N E W S
OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE REPUBLIC OF KAZAKHSTAN SERIES OF BIOLOGICAL AND MEDICAL
ISSN 2224-5308
Volume 6, Number 318 (2016), 102 – 106
A. Zh. Amirkulova, O. V. Chebonenko, A. O. Abayldaev, A. Sh. Utarbayeva Institute of Molecular Biology and Biochemistry named after M. A. Aitkhozhin, Almaty, Kazakhstan.
E-mail: [email protected]
ISSN 2224-5308 Серия биологическая и медицинская. № 6. 2016 зерновых, бобовых, овощных, плодово-ягодных, декоративных и лекарственных растений против мучнистой росы всех видов головни, корневых гнилей, ржавчины и пятнистости. Действующее начало препарата – беномил, класс бензимидазолов, механизм действия которого связан с тормо- жением деления клеток патогена. Этот препарат малотоксичен для человека и животных (ІV класс опасности).
Поскольку пестициды – вещества с высокой биологической активностью, способные циркули- ровать и накапливаться в почвах, водоемах, продуктах питания, что губительно отражается на окружающей среде и здоровье человека. В связи с этим, к пестицидам предъявляются все более жесткие требования безопасности в отношении нецелевых организмов, и в первую очередь расте- ний, для защиты которых они предназначены. Использование в биотестировании высших растений по-прежнему остается традиционным направлением биологии, биохимии и экотоксикологии.
Новыми стремительно развивающимися направлениями являются биохимические и молекулярные уровни индикации стрессовых воздействий [2].
Одним из ранних неспецифических ответов живых организмов, в том числе растений на абиотические стрессоры является усиление процессов свободно-радикального окисления, «окисли- тельный взрыв» приводящий к накоплению активных форм кислорода и активации антиокси- дантных ферментов [3].
В связи с этим, целью работы была оценка влияния различных концентраций фунгицида Фундазол на активность антиоксидантных ферментов (АОФ): каталазы (КАТ) и пероксидазы (ПО) в проростках злаковых растений.
Методы исследования. Объектами исследований служили 7-ми дневные проростки злаковых растений пшеницы озимой (Triticum L., сорт Богарная 56), ячменя (Hordeum vulgare L., сорт Бай- шешек) и овса (Avena L., сорт Казахстанский). Семена каждой культуры обрабатывали путем по- гружения на 10 минут в раствор фунгицида Фундазол (действующее вещество Беномил, 500 г/кг;
класс-Бензимидазол, норма расхода 2 г/кг семян) в концентрациях 2 (норма), 4 и 10 г/кг. В ка- честве контроля использовали семена, выдержанные в дистиллированной воде. После обработки семена высаживали в емкости с влажной подложкой и выращивали в лабораторных условиях до фазы 2-3 листьев (возраст 7 суток) при температуре 22-25 С, фотопериоде 16/8 ч (день/ ночь). Для анализа активности ферментов КАТ и ПО использовали надземную часть и корень 7-ми дневных проростков.
Активность КАТ определяли спектрофотометрически по распаду H2O2 при 240 нм в Na + - фос- фатном буфере (pH 6,5). Реакционная смесь содержала 2мл 0,1М Na + - фосфатного буфера (pH 6,5), 100 мкл H2O2 (финальная концентрация 12,5 мМ), 50 мкл растительного экстракта [4]. Активность ПО отмечали по начальной скорости окисления о-дианизидина при комнатной температуре при 460 нм. Скорость реакции определяли по тангенсу угла наклона начальных участков кинетических прямых изменения оптической плотности во времени [5]. Белок определяли микробиуретовым методом [6]. Все определения проводились в 3-х биологических и 3-х аналитических повтор- ностях. Результаты статистически обработаны с помощью программы мастера статообработки приложения Microsoft Excel 2006 [7].
Результаты исследования
По многим литературным данным известно, что действие пестицидов на разные виды расте- ний весьма избирательно, поэтому сравнение ответных реакций растений на действие фунгицида позволит выяснить вклад систем антиоксидантной защиты в механизмы избирательности [8].
