Влияние холодового стресса на активность антиоксидантных ферментов в проростках ячменя
Исследовали влияние отрицательной температуры (—5 °С, 5 ч) на активность антиоксидантных ферментов: аскорбатпероксидазы (АПР), глутатионредуктазы (ГР), супероксиддисмутазы (СОД), каталазы (КТ) в проростках ярового ячменя. Показано, что в условиях холодового стресса активность всех изученных ферменто...
Збережено в:
| Дата: | 2013 |
|---|---|
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Iнститут фізіології рослин і генетики НАН України
2013
|
| Назва видання: | Физиология растений и генетик |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/159365 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Влияние холодового стресса на активность антиоксидантных ферментов в проростках ячменя / М.С. Радюк, И.Н. Доманская, Р.А. Щербаков, Н.В. Шалыго // Физиология растений и генетика. — 2013. — Т. 45, № 5. — С. 442-450. — Бібліогр.: 26 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-159365 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1593652019-10-02T01:25:46Z Влияние холодового стресса на активность антиоксидантных ферментов в проростках ячменя Радюк, М.С. Доманская, И.Н. Щербаков, Р.А. Шалыго, Н.В. Исследовали влияние отрицательной температуры (—5 °С, 5 ч) на активность антиоксидантных ферментов: аскорбатпероксидазы (АПР), глутатионредуктазы (ГР), супероксиддисмутазы (СОД), каталазы (КТ) в проростках ярового ячменя. Показано, что в условиях холодового стресса активность всех изученных ферментов возрастала. После устранения действия стрессового фактора (постстрессовый период) активность АПР, ГР, СОД и КТ продолжала повышаться, достигала максимума, после чего снижалась практически до исходных значений. При этом активность АПР возрастала в большей степени, чем других ферментов. Полученные данные показали, что при действии отрицательной температуры окислительные процессы начинаются прежде всего в цитозоле и наиболее интенсивно протекают в этом клеточном компартменте. Досліджували вплив негативної температури (—5 °С, 5 год) на активність антиоксидантних ферментів: аскорбатпероксидази (АПР), глутатіонредуктази (ГР), супероксиддисмутази (СОД), каталази (КТ) у проростках ярого ячменю. Показано, що за умов холодового стресу активність усіх вивчених ферментів зростала. Після усунення дії стресового чинника (постстресовий період) активність АПР, ГР, СОД і КТ продовжувала підвищуватись, досягала максимуму, після чого знижувалась практично до вихідних значень. При цьому активність АПР зростала більшою мірою, ніж інших ферментів. Отримані дані показали, що за дії негативної температури окиснювальні процеси розпочинаються насамперед у цитозолі й найінтенсивніше відбуваються в цьому клітинному компартменті. The influence of low subzero temperature (—5 °С, 5 h) on activity of antioxidant enzymes, namely ascorbate peroxidase (APR), glutathione reductase (GR), superoxide dismutase (SOD) and catalase (CAT) in green barley leaves was investigated. It was shown that freezing stress causes the increase of activity of all antioxidant enzymes. After completing the chilling action the activity of APR, GR, SOD and CAT continues to increase with amounting to maximum and then decreases to initial level. At the same time activation of APR was higher in comparison with that of other enzymes. The data obtained suggests that oxidative processes enhancement under low temperature stress starts first of all in cytosol and occur there more actively. 2013 Article Влияние холодового стресса на активность антиоксидантных ферментов в проростках ячменя / М.С. Радюк, И.Н. Доманская, Р.А. Щербаков, Н.В. Шалыго // Физиология растений и генетика. — 2013. — Т. 45, № 5. — С. 442-450. — Бібліогр.: 26 назв. — рос. 2308-7099 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/159365 581.1+577.34.05 ru Физиология растений и генетик Iнститут фізіології рослин і генетики НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| description |
