Оценка воздействия гербицидов на проростки сои по изменению пероксидазной активности

УДК 633.853.52: 632.954: 581.198

Оценка воздействия гербицидов на проростки сои по изменению пероксидазной активности

М.П. МИХАЙЛОВА, младший научный сотрудник

Всероссийский научно-исследовательский институт сои, Игнатьевское шоссе, 19, Благовещенск, 675000, Российская Федерация

Исследования проводили с целью определения возможности использования пероксидаз в качестве маркеров устойчивости проростков сои к воздействию гербицидов Раундап и Фронтьер. Материалом для исследований были семена сои сорта МК 100. Их проращивали в чашках Петри в течение 5 суток при воздействии гербицидов Раундап и Фронтьер в концентрациях 3*10-7М, 3х 10-6М, 3х 10-5М, 3х 10-4М, 3х 10-3М, 3*10-2М, 6х 10-2М. В контрольном варианте семена проращивали в воде. Активность пероксидаз определяли колориметрическим методом по Бояркину в модификации Мокроносова и выражали в единицах активности на 1 мг белка, количество белка измеряли методом Лоу-ри. Исследуемые препараты обладали разной токсичностью, ответная реакция проростков сои также различалась. О высокой токсичности гербицида Раундап свидетельствуют значительное ухудшение биометрических показателей проростков сои и изменение пероксидазной активности. Высота проростков сои даже при низких концентрациях гербицида снижалась на 40 %, длина корня - на 60 %. Под влиянием препарата в низких концентрациях происходит увеличение активности фермента, более высокие концентрации гербицида снижают активность пероксидаз, по сравнению с контролем, в 4 раза. При увеличении концентрации гербицида Фронтьер отмечено пропорциональное снижение высоты проростков (в 2 раза при концентрации 3х 10-4М, в 3 раза - при 3х 10-3М, в 4 раза при - 3х10-2М) и уменьшение их вегетативной массы. Полный рост семян прекращался при использовании препарата в концентрации 6х 10-2М. Активность пероксидаз при этом постепенно повышалась до 1,5 раза.

Ключевые слова: проростки сои, гербициды, активность пероксидаз, биометрические показатели.

Для цитирования: Михайлова М.П. Оценка воздействия гербицидов на проростки сои по изменению пероксидазной активности // Земледелие. 2017. № 1. С. 47-48.

Широкий спектр использования сои обусловлен тем, что она служит источником полноценного рас-

тительного белка и способствует накоплению биологического азота в почве. Растения этой культуры обладают слабо развитой корневой системой и плохо конкурируют с сорной растительностью, особенно на начальной стадии онтогенеза. Поэтому обработка посевов сои гербицидами в начале вегетации - важнейшее условие получения высоких и стабильных урожаев [1].

К числу гербицидов, широко применяемых для уничтожения сорняков в Амурской области, относятся Раундап, содержащий в качестве действующего вещества глифосат ^(фосфонометил)-глицин, и Фронтьер с действующим веществом диметенамид-П.Они высокоэффективны и позволяют уничтожать наиболее распространенные сорные растения [2]. Однако их негативное влияние испытывает на себе и защищаемая культура. Стресс, вызываемый гербицидами, может приводить к снижению урожайности до 50 %. Для уменьшения стрессового воздействия и увеличения устойчивости культуры к гербицидам важно изучить физиологические процессы, происходящие под влиянием указанных препаратов [3].

Известно, что при стрессовых состояниях в клетках растений происходит образование активных форм кислорода (АФК), что вызывает окислительный стресс, который приводит к нарушению физиолого-биохимических процессов. Растительная клетка содержит антиокси-дантную систему защиты от АФК, включающую высокомолекулярные соединения, к числу которых от-

носится фермент пероксидаза. Он осуществляет контроль уровня пе-роксида водорода и служит биоиндикатором устойчивости растений к окислительному стрессу, вызванному действием гербицидов [4].

Цель исследований - установить роль пероксидаз в качестве маркеров устойчивости проростков сои к воздействию гербицидов Раундап и Фронтьер.

