Биохимический статус яровой пшеницы при загрязнении черноземной почвы свинцом

11. Kim, V. T. Basic and intermediate links crops in intensive fodder crop rotations in the Middle Urals / V. T. Kim. - Sverdlovsk. - 1985. - 181 p.

12. Lopatkina, Ye. D. Intermediate crops as a way of increasing the productivity of arable land / Ye. D. Lopatkina, O. V. Esenkulova // Agrarian Vestnik of the Urals. - 2012. - No. 8. - P. 10-12.

13. Lentochkin, A. M. Intermediate culture - the way of improving the efficiency of natural factors / A. M. Lentochkin, Ye. D. Lopatkina, L. A. Lentochkina, O. V. Esenkulova //Agrarian Vestnik of the Urals. -2013. - No. 5 (111). - P. 4-6.

14. Loshakov, V. G. Intermediate crops in crop rotations of Non-Black Soil zone / V. G. Loshakov. -M.: Rossel'hozizdat. - 1980. - 133 p.

15. Artemov, I. V. Intensification of production of energy feed based on the use of rape / I. V. Arte-mov, N. S. Bolotova // Kormoproizvodstvo. - 2007. - No. 12. - P. 22-25.

16. Methods of state crop variety testing / The State Commission for Variety Testing of agricultural crops under the Ministry of Agriculture of the USSR / edited by M. A. Fedin. - М.: B. i., 1985. - 20 p.

17. Dospekhov, B. A. Methods of field experience (with the fundamentals of statistical processing of the results of research) / B. A. Dospekhov. - 6th edition stereotype. - M.: ID Alyans, 2011. - 352 p.

УДК 633.11 «321»:631.95

БИОХИМИЧЕСКИЙ СТАТУС ЯРОВОЙ ПШЕНИЦЫ ПРИ ЗАГРЯЗНЕНИИ ЧЕРНОЗЕМНОЙ ПОЧВЫ СВИНЦОМ

В. А. Вихрева, доктор биол. наук, профессор

ФГБОУ ВО «Пензенская государственная сельскохозяйственная академия», Россия, e-mail: rcgekim@mail.ru

Е. С. Надежкина, аспирант

ФГБОУ ВО Российский государственный аграрный заочный университет, Россия, г. Балашиха, e-mail: nnadezhkia.cathrine@yandex.ru

А. П. Стаценко, доктор с.-х. наук, профессор

ФГБОУ ВПО Пензенский государственный университет, Россия, e-mail: rcgekim@mail.ru

В условиях вегетационного опыта установлено, что загрязнение чернозема выщелоченного тяжелосуглинистого нитратом свинца оказывало токсическое влияние на биохимический статус яровой мягкой пшеницы сорта Тризо, который проявлялся в накоплении в листьях свободного пролина, повышении уровня перекисного окисления липидов биомембран клетки, а также активности антиоксидантных ферментов (СОД, АсП, ГР, ГПХ). Наибольшие изменения биохимических процессов происходили при внесении в почву перед посевом пшеницы свинца в дозе 100 мг на 1 кг почвы.

Селен, внесенный в почву в дозах 0,4...0,8 мг на 1 кг почвы совместно со свинцом, уменьшал количество свободного пролина и ТБКРп в листьях. По мере увеличения дозы свинца эффективность действия селена уменьшалась. Эффективность действия селена зависела как от дозы свинца, так и селена. На фоне низкой дозы свинца эффективность селена выше, чем при высокой дозе.

Ключевые слова: свинец, селен, пшеница, пролин, антиоксидантные ферменты, пере-кисное окисление липидов, стресс.

Ведение. В ряду основных загрязнителей окружающей природной среды исследователи выделяют свинец [1-3], так как он является основным антропогенным токсичным элементом из группы тяжелых металлов. Вместе с тем известно, что свинец присутствует во всех живых организмах и является жизненно необходимым элементом [4]. Однако в высоких концентрациях свинец - сильный стресс-фактор, ингибирующий дыхание и подавляющий процесс фотосинтеза [5-7], нару-

шающий минеральное питание и водный баланс, изменяющий гормональный статус и влияющий на структуру мембран и их проницаемость [8].

Универсальным последствием любого стресса является окислительный стресс, который сопровождается лавинообразным нарастанием содержания активных форм кислорода (АФК), включая перекись водорода (н2О2), синглетный кислород (О2), су-пероксиданион (О2), гидроксильный (ОН) и гидропероксидный (ООН) радикалы.

АФК являются продуктами нормального метаболизма [9, 10] и удерживаются на безопасном уровне с помощью компонентов антиоксидантной защиты, состоящих из антиоксидантных ферментов (супероксид-дисмутазы, аскорбатпероксидаз, глутатион-редуктазы) и низкомолекулярных соединений - аскорбиновой кислоты, восстановленного глутатиона, токоферолов и др. [11, 12].

