БИОХИМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ЛИНИЙ ХЛОПЧАТНИКА, ВЫРАЩЕННЫХ В ЗАСУШЛИВЫХ И ОПТИМАЛЬНЫХ УСЛОВИЯХ

АННОТАЦИЯ

В данной статье указано количество малонового диальдегида (МДА) и активность ферментов супероксиддисмутазы (СОД), каталазы (КАТ), пероксидазы (ПОД) как маркеров засушливого стресса у растений хлопчатника, выращенных в засушливых и оптимальных условиях.

ABSTRACT

This article indicates the amount of malondialdehyde (MDA) and the activity of the enzymes superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT), peroxidase (POD) as markers of drought stress in cotton plants grown in arid and optimal conditions.

Ключевые слова: антиоксидантные ферменты, малоновый диальдегид (МДА), засушливый стресс, система антиоксидантной защиты.

Keywords: antioxidant enzymes, malondialdehyde (MDA), drought stress, antioxidant defense system.

Хлопок выращивается как ведущая товарная культура более чем в 30 странах мира, в основном в Китае, Индии, США, Пакистане и в основном в более теплых регионах. По статистике, Китай, Индия, США, Пакистан и Бразилия произвели 6,5, 5,4, 3,5, 2,3 и 1,5 млн тонн хлопка соответственно в 2014–2015 гг. и вошли в пятерку стран-лидеров [4].

В настоящее время 70%, или 31,4 млн га, земель Узбекистана составляют засушливые районы, представляющие собой в основном естественные засоленные, подвижные пустынные дюны и песчаные пустыни, а также районы, находящиеся под влиянием жарких армсельских ветров. В связи со снижением уровня воды Аральского моря оролкумы появились в Узбекистане на дополнительной площади более 3 млн га. В результате ухудшилась экологическая обстановка в этом регионе, усилились процессы опустынивания, которые создали множество социальных проблем. Только в Республике Каракалпакстан, Бухарской, Навоийской и Хорезмской областях, расположенных в районе Приаралья, за 2000–2018 годы засолено в разной степени более 8 млн га земель, на 1 млн га земель наблюдалась эрозия. Это 96% территории этого региона. В результате опустынивания урожайность сельскохозяйственных культур, выращиваемых в этом районе, снижается до 40–45%. Сегодня Узбекистан занимает 6-е место в мире по производству хлопка. В настоящее время по республике заготавливают в среднем 1,1–1,2 млн тонн хлопка [1].

Как гликофит хлопчатник более устойчив к абиотическим стрессам, чем другие основные сельскохозяйственные культуры. Однако экстремальные условия окружающей среды, такие как засуха, влияют на рост хлопка, урожайность и качество волокна. Стресс засухи негативно влияет на широкий спектр морфофизиологических и биохимических изменений в хлопчатнике, то есть на рост и продуктивность. Нехватка воды угрожает будущему сценарию для производителей, поэтому необходимо найти решение этой проблемы. В частности, чистая скорость фотосинтеза, скорость транспирации, устьичная проницаемость, эффективность карбоксилирования и водный потенциал листьев хлопчатника значительно снижаются в условиях засухи. Кроме того, удаление активных форм кислорода является основным механизмом преодоления засушливого стресса [4].

Материалы и методы исследования. Основная цель исследования – сравнить активность таких ферментов, как каталаза, пероксидаза, супероксидизмутаза, и количество малонового диальдегида, изучаемых как маркеры засухи, у растений хлопчатника, выращенных в условиях засухи и оптимальных условиях. Наши опыты проводились в Центре геномики и биоинформатики Академия наук Узбекистана и Институте биоорганической химии на растениях хлопчатника, выращенных в засушливых и оптимальных условиях. Опыты проводились на сортах хлопчатника, устойчивых к засухе и произрастающих в оптимальных условиях. Сначала поливали 100% водой до тех пор, пока сеянцы не прорастали и не образовывались настоящие листья, после образования настоящих листьев контрольным растениям давали 100% воды, а опытным растениям – 50% воды. Образцы растений измельчали ​​с помощью жидкого азота в лабораторных условиях. Определение ферментативной активности СОД (КФ 1.15.1.1) проводили по методу Мисра и Дж. Фридовича (1972) [5]. Принцип метода основан на нитротетрозольном синем (НТК) на анионы супероксида, которые образуются в результате аэробного действия и снижают количество НАДН, метасульфата фенозина (ФМС).

В результате этой реакции НТК производит гидрозинтетразолий. В присутствии СОД снижается процент восстановления НТК. В результате 50% инкубации реакции восстановления NTK активность фермента выражается в единицах, соответствующих 1 г белка. Количественное определение малонового диальдегида образует окрашенный триметиновый комплекс с 2-тиобарбитуровой кислотой при высокой температуре и кислых условиях. В результате реакции образовалась розовая окраска [2]. Каталаза защищает организм от токсического действия водорода, образующегося в результате биологического окисления в тканях. Фермент каталаза в листьях хлопка обладает очень высокой каталитической активностью, это фермент гемин. Интенсивность окраски измеряют на спектрофотометре при длине волны 410 нм по сравнению с образцом, содержащим 2 мл H₂O вместо H₂O₂ [3].