Исследовали влияние отрицательной температуры (—5 °С, 5 ч) на активность антиоксидантных ферментов: аскорбатпероксидазы (АПР), глутатионредуктазы (ГР), супероксиддисмутазы (СОД), каталазы (КТ) в проростках ярового ячменя. Показано, что в условиях холодового стресса активность всех изученных ферментов возрастала. После устранения действия стрессового фактора (постстрессовый период) активность АПР, ГР, СОД и КТ продолжала повышаться, достигала максимума, после чего снижалась практически до исходных значений. При этом активность АПР возрастала в большей степени, чем других ферментов. Полученные данные показали, что при действии отрицательной температуры окислительные процессы начинаются прежде всего в цитозоле и наиболее интенсивно протекают в этом клеточном компартменте. |
| format |
Article |
| author |
Радюк, М.С. Доманская, И.Н. Щербаков, Р.А. Шалыго, Н.В. |
| spellingShingle |
Радюк, М.С. Доманская, И.Н. Щербаков, Р.А. Шалыго, Н.В. Влияние холодового стресса на активность антиоксидантных ферментов в проростках ячменя Физиология растений и генетик |
| author_facet |
Радюк, М.С. Доманская, И.Н. Щербаков, Р.А. Шалыго, Н.В. |
| author_sort |
Радюк, М.С. |
| title |
Влияние холодового стресса на активность антиоксидантных ферментов в проростках ячменя |
| title_short |
Влияние холодового стресса на активность антиоксидантных ферментов в проростках ячменя |
| title_full |
Влияние холодового стресса на активность антиоксидантных ферментов в проростках ячменя |
| title_fullStr |
Влияние холодового стресса на активность антиоксидантных ферментов в проростках ячменя |
| title_full_unstemmed |
Влияние холодового стресса на активность антиоксидантных ферментов в проростках ячменя |
| title_sort |
влияние холодового стресса на активность антиоксидантных ферментов в проростках ячменя |
| publisher |
Iнститут фізіології рослин і генетики НАН України |
| publishDate |
2013 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/159365 |
| citation_txt |
Влияние холодового стресса на активность антиоксидантных ферментов в проростках ячменя / М.С. Радюк, И.Н. Доманская, Р.А. Щербаков, Н.В. Шалыго // Физиология растений и генетика. — 2013. — Т. 45, № 5. — С. 442-450. — Бібліогр.: 26 назв. — рос. |
| series |
Физиология растений и генетик |
| work_keys_str_mv |
AT radûkms vliânieholodovogostressanaaktivnostʹantioksidantnyhfermentovvprorostkahâčmenâ AT domanskaâin vliânieholodovogostressanaaktivnostʹantioksidantnyhfermentovvprorostkahâčmenâ AT ŝerbakovra vliânieholodovogostressanaaktivnostʹantioksidantnyhfermentovvprorostkahâčmenâ AT šalygonv vliânieholodovogostressanaaktivnostʹantioksidantnyhfermentovvprorostkahâčmenâ |
| first_indexed |
2025-07-14T11:56:55Z |
| last_indexed |
2025-07-14T11:56:55Z |
| _version_ |
1837623375144419328 |
| fulltext |
ФИЗИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ И ГЕНЕТИКА. 2013. Т. 45. № 5
УДК 581.1+577.34.05
ВЛИЯНИЕ ХОЛОДОВОГО СТРЕССА НА АКТИВНОСТЬ
АНТИОКСИДАНТНЫХ ФЕРМЕНТОВ В ПРОРОСТКАХ ЯЧМЕНЯ
М.С. РАДЮК, И.Н. ДОМАНСКАЯ, Р.А. ЩЕРБАКОВ, Н.В. ШАЛЫГО
Институт биофизики и клеточной инженерии Национальной академии наук Беларуси
220072 Минск, ул. Академическая, 27
e-mail: shalygo@ibp.org.by
Исследовали влияние отрицательной температуры (—5 °С, 5 ч) на активность
антиоксидантных ферментов: аскорбатпероксидазы (АПР), глутатионредуктазы
(ГР), супероксиддисмутазы (СОД), каталазы (КТ) в проростках ярового ячменя.
