АКТИВНОСТЬ АНТИОКСИДАНТНЫХ ФЕРМЕНТОВ ХЛОПЧАТНИКА В УСЛОВИЯХ ХЛОРИДНОГО, СУЛЬФАТНОГО И КАРБОНАТНОГО ЗАСОЛЕНИЯ

АННОТАЦИЯ

В данном исследовании изучена активность антиоксидантных ферментов — пероксидазы и каталазы — у сортов хлопчатника Gossypium barbadense (Сурхан-103) и Gossypium hirsutum (C-6580) в условиях различных типов солевого стресса (NaCl, Na₂SO₄ и Na₂CO₃). Полученные результаты показали, что карбонатное засоление (Na₂CO₃) является наиболее сильным стрессовым фактором для растений хлопчатника. Сорт C-6580 характеризовался более высокой антиоксидантной активностью и повышенной устойчивостью к солевому стрессу по сравнению с сортом Сурхан -103.

ABSTRACT

In this study, the activity of antioxidant enzymes—peroxidase and catalase—was investigated in cotton cultivars Gossypium barbadense (Surkhan-103) and Gossypium hirsutum (C-6580) under different salinity stress conditions (NaCl, Na₂SO₄, and Na₂CO₃). The obtained results demonstrated that carbonate salinity (Na₂CO₃) exerted the strongest stress effect on cotton plants. The cultivar C-6580 exhibited higher antioxidant enzyme activity and greater tolerance to salinity stress compared to Surkhan-103.

Ключевые слова: хлопчатника, солевой стресс, антиоксидантных ферментов, пероксидаза, каталаза, активные формы кислорода.

Keywords: cotton, salinity stress, antioxidant enzymes, peroxidase, catalase, reactive oxygen species.

Введение. Хлопчатник (Gossypium spp.) является одной из важнейших сельскохозяйственных культур, широко возделываемых более чем в 80 странах мира и имеющих стратегическое значение для экономики многих государств [1]. Рост и развитие хлопчатника в значительной степени ограничиваются воздействием абиотических стрессовых факторов, включая засоление почв, засуху и высокие температуры [1]. Наиболее распространёнными формами засоления являются хлоридное, сульфатное и карбонатное, которые оказывают серьёзное негативное влияние на плодородие почв и урожайность сельскохозяйственных культур [2]. В условиях засоления избыточное накопление ионов натрия (Na⁺) приводит к угнетению процессов фотосинтеза, а также к нарушению важнейших физиологических и биохимических процессов в растительном организме [3]. При сульфатном засолении основным стресс-фактором выступает натрий сульфат (Na₂SO₄), который усиливает осмотический стресс, однако фитотоксичность ионов SO₄²⁻ считается менее выраженной по сравнению с ионами Cl⁻ [4].

Карбонатное засоление (Na₂CO₃, NaHCO₃) является одной из наиболее опасных форм стрессов для растений, поскольку сопровождается формированием щелочной среды и повышением pH, что существенно нарушает метаболические процессы [5].

Основной целью настоящего исследования являлось определение активности антиоксидантных ферментов у сортов хлопчатника Сурхан-103 (G. barbadense) и C-6580 (G. hirsutum) под воздействием различных концентраций хлоридного, сульфатного и карбонатного засоления, а также выявление механизмов их устойчивости к солевому стрессу.

Материалы и методы исследования

В эксперименте использовали семена сортов хлопчатника G. barbadense (Сурхан-103) и G. hirsutum (C-6580), которые предварительно подвергали кратковременной в растворе 96% H₂SO₄, затем замачивали в дистиллированной воде и проращивали на влажной фильтровальной бумаге. Проращивание проводили в условиях засоления NaCl, Na₂SO₄ и Na₂CO₃ в концентрациях 100 и 200 мМ в термостате при температуре 28 °C в течение 7 суток. В ходе исследования определяли активность пероксидазы (ПО) и каталазы (КАТ). Активность ПО определяли по методу Бояркина [6], активность КАТ — по методу, описанному Sinha [7]. Общее содержание белка в образцах определяли по методу Lowry [8].

Результаты обработаны в Microsoft Excel. Определены средний индекс отклонения (±M) и индекс статистической надежности (P). Результаты исследований менее P <0,05 считались статистически достоверными.

Результаты и их обсуждение

Солевой стресс приводит к избыточному образованию активных форм кислорода (АФК) в растениях, что вызывает перекисное окисление липидов, денатурацию белков и повреждение клеточных мембран [9]. В ограничении данного окислительного повреждения ключевую роль играют антиоксидантные ферменты, в частности пероксидаза (ПО), которая участвует в детоксикации пероксида водорода и поддержании редокс-баланса клеток [10].

Полученные результаты показали, что в контрольных условиях активность ПО у сорта Сурхан -103 была несколько выше по сравнению с сортом C-6580 (Таблица 1). Однако при воздействии засоления, особенно при высоких концентрациях солей, у сорта Сурхан-103 наблюдалось резкое снижение активности ПО, что указывает на недостаточную активацию антиоксидантной системы.

Таблица 1.

Активность ферментов пероксидазы и каталазы у проростков сортов хлопчатника Сурхан-103 и C-6580 при различных условиях засоления

В условиях NaCl-засоления у обоих сортов отмечалось снижение активности ПО, что согласуется с данными предыдущих исследований. Parida и Das (2005) связывали снижение активности антиоксидантных ферментов при воздействии NaCl с окислительным повреждением ферментных молекул и метаболическим дисбалансом [11].

В нашем исследовании более высокая активность ПО у сорта C-6580 в условиях NaCl подтверждает его большую устойчивость к засолению.

