Влияние экзогенных антиоксидантов на перекисное окисление липидов у растений арабидопсиса в условиях засоления

ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН _2018, том 61, №3_

ФИЗИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ

УДК 581.1

Х.М.Хамроева*, З.Б.Давлятназарова, Н.Х.Норкулов, член-корреспондент АН Республики Таджикистан Б.Б.Джумаев

ВЛИЯНИЕ ЭКЗОГЕННЫХ АНТИОКСИДАНТОВ НА ПЕРЕКИСНОЕ ОКИСЛЕНИЕ ЛИПИДОВ У РАСТЕНИЙ АРАБИДОПСИСА В УСЛОВИЯХ ЗАСОЛЕНИЯ

Таджикский государственный медицинский университет им. Абуали ибн Сино, Институт ботаники, физиологии и генетики растений АН Республики Таджикистан

Изучено влияние аскорбиновой кислоты и а-токоферола на процессы перекисного окисления липидов у дикой и мутантных форм Arabidopsis thaliana (L.) Heynh. в условиях хлоридного засоления. Показано, что добавление экзогенных антиоксидантов в водную среду выращивания по отдельности и в комплексе приводит к различной степени ингибирования процессов перекисного окисления липидов. У дикой формы En и мутантов as, cla и flavi наблюдается неодинаковый уровень образования малонового диальдегида в присутствии NaCl, аскорбиновая кислота действовала как прооксидант, т.е. облегчала реакции окисления, а а-токоферол резко ингибировал перекисное окисление липидов (ПОЛ).

Ключевые слова: Arabidopsis thaliana (L.) Heynh., засоление, антиоксиданты, аскорбиновая кислота, а-токоферол, перекисное окисление липидов.

В последние годы в связи глобальным изменением климата особое внимание уделяется изучению действия неблагоприятных факторов окружающей среды на физиолого-биохимические параметры растений и роли эндогенных систем защиты в формировании устойчивости генотипов в условиях стресса [1,2].

К эндогенным системам защиты от действия активных форм кислорода (АФК) относятся некоторые ферменты, фенольные и низкомолекулярные соединения, а также неферментные антиокси-данты (АО) такие, как аскорбиновая кислота, восстановленный глутатион, каротиноиды, токоферолы, флавоноиды, сахара и многие другие [1, 2].

К экзогенным антиоксидантам относятся а-токоферол (витамин Е) и аскорбиновая кислота (витамин С).

В этой связи целью настоящего исследования явилось изучение защитной роли аскорбиновой кислоты (Asc) и а-токоферола (Е) в процессах ПОЛ у дикой и мутантных форм арабидопсиса (Arabidopsis thaliana (L.) Heynh.) в условиях хлоридного засоления.

Объекты и методы исследований

Объектами исследования служили дикий генотип En (Enkheim) и мутантные формы растений арабидопсиса: flavi (58/15 flavoviridis), cla (90 davatus) и as (931/1 [3].

Адрес для корреспонденции: Джумаев Бахшулло Бокиевич. 734063, Республика Таджикистан, г.Душанбе, ул.Айни, 299/2, Институт ботаники,физиологии и генетики растений АНРТ. E-mail:bahshullo@mail.ru

Растения выращивали в пластмассовых ванночках (24х14х7), заполненных субстратом (почва/песок в соотношении 2:1 соответственно), в период с марта по май на экспериментальном участке Института ботаники, физиологии и генетики растений Академии наук Республики Таджикистан.

Измерение содержания малонового диальдегида (МДА) проводили на листьях растений ара-бидопсиса в фазе бутонизации-начала цветения. Растения выкапывали, корни промывали холодной проточной водой, а затем дистиллированной водой, после чего просушивали фильтровальной бумагой. Далее растения переносили в водные среды с добавлением а-токоферола (Е) и аскорбиновой кислоты (Asc) в течение 24 часов. Опыты проводили по следующей схеме: контроль - 1) Н2О; опыт -2) Н2О+ Asc (1 мкМ); - 3) Н2О+Е (мкг/мл; - 4) Н2О+ Asc +E. Контроль - 5) H20+NaCl (0.05 М); опыт -6) Н2О+ NaCl (0.05 М) + Asc (1 мкМ); 7) Н2О+ NaCl (0.05 М) +E; 8) Н2О+ NaCl (0.05 М) + Asc +E.

Содержание малонового диальдегида (МДА) определяли по методу, описанному в работе [4], с применением тиобарбитуровой кислоты. Содержание МДА рассчитывали с использованием коэффициента экстинкции е = 156 мМ'^см"1, после вычитания неспецифического поглощения при 600 нм.

В работе представлены данные 3 опытов, проведенных в 3-6-кратной биологической повтор-ности. Расчёты, построение графиков и их описание осуществляли с помощью программы Microsoft Office Excel 2010 и по [5].

