендротехногенной интродукции (на примере сосны крымской). – Донецк: ООО «Лебедь». – 2002. – 328 с.
3. Bradford M.M. A rapid and sensitive method for quantitation of microgram
quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding. Anal. Biochem. –
1976. - 72, N5. – P. 248–254.
4. Вінниченко О.М., Лихолат
Ю.В., Більчук В.С., Россихіна-Галича Г.С., Шупранова Л.В. Спецпрактикум з
фізіології та біохімії рослин. – Дніпропетровськ: ФОП Середняк Т.К., 2014. –
224 с.
7. Collada C. Purification and in vitro chaperone
activity of a class I small heat-shock protein abundant in recalcitrant chesnut
seeds / C. Collada, L. Gomez, R. Casado, C. Aragoncillo // Plant Phisiol. –
1997. – 115. – P. 71-77.