Результаты наших исследований показали, что в побегах растений пшеницы активность КАТ понижалась пропорционально увеличению концентрации фунгицида на 16, 23 и 36 % соответст- венно, тогда как в корнях она была выше контроля на 1,7 и 1,2 раза при концентрациях 2 и 4 г/кг, только концентрация 10 г/кг инактивировала КАТ на 35% по сравнению с контролем. В побегах ячменя наблюдали подобную картину: фундазол в норме и в концентрации 4 г/кг приводили к понижению активности фермента на 50-60% относительно контроля, а максимальная концен- трация наоборот увеличила активность на 14%. В корнях же все три концентрации активировали КАТ в 3 раза по сравнению с контролем. Что касается овса, то здесь наблюдается обратная кар-
тина: в побегах активность фермента возрастает обратно пропорционально увеличению концен- траций фунгицида в 8, 4,5 и 4,2 раза выше контроля, тогда как в корнях она инактивировалась в норме и в концентрации 4 г/кг в 1,5 и в 1,1 раза по сравнению с контролем, но максимальная концентрация повысила активность КАТ в 1,3 раза выше контроля (рисунок 1).
А
Б
Рисунок 1 – Влияние Фундазола на изменение активности КАТ в надземной части (А) и корнях (Б) 7-ми дневных проростков злаковых растений АктивностькаталазымкМН2О2 /мг белка
Изменение активности каталазы
в побегах растений после обработки фундазолом
пшеница ячмень овес
АктивностькаталазымкМН2О2 /мгбелка
Изменение активности каталазы
в корнях растений после обработки фундазолом
пшеница ячмень овес
ISSN 2224-5308 Серия биологическая и медицинская. № 6. 2016 В результате обработки фунгицидом семян злаковых растений активность ПО в побегах недельных проростков одинаково понизилась: почти в 2 раза у пшеницы и ячменя и в 4 и 4,5 раза у овса в концентрациях 2 и 4 г/кг соответственно по сравнению с контрольным вариантом, а норма практически не повлияла на изменение активности ПО. В корнях всех злаков окислительный стресс, вызванный фундазолом, активировал ПО в 1,5 раза в концентрации 4 г/кг и в 2 раза в концен- трации 10 г/кг выше контроля, норма же достоверно не повлияла на активность ПО (рисунок 2).
А
Б
Рисунок 2 – Влияние Фундазола на изменение активности ПО в надземной части (А) и корнях (Б) 7-ми дневных проростков злаковых растений Активностьпероксидазы, от. ед./мгбелкавмин.
Изменение активности связанной пероксидазы в побегах растений после обработки фундазолом
пшеница ячмень овес
Активностьпероксидазы, от. ед./мгбелкавмин.
Изменение активности связанной пероксидазы в корнях растений после обработки фундазолом
пшеница ячмень овес
В итоге было показано, что активность антиоксидантных ферментов зависела от органа расте- ния и коцентрации фунгицида. В основном повышенная активность ферментов была в корнях, которая прямо коррелировала с повышением концентрации фундазола. Различия в активности ферментов у разных обьектов отражают их физиологические особенности и связаны с функцио- нированием антиокислительных систем в клетках.
ЛИТЕРАТУРА
[1] Колупаев Ю. Е. Активные формы кислорода в растениях при действии стрессоров: образование и возможные функции // Вестник Харьковского национального аграрного университета. Сер. Биология. – 2007. – Вып. 3(12). – С. 6-26.
[2] Полесская О. Г. Растительная клетка и активные формы кислорода. – М.: Изд-во КДУ, 2007. – С. 140 . [3] Finkel T., Holbrook N. J. Oxidants, oxidative stress and the biology of aging // Nature. – 2000. – Vol. 408. – P. 239-247.
[4] Aebi H. Catalase in vitro // Methods Enzymology. – 1984. – Vol. 105. – P. 121-126.
[5] Лебедева О.В., Угарова Н.Н., Березин И.В. Кинетическое изучение реакции окисления о-дианизидина Н2О2в присутствии пероксидазы хрена // Биохимия – 1977. – Т. 42. – С. 1372-1379.
[6] Кочетов Г.А. Практическое руководство по энзимологии. – М.: Высшая школа, 1971. – С. 352.
