УЧАСТИЕ ФИТОГОРМОНОВ В РЕГУЛЯЦИИ АНТИОКСИДАНТНОЙ СИСТЕМЫ ХЛОПЧАТНИКА ПРИ ЗАСОЛЕНИИ

АННОТАЦИЯ

Сравнительные исследования взаимосвязи фитогормонов абсцизовой и индолилуксусной кислоты в активации аскорбатпероксидаза в корнях проростков биотехнологических сорт хлопчатника Порлок-1 показали, что скорость формирования ответных реакций зависела от продолжительности воздействия солевого стресса и концентрации NaCl в среде. Аскорбатпероксидаза оказалась чувствительна к обработке раствором NaCl корней проростков хлопчатника. Комплекс воздействий 5% NaCl с абсцизовой кислотой при экспозиции 24 ч способствовала активации фермента, который сдерживала всплеск уровня перекиси водорода и уменьшал процессы окисления. Исследование влияния фитогормонов на содержание малонового диальдегида в корнях проростков хлопчатника Порлок-1 при солевом шоке показало, что в первые часы воздействия солевого шока во всех вариантах опыта содержание малонового диальдегида существенно возрастало.

ABSTRACT

Comparative studies of the relationship between the phytohormones abscisic and indole-acetic acids in the activation of ascorbatperoxidase in the roots of seedlings of the biotechnological cotton variety Porlok-1 showed that the rate of formation of response reactions depended on the duration of exposure to salt stress and the concentration of NaCl in the medium. Ascorbatperoxidase turned out to be sensitive to the treatment of the roots of cotton seedlings with NaCl solution. The complex effects of 5% NaCl with abscisic acid with exposure for 24 hours contributed to the activation of the enzyme, which restrained the surge in the level of hydrogen peroxide and reduced oxidation processes. The study of the effect of phytohormones on the content of malondialdehyde in the roots of Porlok-1 cotton seedlings under salt shock showed that in the first hours of exposure to salt shock in all variants of the experiment, the content of malondialdehyde increased significantly.

Ключевые слова: биотехнологических сорт хлопчатника Порлок-1, солевом шоке, фитогормоны, абсциз кислоты, индолилуксусная кислоты, засоления.

Keywords: biotechnological cotton variety Porlok-1, salt shock, phytohormones, abscisic acid, indole-acetic acid, salinity.

Введение. Гормональная регуляция это одна из наиболее важных регуляторных систем, которая контролирует жизнь каждого растения на всех этапах его развития не только в нормальных условиях существования, но и при различных стрессовых воздействиях. Обычно под влиянием стрессоров тормозится рост растений, снижается содержание индолилуксусной кислоты (ИУК), гиббереллинов и цитокининов, но возрастает количество ингибиторов абсцизовой кислоты (АБК), этилена, жасмоновой кислоты. АБК рассматривается как стрессовый фитогормон, играющий ключевую роль в устойчивости растений к действию неблагоприятных абиотических и биотических факторов. В частности, действие АБК распространяется практически на все процессы клеточного метаболизма. АБК играет крайне важную роль в ответе растения на обезвоживание, засоление, действие температур.

В связи с этим целью настоящего этапа исследований являлось изучение влияния фитогормонов (АБК, ИУК) на антиокислительные реакции биотехнологических сорт хлопчатника Порлок-1 при кратковременном и длительном воздействии разных концентраций NaCl.

