Холод-индуцированная динамика активности антиоксидантных систем проростков различающихся по морозоустойчивости сортов пшеницы

Естественные науки

Абдрахимова Й.Р., Тимофеева М.Г., Вильданова А.Р., Фадеева И.Д., Анвар А.Дж., Абдра-химов Ф.А., Багаева Т.В. Холод-индуцированная динамика активности антиоксидант-ных систем проростков различающихся по морозоустойчивости сортов пшеницы // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Естеств. науки. - 2011. - Т. 153, кн. 2. - С. 126-138.

УДК 581.1

ХОЛОД-ИНДУЦИРОВАННАЯ ДИНАМИКА АКТИВНОСТИ АНТИОКСИДАНТНЫХ СИСТЕМ ПРОРОСТКОВ РАЗЛИЧАЮЩИХСЯ ПО МОРОЗОУСТОЙЧИВОСТИ СОРТОВ ПШЕНИЦЫ

Й.Р. Абдрахимова, М.Г. Тимофеева, А.Р. Вильданова, И.Д. Фадеева, А.Дж. Анвар, Ф.А. Абдрахимов, Т.В. Багаева

Аннотация

Исследованы изменения антиоксидантного статуса клеток тканей этиолированных проростков озимой (сорта Мироновская 808 и Казанская 285) и яровой (сорт Керба) форм пшеницы Triticum aestivum L. в зависимости от их способности к низкотемпературному закаливанию (4-5 °С, 3 сут). Степень исходной и холод-индуцируемой терморезистентности определяли по экзоосмосу электролитов после тестирующего промораживания (-15 °С, 2 ч). Установлены фазность и сортоспецифичность динамики изменений изучаемых параметров с повышением к 3-м суткам гипотермии содержания пе-роксида водорода, более выраженным (почти в 2 раза) у проростков ярового сорта. При этом у всех сортов выявлена значительная степень корреляции содержания Н2О2 с активностью каталазы (в среднем r = +0.6). Повышенная чувствительность к гипотермии проростков ярового сорта, диагностируемая по ранним изменениям показателей, не обеспечивала статистически достоверного прироста их терморезистентности. По сравнению с другими сортами растения Казанской 285 характеризовались низкими содержанием Н2О2 и активностями антиоксидантных ферментов, а также проницаемостью мембран как до, так и после холодового закаливания и криостресса. По данным многолетних опытов разница между морозо- и зимостойкостью полевых растений изучаемых сортов озимой пшеницы достигала 20%. Полученные результаты свидетельствуют о проявлении генетически детерминированной способности этиолированных проростков озимой пшеницы к холодовому закаливанию, адекватно отражающем разную степень морозоустойчивости полевых растений.

Ключевые слова: Triticum aestivum L., этиолированные проростки, низкие температуры, пероксид водорода, антиоксидантные системы, проницаемость мембран, морозоустойчивость.

Summary

Y.R. Abdrakhimova, M.G. Timofeeva, A.R. Vildanova, I.D. Fadeeva, A.J. Anvar, F.A. Abd-rakhimov, T. V. Bagaeva. The Cold-Induced Dynamics of Antioxidant Systems Activity of Seedlings of Wheat Cultivars Differing in Frost Resistance.

Changes in the antioxidant status of etiolated seedlings of winter (cultivars Mironovskaya 808, Kazanskaya 285) and spring (cultivar Kerba) wheat Triticum aestivum L. depending on their capacity to low-temperature hardening (4-5 °C, 3 d) were investigated. The degrees of constitutive and cold-inducible thermoresistance were determined by electrolyte leakage after testing freezing (-15 °C, 2 h). Phasic and cultivar-specific character of the dynamics of investigated parameters and the increase of hydrogen peroxide contents by the third day of hypothermia, more pronounced (almost in 2 times) in spring wheat, were ascertained. For all cultivars, essential correlation (average r = +0.6) between the catalase activity and H2O2 content was revealed. Higher sensitivity to hypothermia of spring wheat seedlings detected by the early changes of the parameters didn't provide statistically reliable growth of their thermore-sistance. In comparison with other cultivars, Kazanskaya 285 seedlings were characterized by the reduced rates of H2O2 generation and activities of the antioxidant enzymes as well as lower membrane permeability both before and after cold hardening and cryostress. According to the data of repeated experiments, the difference between frost- and winter-resistance of field plants of used winter cultivars ran up to 20%. The obtained results are evidence of the genetically determined abilities of winter wheat etiolated seedlings to increase their thermore-sistance during cold acclimation adequately reflecting different frost-resistance degrees of field plants.