При сульфатном засолении (Na₂SO₄) снижение активности ПО было менее выраженным по сравнению с NaCl, что объясняется меньшей токсичностью сульфат-ионов. Ранее также отмечалось, что при Na₂SO₄-засолении антиоксидантные ферменты сохраняют более стабильную активность [12].

Наиболее выраженные различия были выявлены при карбонатном засолении (Na₂CO₃). Данный тип засоления характеризуется не только ионной токсичностью, но и повышением pH среды, что оказывает сильное ингибирующее влияние на активность ферментов [13].

Каталаза (КАТ) играет ключевую роль в разложении H₂O₂ до воды и кислорода, защищая клеточные мембраны от окислительного повреждения [14]. Наше исследование показало, что у сорта C-6580 активность КАТ сохранялась на высоком уровне при различных типах засоления, что соответствует данным о стабильности антиоксидантных ферментов у стрессоустойчивых сортов [15] (Таблица 1).

Вместе с тем при Na₂SO₄ и Na₂CO₃ у данного сорта фиксировалось снижение активности КАТ, что указывает на его чувствительность к солевому и щелочному стрессу [16]. Сорта хлопчатника по-разному реагируют на различные типы засоления. C-6580 проявил высокую устойчивость и стабильную антиоксидантную защиту при всех видах солевого стресса, особенно при Na₂SO₄ и Na₂CO₃, тогда как Сурхан-103 испытывал сильный окислительный стресс при карбонатном засолении. Данные подтверждают, что карбонатное засоление наиболее опасно, а C-6580 является перспективным для селекции по солеустойчивости.

Список литературы:

1. Liang K.W. Best practices for sustainable cotton farming systems // Cotton Genomics and Genetics. – 2025. – Vol. 16, № 2. – P. 80–94. DOI: 10.5376/cgg.2025.16.0009.
2. Khamraliev A., Mamatkulov Z., Musaev I., Saipova B., Oymatov R., Mirjalolov N. Assessment of salinization dynamics in irrigated lands of Uzbekistan using Landsat imagery and Google Earth Engine // E3S Web of Conferences. – 2023. – Vol. 386. – Art. 01010. DOI: 10.1051/e3sconf/202338601010.
3. Liu J., Fu Ch., Li G., Khan M.N., Wu H. ROS homeostasis and plant salt tolerance: plant nanobiotechnology updates // Sustainability. – 2021. – Vol. 13, № 6. – Art. 3552. DOI: 10.3390/su13063552.
4. Özkutlu F., Aydemir Ö.E. Effect of Na₂SO₄ application on the growth, yield and Cd uptake of wheat // Akademik Ziraat Dergisi. – 2024. – Vol. 13, № 1. – P. 169–174. DOI: 10.29278/azd.1452660.
5. Wang D., Xu M., Xu T., Lin X., Musazade E., Lu J., Yue W., Guo L., Zhang Y. Specific physiological responses to alkaline carbonate stress in rice seedlings // Functional Plant Biology. – 2024. – Vol. 51, № 10. DOI: 10.1071/FP23161.
6. Бояркин А.Н. Методика определения пероксидазной активности в растениях // Биоорганическая химия. – 1990. – № 3. – С. 43–45.
7. Sinha A.K. Colorimetric assay of catalase // Analytical Biochemistry. – 1972. – Vol. 47, № 2. – P. 389–394.
8. Lowry O.H., Rosebrough N.J., Farr A.L., Randall R.J. Protein measurement with the Folin phenol reagent // Journal of Biological Chemistry. – 1951. – Vol. 193, № 1. – P. 265–275.
9. Gill S.S., Tuteja N. Reactive oxygen species and antioxidant machinery in abiotic stress tolerance in crop plants // Plant Physiology and Biochemistry. – 2010. – Vol. 48, 909–930.
10. Apel K., Hirt H. Reactive oxygen species: metabolism, oxidative stress, and signal transduction. Annual Review of Plant Biology. – 2004. – Vol. 55, 373–399.
11. Parida A.K., Das A.B. Salt tolerance and salinity effects on plants.// Ecotoxicology and Environmental Safety. – 2005. Vol. 60, 324–349.
12. Tavakkoli E. The response of plants to salinity stress. // Functional Plant Biology. – 2010. Vol. 37, 933–947.
13. Cao Y., Song H., Zhang L. New Insight into Plant Saline-Alkali Tolerance Mechanisms and Application to Breeding. // Int. J. Mol. Sci. –2022. Vol. 23, 16048. https://doi.org/10.3390/ijms232416048.
14. Hasanuzzaman M., Bhuyan M.H.M.B, Zulfiqar F., Raza A., Mohsin S.M., Mahmud J.A., Fujita M., Fotopoulos V. Reactive Oxygen Species and Antioxidant Defense in Plants under Abiotic Stress: Revisiting the Crucial Role of a Universal Defense Regulator. // Antioxidants. –2020. Vol.9(8), 681. https://doi.org/10.3390/antiox9080681
15. Ahmad P., Abdel Latef A.A., Hashem A., Abd_Allah E.F., Gucel S., Tran L.S. P. Nitric oxide mitigates salt stress by regulating levels of osmolytes and antioxidant enzymes in Gossypium hirsutum. // Plant Physiology and Biochemistry. –2016. Vol. 104, 122–133.
16. Zhang M., Smith J.A.C., Harberd N.P. Antioxidant enzyme regulation under saline and alkaline stress in upland cotton. // BMC Plant Biology. – 2025. Vol. 25, 204.