В любых стрессовых условиях, в том числе и вызванных тяжелыми металлами, в результате генерации АФК в клетках растений изменяется баланс между их образованием и системой антиоксидантной защиты в пользу первого [13, 14]. В этом случае активные формы кислорода могут повреждать структуру мембран клетки, усиливать перекисное окисление липидов, нарушать структуру белков и ДНК, пигментов и других клеточных компонентов, что может привести к повреждению всего растительного организм [15, 16].

В связи с этим особый интерес и важное практическое значение имеет изучение механизмов свинцовой детоксификации, а также мер по уменьшению стресса, вызванного его влиянием.

В многочисленных исследованиях показано, что микроэлемент селен снижает негативное влияние стрессоров на растения [17-19]. Одной из составляющих антистрессовой активности селена является его способность уменьшать перекисное окисление липидов при различных стрессах [20].

Известно, что различные по природе и продолжительности стрессовые воздействия вызывают интенсивное накопление в тканях растений свободного пролина [21, 22].

Цель настоящей работы - изучить влияние селена на накопление свободного пролина, интенсивность перекисных процессов и активность ферментов-детокси-каторов реакционных форм кислорода -супероксиддисмутазы (СОД), аскорбатпероксидаз (АсП), глутационредуктазы (ГР), гваяколпероксидазы (ГПХ) в растениях яровой мягкой пшеницы (ТгШоит аеэНуит Ь) сорта Тризо при стрессе, вызванном свинцом.

Методика исследований. Исследования проводили в вегетационном опыте по следующей схеме: 1. Контроль (-РЬ,.-Бе); 2 РЬ1 - 50 мг/кг; 3. РЬ2 - 100 мг/кг; 4. Бе1 -0,4 мг/кг; 5. Бе2 - 0,8 мг/кг/почвы; 6. РЬ1 + Бе1; 7. РЬ1+Бе2; 8. РЬ2+Бе1; 9. РЬ2+Бе2.

Свинец использовали в виде чистой соли РЬ (1\Ю3)2, селен - селената натрия -Ма23е04.

Почва в опыте - чернозем выщелоченный тяжелосуглинистый - имела следующие агрохимические показатели: содержание гумуса 5,17 %, подвижных форм азота (по Корнфилду) 106 мг/кг, фосфора и калия (по Чирикову) 80 и 117 мг соответственно, свинца 15,6 мг (в 5-ти М HNO3), селена 59 мкг/кг почвы (МУ4,1044-95); рНкс! - 5,1 (по-тенциометрически), Нг - 4,95 мг-экв. (по Каппену), сумма поглощенных оснований 27,6 мг-экв./100 г почвы (по Каппену-Гиль-ковицу).

Анализ растений пшеницы проводили в фазу молочной спелости зерна при выращивании растений на почве, где металл не вносился, и загрязненной свинцом. Изучение влияния свинца и селена на Х этапе онтогенеза выбрано в связи с тем, что в это время закладываются все части и зачаточные органы зародыша, происходит быстрое нарастание клеток за счет растяжения, при этом увеличивается уровень дыхания. Это приводит к снижению концентрации участников антиоксидантной защиты клетки, к максимальной восприимчивости растения к стрессам [22, 23].

Для определения ферментов брали среднюю часть листьев пшеницы предпоследнего яруса (0,5 г), пролина (2 г).

При приготовлении грубого гомогената и ферментативных экстрактов массу листьев гомогенизировали вручную в ступке с 4,5 мл охлажденного 30 мМ K / Na-фосфат-ного буфера, рН 7.4, содержащего 0,1 мМ ЭДТА, 2 0% PVP (M. м. 25 000). Гомогенаты фильтровали через нейлоновую ткань. Часть фильтрата центрифугировали 5000 g в течение 15 минут. Супернатант использовали для оценки интенсивности перекис-ных процессов, тестируемых по содержанию продуктов, реагирующих с тиобарби-туровой кислотой (ТБКРп), а также для определения АсП, ГР и ГПХ. Вторую часть фильтрата центрифугировали при 11000 g в течение 20 мин. Супернатант использовали для определения активности СОД.

Интенсивность перекисных процессов в листьях пшеницы оценивали методом Uchiyama and Mihara [24] по содержанию ТБКРп. Реакционная смесь содержала 3 мл 1 %-ной фосфорной кислоты, 1 мл 0,6 о% -ного водного раствора тиобарбитуровой кислоты (ТБК), 0,1 мл водного раствора FeSO47H2O (2,8 мг мл-1) и 0,3 мл экстракта. Реакционную смесь нагревали на водяной бане в течение одного часа. После охлаждения к реакционной смеси добавили 4 мл бутанола-1 и центрифугировали при 3000 g в течение 10 мин. Оптическую плотность образцов измеряли при 532 и 600 нм

Нива Поволжья № 4 (37) ноябрь 2015 13

с использованием спектрофотометра «Hita-chi-557» (Киото, Япония). Концентрацию ТБКРп рассчитывали с использованием коэффициента экстинкции 1,56 х 10-5 М-1 см-1.