Key words: Triticum aestivum L., etiolated seedlings, hypothermia, hydrogen peroxide, antioxidant systems, membrane permeability, frost-resistance.

Литература

1. Скулачев В.П. Кислород в живой клетке: добро и зло // Соросовский образов. журн. -1996. - Т. 5, № 3. - С. 2-7.

2. Чиркова Т.В. Физиологические основы устойчивости растений. - СПб.: Изд-во С.-Пе-терб. ун-та, 2002. - 240 с.

3. Зенков Н.К., Ланкин В.З., Меньщиков Е.Б. Окислительный стресс. - М.: Наука, 2001. -343 с.

4. Miller G., Mittler R. Could Heat Shock Transcription Factors Function as Hydrogen Peroxide Sensors in Plants? // Ann. Botany. - 2006. - V. 98, No 2. - P. 279-288.

5. Лукаткин А.С. Вклад окислительного стресса в развитие холодового повреждения в листьях теплолюбивых растений. 3. Повреждение клеточных мембран при охлаждении теплолюбивых растений // Физиол. раст. - 2003. - Т. 50, № 2. - С. 271-274.

6. Синькевич М.С., Дерябин А.Н., Трунова Т.И. Особенности окислительного стресса у растений картофеля с измененным углеводным метаболизмом // Физиол. раст. -2009. - Т. 56, № 2. - С. 161-162.

7. Радюк М.С., Доманская И.Н., Щербаков Р.А., Шалыго Н.В. Влияние низкой положительной температуры на содержание низкомолекулярных антиоксидантов и активность антиоксидантных ферментов в зеленых листьях ячменя // Физиол. раст. -2009. - Т. 56, № 2. - С. 193-199.

8. Попов В.Н., Кипайкина Н.В., Астахова Н.В., Трунова Т.И. Особенности окислительного стресса растений табака, трансформированных геном desCA9-ацил-липидной десатуразы из Synechococcus vulkanus, при гипотермии // Физиол. раст. - 2006. -Т. 53, № 4. - С. 525-529.

9. Лукаткин А.С. Вклад окислительного стресса в развитие холодового повреждения в листьях теплолюбивых растений. 2. Активность антиоксидантных ферментов в динамики охлаждения // Физиол. раст. - 2002. - Т. 49, № 6. - С. 878-885.

10. Проценко Д.Ф., Колоша О.И. Физиология морозостойких сортов озимых культур. -Киев: Изд-во Киев. ун-та, 1969. - 260 с.

11. Фадеева И.Д., Шакиров Р.С., Тагиров М.Ш. Возделывание озимой мягкой пшеницы в Республике Татарстан (рекомендации). - Казань: Фолиантъ, 2009. - 52 с.

12. Ионов Э.Ф., Капитонова Н.П., Фадеева И.Д. О повышении устойчивости пшеницы к биотическим и абиотическим стрессам с помощью селекции // Защита растений и охрана природы в Татарстане. - Казань, 2000. - С. 58-61.

13. Gay C., Gebicki J.M. A critical evaluation of the effect of sorbitol on the ferric-xylenol orange hydroperoxide assay // Anal. Biochem. - 2000. - V. 284, No 6. - P. 217-220.

14. Методы биохимического анализа растений / Ред. В.В. Полевого, Г.Б. Максимова. -Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1978. - 192 с.

15. Nakano Y., Asada К. Hydrogen peroxide is scavenged by ascoibate-specific peroxidase in spinach chloroplasts // Plant Cell Physiol. - 1981. - V. 22, No 5. - P. 867-880.

16. Lowry O.H., Rosebrough N.J., Farr A.L. Protein Measurement with the Folin Phenol Reagent // J. Biol. Chem. - 1951. - V. 193, No 1. - P. 265-275.