Методы исследования

В исследованиях были использованы концентрации раствора NaCl – 1% и 5%, которые были выбраны как нижняя и верхняя граница солевого стресса для выявления стресс-адаптирующего действия фитогормонов. 7-суточные проростки хлопчатника помещали в сосуды с растворами АБК, ИУК в концентрации 10^-7 М в отдельности; с солевым раствором соответствующих концентрациях отдельно и совместно с фитогормонами при экспозиции 1 ч и 24 ч. Контрольные проростки проращивали в воде. Для определения активности антиоксидантных ферментов листья проростков хлопчатника гомогенизировали в жидком азоте. Для получения ферментативного экстракта навеску ткани массой 500 мг растирали в холодной фарфоровой ступке с добавлением соответствующего экстракционного буфера в соотношении 1:10. Концентрацию белка определяли по методу Лоури [1]. Общую активность фермента АПО определяли по Верма и Дубей [2]. Определение концентрации малонового диальдегида проводили по методу Rogozhin V.V., основанного на образовании окрашенного комплекса – продукта малонового диальдегида (МДА) в реакции с тиобарбитуровой кислотой при нагревании [3].

Статистическую обработку данных проводили с помощью Microsoft Excel.

Результаты и их обсуждение

Для оценки влияния фитогормонов на антиокислительные реакции биотехнологических сортов хлопчатника при кратковременном (1 ч) и длительном (24 ч) солевом стрессе нами были исследованы изменения в активность антиоксидантных ферменты – аскорбатпероксидаза (АПО), а также содержание МДА в корнях 7-суточных проростков, так как корни проростков непосредственно взаимодействуют с фактором стресса.

АПО, наравне с другими антиоксидантными ферментами и низкомолекулярными антиоксидантами, участвует в поддержании окислительно-восстановительного баланса клетки и необходимого уровня восстановительных эквивалентов – глутатиона и аскорбата. Сравнительные исследования взаимосвязи фитогормонов в активации АПО в корнях проростков хлопчатника Порлок-1 показали, что скорость формирования ответных реакций зависела от продолжительности воздействия солевого стресса и концентрации NaCl в среде (рис. 1. а). В соответствии с рисунком 1. (а), в вариантах опыта –1% NaCl, 5% NaCl, АБК, 1% NaCl+АБК; 5% NaCl+АБК, 1% NaCl+ИУК; 5% NaCl+ИУК, за исключением действия ИУК, при экспозиции 1 ч активность АПО была ниже, чем при экспозиции 24 ч.

АПО оказалась чувствительна к обработке раствором NaCl корней проростков. В первые часы после воздействия 1% и 5% солевого стресса активность АПО превышала контроль в 1,4 и 2,2 раз соответственно, в то время как после продолжительного воздействия 1% и 5% солевого стресса активность фермента возрастает, что превышает уровень контроля в 3,0 и 2,4 раза соответственно. При воздействии фитогормонов АБК и ИУК в первые часы отмечалось возрастание активности АПО в 4,6 и 3,8 по сравнению с контролем. Через 24 ч активность фермента под действием АБК и ИУК повышалась, что превышала значение в контроле в 4,5 и 3,25 раза соответственно. Такое повышение активности АПО при экзогенном действии фитогормонов свидетельствует о включении в проростках системной защиты от негативного воздействия активных форм кислорода (АФК), которые образуются при высоких концентрациях соли, что не исключает участие фитогормонов в трансдукции сигналов вызывающих экспрессию защитных белков.

При комплексном воздействии 1% NaCl + АБК и 5% NaCl + АБК при экспозиции 24 ч был отмечен несколько иной характер активности АПО, где при воздействии 1% NaCl + АБК активность фермента снижалась в 2,3 раза уровня активности при воздействии АБК, в то время как при воздействии 5% NaCl + АБК активность АПО возрастала в 1,2 раза над уровнем активности при воздействии только АБК. Вероятно, при кратковременном солевом шоке всплеск перекиси водорода подавляет активность АПО, а для дополнительного синтеза антиоксидантных белков требуется время. АБК при комплексном воздействии 5% NaCl + АБК в экспозиции 24 ч способствовала активации АПО, которая, в свою очередь, сдерживала всплеск уровня перекиси водорода и сдерживала процессы окисления.

В вариантах 1% NaCl + ИУК и 5% NaCl + ИУК, где при кратковременном солевом шоке активность фермента снижался.