Показано, что в условиях холодового стресса активность всех изученных фер-
ментов возрастала. После устранения действия стрессового фактора (постстрес-
совый период) активность АПР, ГР, СОД и КТ продолжала повышаться, дости-
гала максимума, после чего снижалась практически до исходных значений. При
этом активность АПР возрастала в большей степени, чем других ферментов. По-
лученные данные показали, что при действии отрицательной температуры окис-
лительные процессы начинаются прежде всего в цитозоле и наиболее интенсив-
но протекают в этом клеточном компартменте.
Ключевые слова: Hordeum vulgare L., холодовой стресс, антиоксидантные фермен-
ты, активность.
Под действием отрицательной температуры (холодовой стресс) помимо
механизмов, предотвращающих образование кристаллов льда в клетках и
нейтрализующих последствия неизбежного при этом обезвоживания ци-
топлазмы, в растениях активизируется антиоксидантная система, кон-
тролирующая гомеостаз активных форм кислорода (АФК). Это связано
с тем, что под действием низкотемпературного стресса происходят изме-
нения в структуре и составе клеточных мембран, а также изменения ме-
таболизма клеток, приводящие к образованию повышенного количества
АФК [2].
Эффективность функционирования антиоксидантной системы оп-
ределяется уровнем генерации АФК и общим потенциалом антиокси-
дантной системы, который характеризуется содержанием низкомолеку-
лярных компонентов (токоферол, аскорбат, глутатион) и активностью
антиоксидантных ферментов, таких как супероксиддисмутаза (СОД), ас-
корбатпероксидаза (АПР), глутатионредуктаза (ГР), каталаза (КТ) [1, 10,
12, 13].
СОД — высокоактивный фермент-антиоксидант с молекулярной
массой ~31 кД — существует в клетках растений в виде нескольких изо-
форм, содержащих в своем составе Cu, Zn, Mn и Fe [1, 25]. Основными
изоформами СОД являются ферменты, в состав которых одновременно
входят Cu и Zn: цитозольная изоформа Cu/Zn-СОД (цит Cu/Zn-СОД);
хлоропластная изоформа Cu/Zn-СОД (хл Cu/Zn-СОД). Mn-СОД и Fe-
© М.С. РАДЮК, И.Н. ДОМАНСКАЯ, Р.А. ЩЕРБАКОВ, Н.В. ШАЛЫГО, 2013
442
СОД содержатся в значительно меньших количествах, локализированы
соответственно в митохондриях и хлоропластах [1, 6]. Все изоформы
СОД катализируют реакции дисмутации супероксидного анион-радика-
ла с образованием Н2О2 и О2.
В детоксикации Н2О2 в клетках растений принимают участие АПР
и КТ. Изоформы АПР обнаружены как в хлоропластах, так и в цитозо-
ле [22]. Разрушение Н2О2 с участием аскорбата и регенерация аскорбата
в активную форму с помощью восстановленного глутатиона (GSH) про-
исходят в рамках аскорбат-глутатионового цикла [12]. Важная роль в
функционировании этого цикла принадлежит ГР — ферменту, восста-
навливающему окисленную форму глутатиона (GSSG) в GSН. Лучше
всего функционирование аскорбат-глутатионового цикла изучено в хло-
ропластах, однако все ферменты этого цикла обнаруживаются также в
цитозоле и других органеллах клетки [12]. Каталаза восстанавливает
Н2О2 до воды, локализована в митохондриях и цитозоле [3, 21].