Активность СОД определяли методом Giannopolitis и Ries [25] по фотовосстановлению п-нитротетразолиевого синего (NBT) в присутствии рибофлавина и метионина, генерирующих супероксидные анион-радикалы. NBT восстанавливается до синего формазана с максимумом поглощения при 560 нм. Реакционная смесь (3 мл) содержала 1,3 мкМ рибофлавина, 13 мМ метионина, 63 мкМ NBT в 0,05 М K/Na - фосфатный буфер с 0,10 мМ EDTA (рН 7,4) и 0,1 мл ферментативного экстракта. Реакционную смесь без ферментативного экстракта используют в качестве контроля. Образцы освещали в течение 6 мин. Измерения проводили на спектрофотометре «Hitachi-557» (Киото, Япония). За единицу активности СОД принимали объем ферментативного экстракта, который вызывал 50 %-ное инги-бирование фотовосстановления NBT.

Для определения активности АсП использовали метод Nakano and Asada [26] по снижению поглощения при 290 нм при окислении аскорбата (коэффициент экс-тинции 2,8 мМ см-1). Реакционная смесь (3 мл) для определения активности АсП содержала 30 мМ К/Na - фосфатный буфер (рН 7,4), 0,5 мМ аскорбата, 0,1 мМ EDTA и ферментативный экстракт. Реакцию начинали, добавляя 0,1 мл 0,3 мМ пероксида водорода.

Активность ГР определяли методом Foyer and Halliwel [27] по глутатион-зависимому окислению НАДФ-Н при 340 нм (коэффициент экстинции 6.22 мМсм-1). Реакционная смесь (3мл) содержала 30 мМ К /Na -фосфатный буфер (pH 7,4), 0,15 мМ НАДФ-Н, 3 мМ MgCL26Н2О и 0,5 мМ глута-тиона окисленногой (GSSG). Реакцию начинали введением ферментного экстракта.

ГПХ-активность измеряли спектрофо-тометрически по методу Гавриленко и др. [28] по окислению гваякола. Реакционная смесь (3 мл) содержала 30 мМ K / Na -фосфатный буфер (рН 6,5), 0,1 мл ферментативного экстракта и 0,1 мл 56 мМ гваякола. Реакцию инициировали добавлением 0,1 мл 0,15 %-ной перекиси водорода. Переход гваякола в его окисленную форму, тетрагваякол, регистрировали при 470 нм. Скорость реакции была рассчитана с использованием коэффициента экстинкции для тетрагваякола - 26,6 мМ см-1.

Полученные результаты по активности ферментов рассчитывали на грамм сырой массы листьев.

Кроме того, определялось содержание хлорофиллов методом H. K. Lichtenthaler [29].

Исследования выполнены в Институте фундаментальных проблем биологии РАН.

Накопление свободного пролина оценивали по методу L. Bates et al. [30], для этого листья пшеницы фиксировали в 96 %-ном этаноле. Затем растительный материал освобождали от этанола выпариванием на водяной ванне при 100оС. Далее образцы (по 2 г) заливали 10 мл 3 °%-ного водного раствора сульфосалициловой кислоты и гомогенизировали. Гомогенат осветляли с помощью бумажного фильтра Ватман. К 2 мл отфильтрованного раствора добавляли 2 мл кислого нингидрина, 2 мл ледяной уксусной кислоты, 2 мл 6 М фосфорной кислоты и выдерживали в течение 1 ч при температуре 100оС, после чего смесь немедленно охлаждали во льду, образовавшийся хромофор экстрагировали при интенсивном взбалтывании в 4 мл толуола в течение 20 с. Давали смеси отстояться и отделяли окрашенный слой. Плотность окраски раствора определяли на спектрофотометре СФ 46 (Россия) при длине волн 520 нм. Концентрацию пролина рассчитывали по стандартной кривой; стандарт - препарат аминокислоты («Sigma», США).

Результаты и их анализ.

Внесение в почву соли свинца перед посевом пшеницы вызывало стресс у растений даже в фазу молочной спелости зерна, который проявился в увеличении содержания свободного пролина в листьях в 2,7...3,2 раза по сравнению с контролем, где свинец не использовался.

Полученные нами данные согласуются с результатами других исследователей в том, что при действии любых стрессоров растения реагируют быстрым увеличением содержания в клетках свободного пролина [31, 32].

Селен, внесенный совместно со свинцом в почву, уменьшал количество проли-на в листьях. На фоне свинца в 50 мг на 1 кг почвы селен в дозе 0,4 мг на 1 кг снижал накопления пролина на 16,4 °%, а 0,8 мг на 1 кг почвы - на 30,6 %. (таблица). По мере увеличения дозы свинца эффективность действия селена несколько уменьшалась, а количество свободного пролина не превышало 87,7 °% и 77,2 °% относительно соответствующей дозы свинца (50 и 100 мг на 1 кг почвы) (таблица).