Результаты исследований и их обсуждение

Результаты анализа роли аскорбиновой кислоты (Asc) и а-токоферола (Е) в процессах пере-кисного окисления липидов у дикой и мутантных форм арабидопсиса в условиях хлоридного засоления представлены на рис.1-4.

Как видно из рис.1, у дикой формы арабидопсиса En в условиях водной среды (контроль) наблюдается незначительное накопление МДА. При добавлении Asc, Е, а также комплекса Asc +Е отмечено заметное изменение содержания МДА. При добавлении Аsc содержание МДА уменьшается на 42% от контроля; при добавлении Е, процент ингибирования МДА уменьшается на 57%. При применении комплекса Asc+Е также наблюдается уменьшение содержания МДА. В условиях солевого стресса (рис. 1) уровень МДА увеличивается почти в 2 раза от контроля (без NaCl), при добавлении Asc и Е по отдельности содержание МДА продолжало повышаться, а действие комплекса Asc +Е ингибировало процессы ПОЛ в два раза по сравнению с контролем.

У мутантной формы арабидопсиса cla (рис. 2) влияние Asc и Е кардинально отличалось от дикой формы. В контроле имело место снижение уровня накопления МДА при добавлении экзогенных антиоксидантов, как по отдельности, так и в комплексе. В условиях NaCl при добавлении Asc содержание МДА уменьшалось более чем на 33% по сравнению с контролем (без NaCl). Добавление Asc и Е, а также комплекса Asc +Е не оказывало значительного влияния на содержание МДА.

У мутантной формы аs (рис. 3) наблюдалась аналогичная картина по влиянию экзогенных ан-тиаксидантов на содержание МДА как в контроле, так и в условиях NaCl и была сходна с мутантами cla.

У мутанта flavi (рис. 4) отмечалась совершенно иная картина, чем у вышеперечисленных мутантов. Уровень ПОЛ в контроле незначительный, а добавление экзогенных антиоксидантов плавно уменьшало содержание МДА, которое резко возрастало при засолении почти в 3 раза. Добавление

Asc не тормозило процессы ПОЛ, а Е уменьшало содержание МДА более чем на 50%. Комплексное добавление Asc+Е также тормозило процессы ПОЛ при засолении, что, по всей вероятности, происходит за счет синергизма двух компонентов Asc и Е.

3100 я

г

о 80 &

л

и

и 60

£ 40 ^ 20 0

60

^H2O

* H2O+Asc

EЩ2O+E(1мкг/мл

lH2O+Asc+E

H2O+Naa

H2O+NaCl+Asc

H2O+Naa (0,1 M)+E

H2O+Naa (0,1 M)+Asc+E

200

180

160

140

120

Рис. 1. Влияние хлоридного засоления на содержание МДА у дикой формы арабидопсиса Еп в зависимости от содержания экзогенных антиокислителей.

-60

¿40

0

60

50

40

30

30

20

lH2O

« H2O+Asc

ЮO+E

H2O+Asc+E

H2O+NаCl

H2O+NaCl (0,1

H2O+NaCl (0,1 M)+Asc+E

200

180

160

140

120

Рис.2. Влияние хлоридного засоления на изменение содержание МДА у мутанта арабидопсиса с1а в зависимости от содержания экзогенных антиокислителей.

Некоторые вещества в зависимости от концентрации и условий среды могут вести себя как антиоксиданты или прооксиданты, то есть являются компонентами, облегчающими процессы ПОЛ. Наши исследования показали, что изученные экзогенные антиоксиданты имели различное влияние на накопление МДА. Аскорбиновая кислота действовала как прооксидант, то есть облегчала реакции окисления, а а-токоферол резко ингибировал процессы ПОЛ. При использовании комплекса Asc+Е наблюдалось плавное уменьшение содержания МДА, что, по всей вероятности, указывает на участие Asc в восстановлении а-токоферола. Таким образом, в большинстве случаев влияние экзогенных ан-тиоксидантов как по отдельности, так и в комплексе у изученных объектов имеет разнонаправленный характер, что свидетельствует о различной реакции дикой формы и мутантов на солевой стресс.

Таким образом, полученные результаты свидетельствуют о том, что использование экзогенных антиоксидантов как по отдельности, так и в комплексе в условиях хлоридного засоления оказывает не одинаковую защитную роль от АФК у изученных нами объектов.

120

ü 100

Я

>5 80 о а 2

и 60 [i 40 3 20

50

50

k.H2O

о H2O+Asc (1 мкМ) ЕЩ20+Е(1мкг/мл) H1H20+Asc+E

H2O+NaCl

0H20+NaCl (0,1 M)+E

H2O+NaCl (0,1 M)+Asc+E

Рис.3. Влияние хлоридного засоления на содержание МДА у мутанта арабидопсиса as в зависимости от содержания экзогенных антиокислителей.