17. Хохлова Л.П., Кучеренкова Н.Н., Абдрахимова Й.Р. Сезонные изменения митохондрий у закалённых и незакалённых к холоду растений озимой пшеницы // Физиол. раст. - 1993. - Т. 40, № 4. - С. 607-612.

18. Мережко А.Ф., Удачин Р.А., Зуев В.Е., Филатенко А.А. Пополнение, сохранение в живом виде и изучение мировой коллекции пшеницы, эгилопса и тритикале (Методические указания). - СПб.: ВИР, 1999. - 82 с.

19. ДоспеховБ.А. Методика полевого опыта. - М.: Колос, 1979. - 224 с.

20. Зеленский М.И. Полярографическое определение кислорода в исследованиях по фотосинтезу и дыханию. - Л.: Наука, 1986. - 140 с.

21. Бояршинов А.В., Картунова Ю.Е., Асафова Е.В. Окислительный стресс и образование оксида азота в листьях яровой пшеницы при обезвоживании // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Естеств. науки. - 2010. - Т. 152, кн. 2. - С. 56-78.

22. Тян С.Р., Лей Ю.Б. Физиологические ответные реакции проростков пшеницы на засуху и облучение УФ-Б. Влияние нитропруссида натрия // Физиол. раст. - 2007. -Т. 54, № 5. - С. 763-769.

23. Pang C.-H., Wang B.-S. Role of Ascorbate Peroxidase and Glutation Reductase in Ascorbate-Glutathione Cycle and Stress Tolerance in Plants // Ascorbate-Glutation Pathway and Stress Tolerance in Plants / Eds. N.A. Anjum et al. - Springer Science, 2010. - P. 91-113.

24. Александрушкина Н.И., Середина А.В., Ванюшин Б.Ф. Активность эндонуклеаз в ко-леоптиле и первом листе развивающихся этиолированных проростков пшеницы // Физиол. раст. - 2009. - Т. 56, № 2. - С. 170-180.

25. Sarhan F., Perras M. Accumulation of High Molecular Weight Protein during Cold Hardening of Wheat (Triticum aestivum L.) // Plant Cell Physiol. - 1987. - V. 28, No 7. -P. 1173-1179.

26. Абдрахимова Й.Р., Цветкова Ю.А., Хасанова Л.Н. Влияние холодового закаливания на содержание антиоксидантов в листьях яровой и озимой пшеницы // Физиология растений: становление, развитие, перспективы / Ред. Л.П. Хохлова. - Казань: Изд-во Казан. ун-та, 2007. - С. 125-132.

27. Monroy A.F., Dryanova A., Malette B. Regulatory gene candidates and gene expression analysis of cold acclimation in winter and spring wheat // Plant Mol. Biol. - 2007. -V. 64, No 4. - P. 409-423.

Поступила в редакцию 18.11.10

Абдрахимова Йолдыз Раисовна - кандидат биологических наук, доцент кафедры физиологии и биотехнологии растений Казанского (Приволжского) федерального университета.

E-mail: Yoldez@mail.ru

Тимофеева Марина Габдулгазизовна - студент кафедры физиологии и биотехнологии растений Казанского (Приволжского) федерального университета.

Вильданова Алина Равилевна - студент кафедры физиологии и биотехнологии растений Казанского (Приволжского) федерального университета.

Фадеева Ирина Дмитриевна - кандидат сельскохозяйственных наук, заведующая лабораторией селекции озимой пшеницы ГНУ «Татарский НИИСХ» РАСХН, г. Казань.

E-mail: fad-ir2540@mail.ru

Анвар Ахмад Джассим - аспирант кафедры физиологии и биотехнологии растений Казанского (Приволжского) федерального университета

E-mail: AHMADJK15@yahoo.com

Абдрахимов Фарит Агитович - кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории биофизики транспортных процессов Казанского института биохимии и биофизики КазНЦ РАН.

E-mail: Abdfar@mail.ru

Багаева Татьяна Вадимовна - профессор, доктор биологических наук, заведующий кафедрой физиологии и биотехнологии растений Казанского (Приволжского) федерального университета.

E-mail: Tatiana.Bagaeva@ksu.ru