Возможно, это связано с тем, что между селеном и пролином, как отмечают исследователи, наблюдается тесная биохи-

Влияние селена на накопление свободного пролина, интенсивность перекисных процессов и активность антиоксидантных ферментов СОД, АсП, ГР и ГПХ в листьях яровой пшеницы

Вариант ТБКРп, нм/г с. м.* ТБКРп, нм/мг хл** СОД, ед./г см АсП ГР ГПХ Пролин, мг/%

^мол/гс. м/мин

Контроль 67,7 31,8 375 10,50 1,78 0,308 18

Бе1 75,7 36,04 390 11,15 1,57 0,462 34

Б2 69,6 34,9 389 11,62 1,98 0,404 21

РЬ1 62,2 29,9 377 10,34 1,61 0,420 49

РЬ2 66,4 33,9 402 11,99 1,60 0,424 57

РЬ1+Бе1 44,6 16,8 397 9,79 1,67 0,572 41

РЬ1+Бе2 44,6 16,8 397 9,79 1,67 0,572 34

РЬ2+Бе1 72,0 26,9 441 12,12 1,42 0,573 50

РЬ2+Бе2 60,0 24,2 450 12,84 1,54 0,585 44

*Сырая масса листьев; **хлорофилл.

мическая сопряженность в процессах клеточного дыхания. Селен активизирует дыхание, а пролин, помимо того, является дыхательным субстратом.

Вместе с тем селен является катализатором накопления пролина, и одновременно организатором его утилизации как энергетического материала в стрессовых условиях путем включения пролина как дополнительного субстрата в альтернативную дыхательную систему [23].

Для выяснения механизма противо-стрессового эффекта селена было прослежено его влияние на активность основных антиоксидантных ферментов и на уровень перекисного окисления липидов биомембран в нормальных условиях и при загрязнении черноземной почвы свинцом.

Определение интенсивности перекисных процессов, тестируемых по содержанию продуктов, реагирующих с тиобарби-туровой кислотой (ТБКРп), показало, что свинец в дозе 50 мг на 1 кг почвы мало влиял на окисление липидов, увеличение дозы металла повышало интенсивность перекисных процессов. Содержание ТБК-реагирующих продуктов при РЬ 100 мг на 1 кг почвы возрастало на 6,6 % по сравнению с контролем.

Под действием селена происходило снижение содержания в листьях продуктов перекисного окисления липидов биомембран на 43,8...50,4 %о (варианты РЬ1+Бе1, РЬ1+Бе2) и на 20,6.28,6 % (варианты РЬ2+Бе1, РЬ2+Бе2) по сравнению с количеством их в растениях с соответствующей дозой свинца.

Эти факты свидетельствуют в пользу того, что механизм селенового протекторного действия включает подавление образования супероксиданиона - основного инициатора процессов свободнорадикаль-ного окисления липидов. Учитывая, что

стабильное состояние клеточной мембраны, и прежде всего целостность её липид-ного компонента, является важнейшей составной частью устойчивости растений к неблагоприятным внешним воздействиям, можно считать, что антистрессовая функция селена в растениях пшеницы состоит прежде всего в снижении уровня и разрушительных последствий окислительного стресса, с возрастанием активности анти-оксидантных ферментов.

Содержание СОД в насыщенных свинцом растениях зависело от дозы металла, внесенного в почву. При низкой дозе свинца активность СОД была на уровне контроля, при высокой она увеличилась на 7,2 %. Повышение активности СОД при стрессах отмечали и другие исследователи [33-35].

Активность супероксиддисмутазы возрастала под действием селена на фоне РЬ1 на 5,3.1,2 %о, на фоне РЬ2 в 1,17. 1,12 раза, а аскорбатпероксидазы на фоне низкого загрязнения почвы свинцом была ниже, а на высоком - выше на 14,1 % по сравнению с активностью в листьях контрольных растений. Применение селената натрия на фоне низкого загрязнения почвы уменьшало активность АсП, при высоком загрязнении (варианты РЬ2+Бе1, РЬ2+Бе2) -увеличивало её к фону на 17,2-7,1 °% соответственно дозе селена.

Под действием свинца активность глу-татионпероксидазы снижалась на 9,610,1 % относительно содержания в контрольных растениях, что хорошо коррелирует с уровнем перекисных процессов. При использовании селена на фоне загрязнения почвы свинцом ГР в листьях пшеницы изменялась незначительно (3,7.4,4 %).

Под влиянием свинца увеличивалась активность гваяколпероксидазы на 26,3. 36,1 % по сравнению с активностью её в

Нива Поволжья № 4 (37) ноябрь 2015 15

контрольных растениях. Селен на почве, загрязненной свинцом, активизировал действие ГПХ в подавлении реакционных форм кислорода. Активность фермента повышалась относительно свинцового фона на 41,8. 38,8 % (варианты РЬ2+Бе1, РЬ2+Бе2).

Устойчивость растений определяется их способностью выживать в неблагоприятных условиях среды, удерживая дест-рукционные процессы на безопасном для клетки уровне.

Показателем адаптационного потенциала пшеницы, отражающим уровень дест-рукционных процессов, может быть содержание ТБКРп в расчете на единицу ферментов. Расчеты показали, что под влиянием селената натрия отношение ферментов СОД, АсП, ГПХ снижалось по сравнению со свинцовым фоном, что может свидетельствовать о способности селена изменять окислительно-восстановительный статус клетки, контролировать уровень концентрации реакционных форм кислорода, а также повышать адаптационный потенциал пшеницы к стрессу, вызванному загрязнением почвы свинцом.