« О

а

2

о

200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0

180

160

70

60

90

В

^H2O

« H2O+Asc

ЕЗН20+Е

HH20+Asc+E

H20+NaCl

» H20+NaCl+Asc (1 мкМ) SH20+NaCl (0,1 M)+E

H20+NaCl (0,1 M)+Asc+E

Рис.4. Влияние хлоридного засоления на содержание МДА у мутанта арабидопсиса flavi в зависимости от содержания экзогенных антиокислителей.

Поступило 03.01.2018 г.

200

180

160

140

0

ЛИТЕРАТУРА

1. Колупаев Ю.Е., Ястреб Т.О. Физиологические функции неэнзиматических антиоксидантов растений. - Вiсник Харюв. нац. аграрн. ун-ту. Сер. Бюлопя, 2015, вып. 2 (35), с. 6-25.

2. Давлятназарова, З.Б., Киёмова З.С., Шукурова М.Х., Каспарова И.С., Алиев К. Биохимические аспекты устойчивости разночувствительных генотипов картофеля к солевому стрессу. - Изв. АН РТ. Отд. биол. и мед. н., 2012, № 3 (180), с. 43-49.

3. Генетическая коллекция арабидопсиса (Arabidopsis thaliana (L.) Heynh.). Атлас. Редактор-составитель О.В.Усманова. - Душанбе: ООА «Контраст», 2010, 96 с.

4. Heath R. L., Packer L. Photoperoxidation in isolated chloroplasts: II. Role of electron transfer. - Arch. Biochem Biophys.,1968, v. 125, №3, рр. 850-857.

5. Доспехов В.Н. Методика полевого опыта. - М.: Агропромиздат, 1985, 351 с.

^.МДамроева*, З.Б.Давлатназарова, Н.Х.Норцулов, Б.Б.Чумъаев

ТАЪСИРИ АНТИОКСИДАНТХРИ ЭКЗОГЕНЙ БА ОКСИДШАВИИ ЧАРБХО ДАР РАСТАНИИ АРАБИДОПСИС (САВРАК) ДАР ШАРОИТИ ШУРИИ ХОК

*Донишгохи давлатии тиббии Тоцикистон ба номи Абуали ибни Сино, Институти ботаника, физиология ва генетикаи растании Академияи илмхои Цумхурии Тоцикистон

Дар макола оид ба таъсири туршии аскорбинй ва а-токоферол ба раванди оксидшавии пероксидии чарбдо (ОПЧ) дар намуди ёбоии (худруйи) растании арабидопсис (саврак) Arabidopsis thaliana (L.) Heynh. ва мутантдои он дар шароити шурии хок маълумот оварда шудааст. Муайян карда шудааст, ки илова намудани антиоксидантдои экзогенй чй дар намуди алодида ва чй дар шакли мачмаавй оксидшавии пероксидиро дар мудити сабзиши обй бо дарачдои гу-ногун маддуд мекунанд. Дар намуди ёбоии En ва мутантдои - as, cla ва flavi досилшавии микдори гуногуни малондиалдегидро дамчун мадсулоти охирини оксидшавии пероксидии чарбдо дар шароити шурнокии намаки ошй ошкор карда шудааст. Туршии аскорбинй дамчун прооксидант, яъне сабуккунандаи реаксияи оксидшавй, аммо а-токоферол бошад нисбати ра-ванди ОПЧ маддудкунанда мебошад.

Калимахои калиди: арабидопсис (саврак) Arabidopsis thaliana (L.) Heynh., шурнокй, антиоксидантуо, туршии аскорбинй, а-токоферол, оксидшавии пероксидии чарбдо (ОПЧ).

Kh.M.Khamroeva*, Z.B.Davlyatnazarova, N.Kh.Norkulov, B.B.Dzhumaev

INFLUENCE OF EXOGENOUS ANTIOXIDANTS ON LIPIDE PEROXIDATION OF ARABIDOPSIS PLANTS IN SALINITY CONDITIONS

*Avicenna Tajik State Medical University, Institute of Botany, Plant Physiology and Genetics, Academy of Sciences of the Republic of Tajikistan

The effect of ascorbic acid and a-tocopherol on the processes of lipid peroxidation in the wild type and mutant forms of Arabidopsis thaliana (L.) Heynh in conditions of chloride salinity was studied. It is shown that the adding of exogenous antioxidants to the aqueous growth medium separately and in a complex leads to different degrees of inhibition of lipid peroxidation processes. In the wild form of En and mutants forms as, cla and flavi, the level of MDA formation is different in the presence of NaCl, ascorbic acid acts as a pro-oxidant, i.e. facilitated the oxidation reaction, and a-tocopherol abruptly inhibited POL. Key words: Arabidopsis thaliana (L.) Heynh., salinity, antioxidants, ascorbic acid, a-tocopherol, lipid peroxidation.