Реакция компонентов антиоксидантной системы, особенно анти-
оксидантных ферментов на низкотемпературный стресс, неоднозначна и
зависит от вида растений, сортовых различий, возраста и продолжитель-
ности действия стрессового фактора [2, 3, 16, 18, 24]. Показано, что под
влиянием низкотемпературного стресса в растениях повышаются содер-
жание глутатиона и активность ГР. При этом наибольшие различия на-
блюдали у устойчивых к понижению температуры сортов кукурузы [19],
томатов [26] и пшеницы [15]. Если у теплолюбивых растений (рис, ку-
куруза) в условиях низкотемпературного стресса активность КТ, АПР и
ГР снижалась [16, 18], то у устойчивых к этому стрессу растений она,
как правило, повышалась [8, 11, 24]. Так, у устойчивого к морозу сорта
ячменя Chumai 1 активность АПР, фенольной пероксидазы (ФПР) и ГР
была выше, чем у неустойчивого сорта Мо 103 [11]. Более высокая ак-
тивность КТ и ФПР отмечена также у устойчивого к низкой температу-
ре сорта пшеницы Brasilia по сравнению с неустойчивым сортом Fridano
[24]. В то же время в работе [8] показано, что реакция антиоксидантных
ферментов КТ, ФПР и АПР на низкотемпературный стресс у яровой
пшеницы более выражена, чем у озимой. Активность СОД и КТ через
24 ч воздействия низкой положительной температуры снижалась у неус-
тойчивых теплолюбивых растений (огурцы, кукуруза) и повышалась у
более устойчивых (просо, картофель) [4].
Отметим, что работы по исследованию изменения антиоксидант-
ного потенциала в растениях ячменя под влиянием низкотемпературно-
го стресса на ранней стадии их развития практически отсутствуют.
Целью настоящей работы было исследование влияния отрицатель-
ной температуры (—5 °С) на функционирование антиоксидантных фер-
ментов в зеленых, находящихся в ранней фазе своего развития пророст-
ках ячменя, включающее анализ активности АПР, ГР, СОД, КТ при
действии стрессора и в постстрессовый период.
Методика
В работе использовали проростки ярового ячменя сорта Гонар (бело-
русской селекции), выращенные при температуре 24 °С и освещенности
100 мкмоль/(м2 · с) с фотопериодом 14 ч. Растения выращивали на во-
допроводной воде в специальных сетчатых кюветах, в которых зерновки
находились над поверхностью воды. В 6-суточном возрасте их помеща-
443
ВЛИЯНИЕ ХОЛОДОВОГО СТРЕССА
ISSN 2308-7099. Физиология растений и генетика. 2013. Т. 45. № 5
ли на 5 ч в холодильную камеру с температурой –5 °С, затем возвраща-
ли в исходные условия выращивания. Общая продолжительность экспе-
римента (стресс + постстресс) составляла 3 сут. Пробы для анализа (сре-
занные выше колеоптиля) отбирали перед началом действия стрессового
фактора, через 2 и 5 ч стрессового периода, а также через 19, 43 и 67 ч
после стресса.
Активность изоформ АПР и СОД определяли с помощью нативно-
го гель-электрофореза [9, 23].
Для измерения активности изоформ АПР 1 г листьев растирали в
2 мл 0,05 М К,Na-фосфатного буфера (рН 7,8), содержащего 1 мМ
ЭДТА и 10 мМ аскорбата натрия. Гомогенат фильтровали сквозь 3 слоя
капроновой ткани и центрифугировали в течение 10 мин при 14 000 g.
Электрофорез проводили с использованием 10 %-го разделяющего и
5 %-го концентрирующего гелей размером 60,0 90,0 1,5 мм при тем-
пературе 4 °С и напряжении 50 В в течение 16 ч. Гель насыщался 2 мМ
аскорбатом натрия с помощью предварительного электрофореза в те-
чение 30 мин. На старт наносили по 20 мкл смеси надосадочной жид-
кости, выравненной по белку, с 20 %-м глицерином (5 : 1, V/V). Визуа-
лизацию изоформ АПР проводили по методике [23]. Для этого гель
помещали на 20 мин в 0,05 М К,Na-фосфатный буфер (рН 7,0), содер-
жащий 4 мМ аскорбата натрия и 2 мМ Н2О2. Затем его промывали в те-
чение 1 мин 0,05 М K,Na-фосфатным буфером (рН 7,0) и помещали в
раствор, содержащий 2,5 мМ нитроголубого тетразолия (NBT) и 28 мМ
ТЕМЕДа, на 10—20 мин для окрашивания. Окрашенный гель сканиро-
вали. Активность изоформ АПР вычисляли в относительных единицах с
помощью программы TotalLab v. 2.01.