Выводы.

Нитрат свинца вызывал стресс у растений яровой мягкой пшеницы сорта Тризо, который проявлялся в накоплении в листьях свободного пролина, повышении уровня перекисного окисления липидов биомем-

бран клетки, а также активности антиокси-дантных ферментов (СОД, АсП, ГР, ГПХ).

Токсическое действие свинца зависело от уровня загрязнения чернозема металлом. Наибольшие изменения биохимических процессов происходили при внесении в почву перед посевом пшеницы свинца в дозе 100 мг на 1 кг почвы.

Селен, внесенный в почву в дозах 0,4. 0,8 мг на 1 кг почвы совместно со свинцом, уменьшал количество свободного пролина в листьях. По мере увеличения дозы свинца эффективность действия селена уменьшалась.

При совместном использовании свинца и селена содержание в листьях пшеницы продуктов перекисного окисления липидов уменьшалось, при этом уровень снижения ТБКРп определялся как дозой свинца, так и селена. На фоне низкой дозы свинца эффективность селена была выше, чем при высокой дозе. При использовании селена 0,8 мг на 1 кг почвы уровень снижения ТБКРп был выше на обоих фонах свинца.

Влияние экзогенного селена на активность ферментов - детоксикаторов реакционных форм кислорода свидетельствует о способности этого элемента корректировать окислительно-восстановительный статус клетки в сторону увеличения её стресс-толерантности.

Литература

1. Ковальский, В. В. Геохимическая экология: очерки / В. В. Ковальский.- М.: АН СССР, Институт геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского. - М.: Наука, 1974. - 300 с.

2. Кабата-Пендиас, А. Микроэлементы в почвах и растениях / А. Кабата- Пендиас, Х. Пендиас. - М.: Мир, 1989. - 439 с.

3. Черных, Н. А. Экотоксикологические аспекты загрязнения почв тяжелыми металлами / Н. А. Черных, Н. А. Милащенко, В. Ф. Ладонин. - М.: Агропромиздат, 1999. - 176 с.

4. Ильин, В. Б. Микроэлементы и тяжелые металлы в почвах и растениях Новосибирской области / В. Б. Ильин, А. И. Сысоев. - Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2001. - С. 30-31.

5. Bazzaz, F. A. The inhibition of corn and soybean photosynthesis by lead / F. A. Bazzaz, R. W. Carlson, G. L. Rolfe // Physiol. Plant. -1975. -№ 34. - P. 326-329.

6. Singh, R. P. Recovery of Pb2+ caused inhibition of chlorophyll biosynthesis in leave A s of Vigna radiata (L.) Wilczej by inorganic salts. / R. P. Singh, S. Dabas, A Choudhary // Indian J. Exp. Biol. -1996.- № 34. - P. 1129-1132.

7. Fargasova, A. Effect of Se-metal pair combinations (Cd, Zn, Cu, Pb) on photosynthetic pigments production and metal accumulation in Sinapis alba L. seedlings / A. Fargasova, J. Pastierova, K. Svetkova // Plant soil environ.- 2006.-V. 52(1). - P. 8-15.

8. Sharma, P. Lead toxicity in plants / P. Sharma, R. S. Dubey // Braz. J. Plant Physiol. - Vol.17, № 1. - Londrina, 2005.

9. Asada, К. Production and scavenging of reactive oxygen species in chloroplasts and their functions / К. Asada // Plant Physiol. - 2006. - Vol. 141. - Р. 391-396.

10. Balakhnina, T. I. The influence of Si-rich mineral zeolite on the growth processes and adaptive potential of barley plants under cadmium stress / T. I. Balakhnina, P. Bulak, A. A. Kosobryukhov, M. Teresa, Wtodarczyk Received // Published online: 30 December 2014 Springer Science + Business Media Dordrech t/ 2014.

11. Чупахина, Г. Н. Природные антиоксиданты (экологический аспект): монография / Г. Н. Чу-пахина, Л. Н. Скрыпник. - Калининград: Изд-во БФУ им. Канта, 2011. - 111 с.

12. Kruger, E. L. Reexamining the empirical relation between plant growth and leaf photosynthesis / E. L. Kruger, J. C. Volin // Funct. Plant Biol. - 2006. - № 33. - Р. 421-429.

13. Окислительный стресс в растениях и культурах клеток при действии ксенобиотиков и тяжелых металлов / А. С. Лукаткин, И. В. Егорова, И. Д. Латюк [и др.] // Тез. док. Всероссийского симпозиума «Растения и стресс». - М., 2010. - С. 221-223.

14. Halliwell, B. Reactive Species and Antioxidants. Redox Biology Is a Fundamental Theme of Aerobic Life / B. Halliwell // Plant Physiol.- 2006. - V. 141. - P. 312-322.