[7] Зайцев Г. Н. Математика в экспериментальной ботанике. – М., 1990. – С. 293.
[8] Hassan N.M., Alla M. M. N. Oxidative Stress in herbicide – treated Broad Bean and Maize Plants // Acta Physiol. Plant.
– 2005. – Vol. 27. – P. 429-438.
REFERENCES
[1] Kolupaev Ju. E. Aktivnye formy kisloroda v rastenijah pri dejstvii stressorov: obrazovanie i vozmozhnye funkcii //
Vestnik Har'kovskogo nacional'nogo agrarnogo universiteta. Ser. Biologija. 2007. Vyp. 3(12). P. 6-26.
[2] Polesskaja O.G. Rastitel'naja kletka i aktivnye formy kisloroda. M.: Izd-vo KDU, 2007. P. 140 .
[3] Finkel T., Holbrook N.J. Oxidants, oxidative stress and the biology of aging // Nature. 2000. Vol. 408. P. 239-247.
[4] Aebi H. Catalase in vitro // Methods Enzymology. 1984. Vol. 105. P. 121-126.
[5] Lebedeva O.V., Ugarova N.N., Berezin I.V. Kineticheskoe izuchenie reakcii okislenija o-dianizidina N2O2 v prisutstvii peroksidazy hrena // Biohimija. 1977. Vol. 42. P. 1372-1379.
[6] Kochetov G.A. Prakticheskoe rukovodstvo po jenzimologii. M.: Vysshaja shkola, 1971. P. 352.
[7] Zajcev G.N. Matematika v jeksperimental'noj botanike. M., 1990. P. 293.
[8] Hassan N.M., Alla M. M. N. Oxidative Stress in herbicide – treated Broad Bean and Maize Plants // Acta Physiol. Plant.
2005. Vol. 27. P. 429-438.
А. Ж. Амиркулова, О. В. Чебоненко, А. О. Абайлдаев, А. Ш. Утарбаева
М. А. Айтхожин атындағы Молекулалық биология мен биохимия институты, Алматы, Қазақстан ДƏНДІ ӨСІМДІКТЕРДІҢ АНТИОКСИДАНТТЫҚ ФЕРМЕННТЕР БЕЛСЕНДІЛІГІНЕ
«ФУНДАЗОЛ» САҢЫРАУҚҰЛАҚЖОЙҒЫНЫҢ ƏСЕРІ
Аннотация. Жұмыстың мақсаты антиоксиданттық ферменттердің белсенділігіне дəнді өсімдіктердің өскіндерінде каталаза (КАТ) жəне пероксидаза (ПО) сияқты əртүрлі концентрациялардың əсерін бағалауы болады. Зерттеу нысандары күздік бидайдың (Triticum L., Богарная 56 сорты), арпаның (Hordeum vulgare L., Байшешек сорты) жəне (Avena L., Қазақстандық сорты) дəнді өсімдіктерінің күндізгі 7-күндік өскіндері бол- ған. Антиоксиданттық ферменттердің белсенділігі өсімдіктің мүшесінен жəне саңырауқұлақжойғының концентрациясынан тəуелді болған. Нəтижесінде ферменттердің көтерлген белсенділігі саңырауқұлақжойғы концентрациясының көтерілуімен тікелей арақатынас орнатқан түбірлерінде болған.
Түйін сөздер: бидай, саңырауқұлақжойғы, антиоксиданттық ферменттер, арпа, фундазол, каталаза, пероксидаза.
ISSN 2224-5308 Серия биологическая и медицинская. № 6. 2016 N E W S
OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE REPUBLIC OF KAZAKHSTAN SERIES OF BIOLOGICAL AND MEDICAL
ISSN 2224-5308
Volume 6, Number 318 (2016), 107 – 112
Z. Shaushekov1, G. Adekenova2, E. Gabdullin1, O. Yanina1, I. O. Baytulin1
1JSC “International Research and Production Holding “Phytochemistry”, Karaganda, Kazakhstan,
2L. N. Gumilyov Eurasian National University, Astana, Kazakhstan.
E-mail: phyto_pio @mail.ru