Исследования проводили в 20142015 гг. Лабораторные опыты закладывали в трех повторностях. Материалом для исследований были семена сои среднеспелого сорта МК 100 селекции ВНИИ сои. В каждом варианте опыта проращивали по 50 семян сои в чашках Петри в течение 5 суток под воздействием гербицидов Раундап и Фронтьер в следующих концентрациях 3х10-7М, 3х10-6М, 3х10-5М, 3х10-4М, 3х10-3М, 3х10-2М, 6х10-2М. Контрольные семена проращивали в воде. Активность пероксидаз определяли по Бояркину в модификации Мокроносова и выражали в единицах активности на 1 мг белка, количество белка - методом Лоури [5, 6].

Проростки сои отличались малой устойчивостью к окислительному стрессу, вызванному действием гербицида Раундап, при этом происходило снижение их ростовых характеристик. Даже при низких концентрациях гербицида: (3х10-7 М; 3х10-6 М; 3х10-5 М) высота проростков сои уменьшалась на 40 %, длина корня - на 60 %. Коэффициент корреляции между высотой проростка и концентрацией гербицида составил -0,71, что объясняется высокой токсичностью препарата (рис. 1).

Гербицид Фронтьер также оказал токсическое воздействие на сою сорта МК 100. При увеличении его концентрации отмечено пропорциональное снижение высоты проростков и уменьшение их вегетативной массы. При концентрации 3х10-4М высота проростков уменьшилась в 2 раза,3х10-3М - в 3 раза, 3х10-2М - в

Рис. 1. Высота проростков сои при влиянии гербицидов Раундап (а) и Фронтьер (б): 1 - контроль; 2 - 3хШ7 М; 3 - 3хШ6 М; 4 - 3хШ5 М; 5 - 3хШ4 М; 6 - 3х10М; 7 - 3хШ2 М; 8 - 6хШ2 М.

м о

400 350 ш 300

к

5 250 ю

jï 200 S 150

<А 100

50 0

400 350 300

es

S 250 ю ^ 200

Üf 150

j 100

50

0

1 2 3 4 5 6 7

1 2 3 4 5 6 7 8

а)

б)

Рис. 2. Удельная активность пероксидаз проростков сои при влиянии гербицидов Раундап (а) и Фронтьер (б). Концентрации действующих веществ: 1 - контроль; 2 - 3хШ7М; 3 - 3х Ш6 М; 4 -3х Ш5 М; 5 - 3хШ4 М; 6 - 3х Ш3 М; 7 - 3хШ2 М; 8 - бхШ2 М.

4 раза. Полный рост семян прекращался в варианте с концентрацией 6х10-2М.

О токсичности гербицида Раундап для проростков сои свидетельствует изменение пероксидазной активности. Под влиянием препарата в низких концентрациях происходит увеличение активности фермента в 1,5-2 раза. Более высокие концентрации гербицида приводят к снижению активности пероксидазы в 4 раза, по сравнению с контролем (рис. 2). Увеличение удельной активности пероксидазы свидетельствует об активировании фермента в ответной биохимической реакции на неблагоприятное воздействие факторов внешней среды, а ее снижение - о падении адаптивного потенциала [7]. Установлена отрицательная связь между активностью пероксидазы и концентрацией гербицида Раундап с коэффициентом корреляции -0,58.

При увеличении концентрации гербицида Фронтьер в среде для проращивания сои происходило повышение активности пероксидазы в 1,5 раза. Между дозировкой гербицида Фронтьер и активностью пероксидазы установлена тесная прямая корреляционная зависимость (г = 0,70).

Влияние токсичных веществ всегда имеет негативный характер, при этом активность пероксидазы служит маркером адаптации организма к условия окружающей среды. Так, под воздействием прапарата Раундап в концентрации от 3х10-7 М до 3х10-5 М происходит увеличение ее удельной активности, что свидетельствует об увеличении адаптив-N ного потенциала. То есть организм о может продолжить свое развитие, ^ несмотря на снижение ростовых ^ характеристик. При дальнейшем о» увеличении концентрации от 3х10-4 | М до 6х10-2 М происходит резкое снижение активности пероксидазы  в 3-11 раз, что свидетельствует об 5 истощении организма. Адаптация $ в таких условиях уже не возможна.

Под влиянием препарата Фронтьер удельная активность фермента увеличивается на 7-40 % относительно контроля, что демонстрирует большую устойчивость растений сои к его воздействию, по сравнению с Раундапом.