15. Hassan, N. M. Oxidative Stress in Herbicide-Treated Broad Bean and Maize Plants / N. M. Hassan, M. N. Alla // Acta Physiol. Plant. - 2005. - V. 27. - P. 429-438.

16. Вихрева, В. А. Селен в жизни растений: монография / В. А. Вихрева, А. А. Блинохватов, Т. В. Клейменова. - Пенза: РИО ПГСХА, 2012. - 222 с.

17. Yao, X. Effects of selenium on wheat seedlings under drought stress / X. Vao, J. Chu, G. Wang // Biol TraceElem Res. - 2009. - V. 130. - P. 283-290.

18. Ghader, Habibi. Effect of drought stress and selenium spraying on photosynthesis and antioxidant activity of spring barley / Habibi Ghader // Acta agriculturae Slovenica. - 2013. - V. 101. - № 1. -Р. 31-39.

19. Вихрева, В. А. Влияние селена на интенсивность перекисных процессов и активность ферментов в листьях козлятника восточного при экстремальных условиях выращивания / В. А. Вихрева, Т. И. Балахнина, В. К. Гинс // Доклады РАСХН. - 2002. - № 1. - С. 6-8.

20. Бритиков, Е. А. Биологическая роль пролина / Е. А. Бритиков. - М., 1975. - 87с.

21. S^ober, F. В. Unusual solution properties of proline and its interaction with proteins / F. В. Sdiober, Н. Tschesche // Biochim. Biophys. Acta. - 1978.- 541(2). - Р. 270-277.

22. Кумаков, В. А. Биологические основы возделывания яровой пшеницы по интенсивной технологии. - М.: Росагропромиздат,1988. - 104 с.

23. Селен в биосфере / А. Ф. Блинохватов, Г. В. Ильина, Д. Ю. Ильин и др. - Пенза: РИО ГСХА, 2001. - 324 с.

24. Uchiyama, M. Determination of malonaldehyde precursor in tissues by thiobarbituric acid test / М. Uchiyama, М. Mihara // Anal Biochem. - 1978. - V. 86. - P. 287-297.

25. Giannopolitis, C. N. Superoxide dismutases. I. Occurrence in higher plants / C. N. Giannopolitis, S. K. Ries // Plant Physiol. - 1977. - V. 59. - P. 309-314.

26. Nakano, Y. Hydrogen peroxide is scavenged by ascorbate-specific peroxidase in spinach chloroplasts / Y. Nakano, K. Asada // Plant Cell Physiol. - 1981. - V. 22. - P. 867-880.

27. Foyer, Ch. The presence of glutathione reduc Btase in chloroplasts: a proposed role in ascorbic acid metabolism / Ch. Foyer, B. Halliwel // Planta. - 1976. - V. 133. - P. 21-25.

28. Gavrilenko, V. F. Opredelenie peroksidaznoi funktsii: Metod Boyarkina (Evaluation of the peroxidase function: the method of Boyarkin) /V. F. Gavrilenko, M. Е., Ladygina, LM, Handobina; In ed. B. A. Rubin // Bol'shoi praktikum po fiziologii rastenii (Big practical work in plant physiology). - M.: Vis-shaya Shkola, 1975. - Р. 284-286.

29. Lichtenthaler, H. K. Determination of total carotenoids and chlorophylls A and B of leaf in different solvents / Н. К. Lichtenthaler, AR Wellburn // Biol. Soc. Trans. - 1985. - № 11. - 591-592.

30. Bates, L. E. Rapid determination of free proline for waterstress studies / L. E. Bates, R. P. Waldren, I. D. Teare // Plant and soil. - 1973. - V. 39(1). - Р. 205-207.

31. Шиленков, А. В. Содержание пролина в прорастающих семенах гречихи и их качество при действии импульсного давления и пониженных температур / А. В. Шиленков, Н. Г. Мазей, Е. Э. Нефедьева // Сельскохозяйственная биология. - 2008. - № 5. - С. 70-77.

32. Усобова, Е. З. Влияние селена на физиологические показатели и продуктивность фасоли сорта «Сакса» (Phaseolus vulgaris L.) / Е. З. Усобова, А. М. Жижаев, П. В. Миронов // Фундаментальные исследования. - 2012. - № 3-2. - С. 257-260.

33. Скрыпник, Л. Н. Влияние селена и цинка на устойчивость растений китайской капусты к окислительному стрессу / Л. Н. Скрыпник, Г. Н. Чупахина // Вестник РГУ им. И. Канта. Сер. Естественные науки. - 2007.-Вып. 7. - С. 73-79.

34. Feussner, I. The lipoxygenase parthway / I. Feussner, C. Wasternack // Fnnu. Rev. of plant biology. - Palo Alto, 2002. - Vol. 53. - P. 275-297.

35. We, J. F. Cd2-stress induces two waves of H2O2 accumulation associated with ROS-generating system and ROS-scavenging system in cultured tobacco cells / J. F. We, M. H. Deng, M. Gong // Aust J Crop Sci. - 2012. - V. 6(5). - P. 846-853.