В ходе исследования оптимизировали условия внешней среды при протекании ферментативной реакции перекисного окисления тирозина, катализируемой пероксидазами, выделенными из листьев хлопчатника при экстракции 0,05 М фосфатом (рН 7Х).

Статистическая обработка полученных результатов. Оптические измерения результатов исследования проводили на спектрофотометре Cary 60 AgilentTechnology. В опытах рассчитывали среднее арифметическое значение по хлопковому листу. Разницу между значениями, полученными опытами, рассчитывали по t-критерию. При этом Р<0,05; Р<0,01; значения были выражены в виде уровней статистической достоверности.

Полученные результаты и их анализ. В исследованиях ученых активность СОД в ТМ-1 (Gossypium hirsutum) (32,90%), Zhongmian-16 (Gossypium arboreum) (12,58%) была выше, чем в Pima4-S (Gossypium barbadense) (8,35%). Активность POD увеличилась на 68,54% в TM-1, 47,24% – в Zhongmian-16 и 18,85% – в Pima4-S. Активность КАТ трех видов хлопчатника в условиях засухи была следующей: TM-1, Zhongmian-16 и Pima4-S 204,69, 157,67 и 86,29% соответственно, а самая высокая активность наблюдалась у TM-1. (P < 0,05) увеличение активности POD обнаружено в TM-1 (24,09%) и Zhongmian-16 (13,06%) [6]. Активность СОД у изученного нами растения хлопчатника составила 1,59±0,06 ед/мг белка у растений, выращенных в оптимальных условиях, а у растений, выращенных в аридных условиях, – 2,59±0,10 ед/мг белка (табл. 1). Активность фермента каталазы составила 37,96±1,8 мккат/г белка у растений, выращенных в оптимальных условиях, тогда как 26,92±1,42 мккат/г белка – у растений, выращенных в засушливых условиях (табл. 1). Активность фермента пероксидазы составила 23,7±0,90 нкат у растений, выращенных в оптимальных условиях, и 28,3±0,58 нкат в растениях, выращенных в засушливых условиях (табл. 1) (1 г нкат на массу растения). Количество МДА в растениях хлопчатника составило 1,68±0,04 ммоль/л у растений, выращенных в оптимальных условиях, и 2,20±0,11 ммоль/л в растениях, выращенных в условиях засухи (табл. 1).

Таблица 1.

Антиоксидантная ферментативная активность и содержание малонового диальдегида в линиях хлопчатника в условиях засухи и оптимальных условиях

Примечание: P < 0,05.

Анализ полученных результатов показывает, что стресс от засухи в настоящее время вызывает значительные потери урожая и может усилиться в будущем. В наших экспериментах активность супероксиддисмутазы (СОД) у линий хлопчатника, выращенного в условиях засухи, увеличилась на 38,61% по сравнению с выращенным в оптимальных условиях, а активность каталазы (КАТ) увеличилась на 29,03% по сравнению с таковой в оптимальных условиях, тогда как доля активности пероксидазы (ПОД) увеличилась на 19,08% в сухих условиях по сравнению с оптимальными условиями, а содержание малонового диальдегида (МДА) увеличилось на 23,63% в сухих условиях по сравнению с оптимальными условиями.

Список литературы:

1. Газета.uz / [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.gazeta.uz/oz/2022/12/12/aziz-omonov/.
2. Методические положения по изучению процессов свободно-радикального окисления и системы антиоксидантной защиты организма. Метод определения малоновогодиалдегида в крове. – Воронеж, 2010. – С. 37–39.
3. Методы определения активности каталазы / М.А. Королюк, Л.И. Иванова, И.Г. Маёрова, В.Е. Токарев. – М. : Медицина, 1988. – С. 16–18.
4. Drought coping strategies in cotton: increased crop per drop National Key Laboratory of Crop Genetic Improvement / Abid Ullah, Heng Sun, Xiyan Yang, Xianlong Zhang // Huazhong Agricultural University, Wuhan, Hubei, China Plant Biotechnology Journal. – 2017. – № 15. – P. 271–284.
5. Isra H.P., Fridovich I. The Role of Superoxide Anion in the Autoxidation of Epinephrine and a Simple Assay for Superoxide Dismutase, From the Department of Biochemistry // The journal of biological. – 1972. – P. 317–3175.
6. Molecular and physio-biochemical characterization of cotton species for assessing drought stress tolerance / Md Mosfeq-Ul Hasan, Fanglu Ma, Zakaria Hossain Prodhan [et al.] // International journal Molecular Sciences Published. – 2018, 6 Sept.