Таким образом, мы установили, что активность пероксидазы может служить маркером устойчивости проростков сои к воздействию гербицидов как к неблагоприятному фактору внешней среды. Оба изучавшихся препарата токсичны для растений сои. При этом воздействие гербицида Фронтьер в исследуемых концентрациях сопровождается снижением ростовых характеристик в 2-4 раза и увеличением пероксидазной активности проростков сои в 1,5 раза. Большую токсичность препарата Раундап подтверждает повышенная удельная активность фермента и более резкое снижение биометрических характеристик под воздействием его низких концентраций.

Литература.

1. Соя в России: монография / В.А. Федотов, С.В. Гончаров, О.В. Столяров и др. М.: Агролига России, 2013. 432 с.

2. Сорная растительность Амурской области и меры борьбы с ней / Ф.Б. Ко-ломийцев, В.Т. Синеговская, В.К. Сергеев, А.Н. Гайдученко. Благовещенск: ИПК «Приамурье», 2003. 168 с.

3. Куликова Н.А., Лебедева Г.Ф. Гербициды и экологические аспекты их применения: учебное пособие. М.: Книжный дом «Либроком», 2010. 152 с.

4. Пероксидазная активность проростков сои при воздействии гербицида Фронтьер различных концентраций / М.П. Михайлова, В.Т. Синеговская, В.А. Кузнецова, Л.Е. Иваченко // Итоги координации научно-исследовательских работ по сое за 2011-2014 годы: сборник научных статей по материалам координационного совещания по сое зоны Дальнего Востока и Сибири. Благовещенск: ФГБНУ ВНИИ сои, 2015. С. 106-110.

5. Малый практикум по физиологии растений / под ред. А.Т. Мокроносова. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1994. 184 с.

6. Protein measurement with the Folin phenol reagent / O.H. Lowry, N.J. Rese-brought, A.L. Farr, R.J. Randall // J. Biol. Chem. 1951. V. 193, No 1. Pp. 265-275.

7. Иваченко Л.Е. Ферменты как маркеры адаптации сои к условиям выращивания: монография. Благовещенск: Изд-во БГПУ, 2011. 192 с.

Assessment of Herbicide Influence on Soybean Sprouts according to the Change of Peroxidase Activity

M.P. Mihailova

All-Russian Scientific Research Institute of Soybean, Ignat'evskoe shosse, 19, Blagoveshchensk, 675000, Russian Federation

Abstract. The aim of this work was to determine the possibility of usage of peroxidases as markers of resistance of soybean sprouts to the exposure of herbicides 'Roundup' and 'Frontier'. Seeds of soybean 'MK 100' were a material for the research. They were germinated in Petri dishes during 5 days under exposure of Roundup and Frontier at the following concentration: 3x10E-7M, 3x10E-6M, 3x10E-5 M, 3x10E-4 M, 3x10E-3 M, 3x10E-2 M, 6x10E-2 M. Control seeds were couched in water. The activity of peroxidases was determined by a colorimetric method according to Boyarkin in Mokronosov's modification and expressed in activity units per 1 mg of protein; the amount of protein was determined by Louri's method. The studied preparations had different toxicity; the reaction of soybean sprouts was also different. Roundup is toxic as evidenced by significant deterioration of biometric parameters of soybean sprouts and the change in peroxidase activity. Even at low concentrations of the herbicide the height of soybean sprouts decreased by 40 %, the root length - by 60 %. Under the influence of the preparation in low concentration the enzyme increases its activity; the higher concentrations of the herbicide decreases peroxidase activity four times in comparison with the control. With the increase in Frontier concentration it was registered the proportional reduction of sprout height (two times at the concentration of 3x10E-4 M, three times - at 3x10E-3 M, four times -at 3x10E-2 M). Full growth of seeds stops at the concentration of the preparation of 6x10E-2 M. Peroxidase activity in this case gradually increased 1.5 times.

Keywords: soybean sprouts, herbicides, activity of peroxidases, biometric characteristics.

Author Details: M.P. Mihailova, junior research fellow (e-mail: mihaylovamariya@ mail.ru).

For citation: Mihailova M.P. Assessment of Herbicide Influence on Soybean Sprouts according to the Change of Peroxidase Activity. Zemledelie. 2017. No 1. Pp. 47-48 (in Russ.).