Нива Поволжья № 4 (37) ноябрь 2015 17

UDK 633.11 «321»:631.95

BIOCHEMICAL STATUS OF SPRING WHEAT UNDER BLACK SOIL CONTAMINATION WITH LEAD

V. A. Vikhreva, doctor of biological sciences, professor FSBEE HE «Penza state agricultural academy», Russia, e-mail: rcgekim@mail. ru

Ye. S. Nadezhkina, post graduate

FSBEE HE Russian state agrarian extra-mural university, Russia, Balashikha, e-mail: nnadezhkia. cathrine@yandex. ru

A. P. Statsenko, doctor of agricultural sciences, professor FSBEE HPE Penza state university, Russia, e-mail: rcgekim@mail. ru

In the vegetation experiment it is stated that the contamination of heavy loamy leached black soil with the lead nitrate had no toxic effect on the biochemical status of spring soft wheat varieties Trizo, which occurred in the accumulation in leaves of free proline, the increase in the level of lipid peroxidation of bio-membranes of cells and the activity of antioxidant enzymes (SOD, AsP, GR, GPKh). The greatest changes of biochemical processes occurred when introduced lead to the soil before sowing wheat in a dose of 100 mg per 1 kg of soil.

Selenium added to soil in doses of 0.4 to 0.8 mg per 1 kg of soil together with lead decreased the amount of free proline and TBKRp in the leaves. With increasing dose of lead the efficiency of selenium decreased. The effectiveness of selenium depended both on the dose of lead and selenium. On the background of low doses of lead the efficiency of selenium was higher than under the high dose of lead.

Key words: lead, selenium, wheat, proline, antioxidant enzymes, lipid peroxidation, stress.

References:

1. Kovalsky V. V. Geochemical ecology: essays / V. V. Kovalsky.- M.: USSR Academy of Sciences, Institute of Geochemistry and analytical chemistry in the name of V. I. Vernadsky. - M.: Nauka, 1974. -300 p.

2. Kabata-Pendias, A. Trace elements in soils and plants / A. Kabata - Pendias, H. Pendias. - M.: Mir, 1989. - 439 p.

3. Chernykh, N. A. Eco-toxicological aspects of soil pollution with heavy metals / N. A. Chernykh, N. A. Milashenko, V. F. Ladonin. - M.: Agropromizdat, 1999. - 176 p.

4. Ilyin, V. B. Trace elements and heavy metals in soils and plants of Novosibirsk region / V. B. Ilyin, A. I. Sysoyev. - Novosibirsk: Publishing house of SB RAS, 2001. - P. 30-31.

5. Bazzaz, F. A. The inhibition of corn and soybean photosynthesis by lead / F. A. Bazzaz, R. W. Carlson, G. L. Rolfe // Physiol. Plant. -1975. -№ 34. - P. 326-329.

6. Singh, R. P. Recovery of Pb2+ caused inhibition of chlorophyll biosynthesis in leave A s of Vigna radiata (L.) Wilczej by inorganic salts. / R. P. Singh, S. Dabas, A Choudhary // Indian J. Exp. Biol. -1996.- № 34. - P. 1129-1132.

7. Fargasova, A. Effect of Se-metal pair combinations (Cd, Zn, Cu, Pb) on photosynthetic pigments production and metal accumulation in Sinapis alba L. seedlings / A. Fargasova, J. Pastierova, K. Svetkova // Plant soil environ.- 2006.-V. 52(1). - P. 8-15.

8. Sharma, P. Lead toxicity in plants / P. Sharma, R. S. Dubey // Braz. J. Plant Physiol. - Vol.17, № 1. - Londrina, 2005.

9. Asada, K. Production and scavenging of reactive oxygen species in chloroplasts and their functions / K. Asada // Plant Physiol. - 2006. - Vol. 141. - P. 391-396.

10. Balakhnina, T. I. The influence of Si-rich mineral zeolite on the growth processes and adaptive potential of barley plants under cadmium stress / T. I. Balakhnina, P. Bulak, A. A. Kosobryukhov, M. Teresa, Wtodarczyk Received // Published online: 30 December 2014 Springer Science + Business Media Dordrech t/ 2014.

11. Chupakhina, G. N. Natural antioxidants (environmental aspect): monograph / G. N. Chupakhina, L. N. Skrypnik. - Kaliningrad: Publishing house of Baltic Federal University in the name of Kant, 2011. -111 p.

12. Kruger, E. L. Reexamining the empirical relation between plant growth and leaf photosynthesis / E. L. Kruger, J. C. Volin // Funct. Plant Biol. - 2006. - No. 33. - P. 421-429.

13. Oxidative stress in plants and cell cultures under the action of xenobiotics and heavy metals / A. S. Lukatkin, I. V. Yegorova, I. D. Latuk [et. al] // thesis of documents All-Russian Symposium «Plants and stress». - M., 2010. - P. 221-223.

14. Halliwell, B. Reactive Species and Antioxidants. Redox Biology Is a Fundamental Theme of Aerobic Life / Halliwell B. // Plant Physiol.- 2006. - V. 141. - P. 312-322.

