Влияние экзогенной обработки полиаминами на продукцию пероксида водорода и целостность клеточных мембран растений.
Автор: Николаева Ирена, 10 кл.,ГБОУ СОШ №1, г. Санкт-Петербург. Руководитель: Ласточкин В.В., Емельянов В.В.
Растения особенно часто подвержены воздействию неблагоприятных факторов, особенно недостатку кислорода. Существуют две стратегии выживания растений в подобных условиях. Первая – уход от воздействия, вторая – адаптивные перестройки в обмене веществ. На организменном уровне основной системой регуляции является гормональная, роль которой достаточно подробно изучена. Известно, что многие функции, выполняемые полиаминами и диаминами в растительных тканях, сходны с функциями гормонов.
Полиамины – углеводороды, содержащие несколько аминогрупп. В физиологических процессах они ведут себя как универсальные многофункциональные регуляторы. В работах различных авторов было показано увеличение уровня полиаминов в тканях в ответ на различные воздействия окружающей среды. Цель работы: было исследование влияния диаминов (путресцина и кадаверина) и полиаминов (спермидина и спермина) на устойчивость растений (пшеницы и риса) в условиях аноксии и последующего окислительного стресса.
Задачи работы:
1. Определить уровень содержания пероксида водорода в тканях растений;
2. Выявить действие экзогенной обработки ди- и полиаминами на содержание пероксида водорода в тканях растений, контрастных по устойчивости к гипоксии;
3. Установить действие экзогенной обработки ди- и полиаминами на стабильность клеточных мембран растений;
4. Сравнить стабильность клеточных мембран пшеницы и риса до и после обработки полиаминами.
Из литературы известны особенности воздействия на мембраны растений фитогормонов, таких как ауксины и цитокинины. Имели место работы по исследованию рои гиббериллинов в стабилизации клеточных мембран, однако значение полиаминов как широко распространённой группы биологически-активных веществ на клеточные мембраны не рассматривалось.
Объекты исследования. Объектами исследования являлись 7-дневные проростки пшеницы (Triticum aestivum) и 10-дневные проростки риса (Oryza sativa). Пшеницу использовали в качестве неустойчивого, а рис – устойчивого к гипоксии растения.
Методы исследования. Предобработке подвергались 6-дневные и 9-дневные проростки пшеницы и риса соответственно. Корни проростков помещали в стакан с 20% модифицированным раствором Кнопа, в котором был добавлен раствор полиаминов в концентрации 100 мкМ/л. Предобработка длилась 1 сутки, и в этот период растения контрольных и опытных вариантов находились в темноте при комнатной температуре. Для определения перекисного окисления липидов растительный материал (1 г) гомогенизировали в 0,1 % трихлоруксусной кислоте (ТХУ) с кварцевым песком, после чего пробы фильтровали для отделения мезги и песка. Из полученного экстракта отбирали 2,5 мл, к нему добавляли 1,25 мл воды и 1,25 мл 0,5% раствора тиобарбитуровой кислоты (ТБК) в 10% ТХУ. Полученную смесь встряхивали и кипятили на водяной бане Содержание малонового диальдегида (МДА) определяли на спектрофотометре. Фиксируемые точки реаэрации: 5 мин, 15 мин., 60 мин., 180 мин., 360 мин и 24 ч.
Количество пероксида водорода определяли спектрофотометрическим методом с использованием ксиленового оранжевого (Gay, Gebicki, 2000).
Влияние аноксии на внешний вид проростков пшеницы и риса. В результате проведённого эксперимента было обнаружено, что растения риса, оказавшиеся в условиях аноксии, выгодно отличаются от растений пшеницы (рис. 1).
Внешний вид растений позволяет говорить о том, что клеточные структуры пшеницы нарушены сильнее, чем у риса. Это предположение было подтверждено при изучении перекисного окисления липидов мембран обоих растений.
Влияние экзогенной обработки полиаминами на продукцию пероксида водорода.
При исследовании продукции пероксида водорода было установлено, что растения риса образуют меньшее количество пероксида (рис. 2). В условии аноксии происходило планомерное снижение количества Н2О2, но в корнях пшеницы пероксид водорода даже накапливался (рис. 2).
Действие полиаминов на содержании пероксида водорода было неоднозначным. Так, кадаверин и спермидин снижали накопления перекиси в побегах и корнях обоих растений (рис. 2).
Влияние аноксии и полиаминов на перекисное окисление мембран клеток растений. Интенсивность перекисного окисления у риса снижалась в бескислородных условиях (рис. 3), что можно было объяснить отсутствием в окружающей среде кислорода.
Снижали ПОЛ путресцин и спермин, что позволяет говорить об их стабилизирующем действии на мембраны клетки риса как в побегах, так и в корнях (рис. 3). Однако ни один полиамин не способствовал усилению ПОЛ. Интересно, что уровень ПОЛ у пшеницы был существенно выше, чем у риса, даже в условиях нормальной аэрации. В бескислородных условиях у проростков пшеницы наблюдалось усиление ПОЛ (рис. 4). Действие же всех полиаминов в условиях аноксии на мембраны проростков пшеницы можно было назвать стабилизирующим.
Таким образом, полиамины способны оказывать стабилизирующее действие на мембраны клеток растений, оказавшихся под действием аноксического стресса.
Выводы:
1. Накопление пероксида водорода в условиях аноксии у растений в побегах снижается, тогда, как в корнях это снижение наблюдается только у устойчивого к гипоксии риса.
2. Уровень перекисного окисления растений пшеницы существенно выше, чем уровень ПОЛ у риса.
3. В бескислородных условиях у устойчивого растения происходит снижение уровня ПОЛ, тогда как у пшеницы наблюдается его усиление.
4. Кадаверин и спермидин способствуют сокращению уровня накопления пероксида водорода у обоих растений.
5. Путресцин, спермин и кадаверин оказывают стабилизирующее действие на мембраны клеток растений, подвергнутых действию аноксии.
Источники информации в литературе:
1. Чиркова Т.В., Блохина О.Б. Влияние аноксии на уровень эндогенного перекисного окисления липидов в корнях растений, различающихся по устойчивости к недостатку кислорода // Вестн. ЛГУ. Биология. - 1991. - Вып. 4. –С. 85-90.
2. Чиркова Т.В. Пути адаптации растений к гипоксии и аноксии. Л.: Изд-во ЛГУ, 1988. 244 с.
3. Crawford R.M.M. Studies in plant survival. Ecological case histories of plant adaptation to adversity. / eds. D.J. Anderson e. a. Oxford etc.: Blackwell Scientific Publications, 1989. P.296.
4. Crawford R.M.M. Plant survival without oxygen. // Biologist. -1993. -V.40, №3.-P.110-114.
5. Drew M.C. Oxygen deficiency and root metabolism: injury and acclimation under hypoxia and anoxia. // Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol.Biol. -1997. -V.48. -P.223-250.
6. Vartapetian B.B., Andreeva I.N., Kozlova G.I. The resistens to anoxia and the mitochondrial fine structure of rice seeding. // Protoplasma. –1978. -V.88. –P.215-224.