а)    б) 

Рисунок 1. Комплексное воздействие АБК, ИУК и солевого стресса (1 ч и 24 ч) на состояние антиоксидантной системы в корнях 7-суточных проростков хлопчатника Порлок-1:

а) активность аскорбатпероксидазы; б) содержание малонового диальдегида.

Целостность растительного организма, его устойчивость к неблагоприятным условиям внешней среды обеспечивается различными системами регуляции, в том числе и гормональной. Сравнительные исследования взаимосвязи фитогормонов АБК и ИУК в активации АПО в корнях проростков биотехнологических сорт хлопчатника Порлок-1 показали, что скорость формирования ответных реакций зависела от продолжительности воздействия солевого стресса и концентрации NaCl в среде. АПО оказалась чувствительна к обработке раствором NaCl корней проростков хлопчатника.

Повышение активности АПО при экзогенном действии фитогормонов свидетельствовало о включении в проростках хлопчатника системной защиты от негативного воздействия АФК, которые образуются при высоких концентрациях соли, что не исключает участие фитогормонов в трансдукции сигналов вызывающих экспрессию защитных белков. АПО разлагает Н2О2 при наличии необходимого уровня аскорбата, следовательно, при кратковременном солевом шоке всплеск перекиси водорода подавляла активность АПО, а для дополнительного синтеза антиоксидантных соединений, как известно, требуется время. ИУК является фитогормоном роста и как в ее присутствии, так и в комплексе при продолжительном солевом стрессе активность АПО возрастает, что свидетельствует о стимуляции ростовых процессов в хлопчатнике, несмотря на высокую концентрацию солей. В некоторых вариантах опыта при комплексном воздействии ИУК, АБК с засолением понижалась активность АПО. Снижение активности АПО при солевом стрессе могло быть связано с тем, что этот фермент высоко специфичен к аскорбату и быстро теряет активность в его отсутствие. Возможно, действие фитогормонов АБК и ИУК на проростки хлопчатника обусловливает снижение в них количества аскробата при солевом шоке.

В условиях солевого шока происходит усиленное образование активных форм кислорода, провоцирующих пероксидного окисления липидов (ПОЛ), конечным продуктом которого является МДА. Исследование влияния фитогормонов на содержание МДА в корнях проростков хлопчатника Порлок-1 при солевом шоке показало, что в первые часы воздействия солевого шока во всех вариантах опыта содержание МДА существенно возрастало. Возможно, первые часы воздействия стресса возрастает содержание АФК при участии фитогормонов, в результате которого индуцируется экспрессия генов антиоксидантных компонентов защиты растительной клетки, приводящее далее к снижению МДА. Подтверждением того являются полученные нами результаты, в которых спустя 24 часа было выявлено снижение уровня содержания МДА во всех вариантах опыта. Вероятно, повышение ПОЛ в корнях проростков связано с уменьшением активности антиоксидантных ферментов КАТ и ПО, которые ингибируются при высоких концентрациях перекиси водорода.

Таким образом, полученные результаты показали, что при солевом стрессе включение защитных механизмов происходило в определенной последовательности. Последовательное включение защитных механизмов при участии АБК в ответ на нарастание солевого стресса предотвращает окислительный стресс в корнях хлопчатника.

Список литературы:

1. Lowry O.H., Rosebraugh N.J., Farr A.L., Randall R.J. Protein measurement with Folin phenol reagent. J. Biol. Chem. – 1951. – V. 193. – No.1. – P. 265–275.
2. Verma S., Dubey R.S. Lead Toxicity Induces Lipid Peroxidation and Alters the Activities of Antioxidant Enzymes in Growing Rice Plants // Plant Sci. – 2003. – V. 164. – P. 645 – 655.
3. Rogozhin V.V., Kurilyuk T.T., Kershengolts B.M. Method for determination of malondialdehyde concentration by thiobarbituric acid. Patent of Russian Federation No. 2112241, – 1998 (in Russian).