15. Hassan, N. M. Oxidative Stress in Herbicide-Treated Broad Bean and Maize Plants / N. M. Hassan, N. M. Alla // Acta Physiol. Plant. - 2005. - V. 27. - P. 429-438.

16. Vikhreva, V. A. Selenium in plants: monograph / V. A. Vikhreva, A. A. Blinokhvatov, T. V. Kleymenova. - Penza: EPD PSAA, 2012. - 222 p.

17. Yao, X. Effects of selenium on wheat seedlings under drought stress / Vao X., J. Chu, G. Wang // TraceElem Biol Res. - 2009. - V. 130. - P. 283-290.

18. Ghader, Habibi. Effect of drought stress and selenium spraying on photosynthesis and antioxidant activity of spring barley / Ghader Habibi // Acta agriculturae slovenica is. - 2013. - V. 101. -No. 1. - P. 31-39.

19. Vikhreva, V. A. Influence of selenium on intensity of peroxide processes and the activity of enzymes in leaves of Galega under extreme conditions of cultivation / V. A. Vichreva, T. I. Balakhnina, V. K. Gins // Reports of the RAAS. - 2002. - No. 1. P. 6-8.

20. Britikov, Ye. A. Biological role of proline / Ye. A. Britikov. - M., 1975. - 87 p.

21. S^ober, F. V. Unusual solution properties of proline and its interaction with proteins / F. V. Sdiober, N. Tschesche // Biochim. Biophys. Acta. - 1978.- 541(2). - R. 270-277.

22. Kumakov, V. A. Biological bases of cultivation of spring wheat on intensive technology. - M.: Rosagropromizdat, 1988. - 104 p.

23. Selenium in the biosphere / A. F. Blinokhvatov, G. V. Ilyina, D. Yu. Ilyin et. al. - Penza: EPD SAA, 2001. - 324 p.

24. Uchiyama M. Determination of malonaldehyde precursor in tissues by thiobarbituric acid test / M. Uchiyama, M. Mihara // Anal Biochem. - 1978. - V. 86. - P. 287-297.

25. Giannopolitis, C. N. Superoxide dismutases. I. Occurrence in higher plants / C. N. Giannopolitis, S. K. Ries // Plant Physiol. - 1977. - V. 59. - P. 309-314.

26. Nakano, Y. Hydrogen peroxide is scavenged by ascorbate-specific peroxidase in spinach chloroplasts / Nakano Y., Asada K. // Plant Cell Physiol. - 1981. - V. 22. - P. 867-880.

27. Foyer, Ch. The presence of Btase glutathione reduc-in chloroplasts: a proposed role in ascorbic acid metabolism / Ch. Foyer, Halliwel B. // Planta. - 1976. - V. 133. - P. 21-25.

28. Gavrilenko, V. F. Determining peroxidase function: Boyarkina Method (Evaluation of the peroxidase function: the method of Boyarkin) / V. F. Gavrilenko, M. E., Ladygina, LM, Handobina; In ed. B. A. Rubin // Bol shoi praktikum po fiziologii rastenii (Big practical work in plant physiology). - M.: Visshaya Shkola, 1975. - P. 284-286.

29. Lichtenthaler, H. K. Determination of total carotenoids and chlorophylls A and B of leaf in different solvents / Н. К. Lichtenthaler, AR Wellburn // Biol. Soc. Trans. - 1985. - № 11. - 591-592.

30. Bates, L. E. Rapid determination of free proline for waterstress studies / L. E. Bates, R. P. Waldren, I. D. Teare // Plant and soil. - 1973. - V. 39(1). - Р. 205-207.

31. Shilenkov, A. V. Proline content in sprouting seeds of buckwheat and their quality under impulsive pressure and low temperatures / A. V. Shilenkov, N. G. Mazey, Ye. E Nefedjeva // Selskok-hozyaystvennaya biologiya. - 2008. - № 5. - P. 70-77.

32. Usobova, Ye. Z. The influence of selenium on physiological parameters and productivity of bean varieties «Saxa» (Phaseolus vulgaris L.) / Ye. Z. Usobova, A. M. Zhizhayev, P. V. Mironov // Fundamental research. - 2012. No. 3-2. P. 257-260.

33. Skrypnik, L. N. The influence of selenium and zinc on plant resistance of Chinese cabbage to oxidative stress / L. N. Skrypnik, G. N. Chupakhina // Vestnik RSU in the name of I. Kant. Ser. Natural sciences. - 2007.-Vol. 7. - P. 73-79.

34. Feussner, I. The lipoxygenase parthway / I. Feussner, C. Wasternack // Fnnu. Rev. of plant biology. - Palo Alto, 2002. - Vol. 53. - P. 275-297.

35. We, J. F. Cd2-stress induces two waves of H2O2 accumulation associated with ROS-generating system and ROS-scavenging system in cultured tobacco cells / J. F. We, M. H. Deng, M. Gong // Aust J Crop Sci. - 2012. - V. 6(5). - P. 846-853.

Нива Поволжья № 4 (37) ноябрь 2015 19