Для определения активности изоформ СОД 0,5 г листьев растира-
ли в 3 мл 0,05 М K,Na-фосфатного буфера (рН 7,8), содержащего 7 мМ
меркаптоэтанола и 5 мМ аскорбиновой кислоты. Гомогенат центрифу-
гировали в течение 10 мин при 13 000 g. Форез проводили, используя
13 %-й разделяющий и 5 %-й концентрирующий гели размером 60,0
90,0 1,5 мм. На старт наносили по 20 мкл смеси надосадочной жид-
кости, выравненной по белку, с 20 %-м глицерином (5 : 1, V/V).
Электрофорез проводили при температуре 4 °С и напряжении 60 В в те-
чение 17 ч. Визуализацию изоформ СОД выполняли по методике [9].
Для этого гель помещали в 0,05 М K,Na-фосфатный буфер, содержащий
0,05 мМ рибофлавина и 0,1 мМ ЭДТА, и ставили в прибор для встряхи-
вания. Через 2 мин к раствору добавляли NBT из расчета 1 мг/мл рас-
твора и встряхивали в течение 40 мин в темноте. Затем гель промывали
дистиллированной водой и выставляли на свет для окрашивания. Окра-
шенный гель сканировали. Активность изоформ СОД рассчитывали в
относительных единицах с помощью программы TotalLab v. 2.01.
Активность ГР определяли в грубом ферментном препарате, для
получения которого 0,5 г листьев растирали в 4 мл 0,05 М K,Na-фос-
фатного буфера (рН 7,8), содержащего 1 мМ ЭДТА и 10 мМ аскорбата
натрия. Гомогенат фильтровали сквозь 3 слоя капроновой ткани, цен-
трифугировали в течение 5 мин при 6000 g, после чего надосадочную
жидкость центрифугировали повторно при 10 000 g в течение 10 мин.
Далее к 200 мкл надосадочной жидкости приливали 2,1 мл 0,1 М трис-
НСl буфера (рН 7,8) и 100 мкл 5 мМ GSSG. Реакцию запускали добав-
лением 75 мкл 5 мМ НАДФН+. Кинетику потребления субстрата —
444
М.С. РАДЮК, И.Н. ДОМАНСКАЯ, Р.А. ЩЕРБАКОВ, Н.В. ШАЛЫГО
ISSN 2308-7099. Физиология растений и генетика. 2013. Т. 45. № 5
НАДФН+ — регистрировали в течение 8 мин при 340 нм, активность фер-
мента рассчитывали при коэффициенте экстинкции 6,22 мМ-1 · см-1 [7].
Активность КТ определяли в гомогенате, полученном при расти-
рании 0,5 г листьев в 3 мл 0,06 М K,Na-фосфатного буфера (рН 7,1), со-
держащего 10 мМ дитиотрейтола и 1 мМ фенилметилсульфонилфторида
(ингибитор пероксидаз). Гомогенат центрифугировали в течение 10 мин
при 13 000 g. К 10 мкл надосадочной жидкости добавляли 890 мкл 0,1 М
K,Na-фосфатного буфера (рН 7,1). Реакцию запускали добавлением
100 мкл 0,1 М Н2О2. Об активности КТ судили по скорости потребле-
ния Н2О2 при 240 нм. Активность фермента рассчитывали, используя
коэффициент экстинкции Н2О2 36 мМ-1 · см-1 [20].
Опыты проводили трижды в трехкратной биологической повтор-
ности.
Результаты и обсуждение
На первом этапе работы экспериментальным путем подбирали парамет-
ры холодового стресса. Так, перенос 6-суточных проростков ячменя с
нормальных условий выращивания в морозильную камеру с температу-
рой —7 °С приводил к гибели большинства (92 ± 2 %) растений уже че-
рез 2 ч. Использование в качестве стрессора отрицательной температуры
—2 °С не вызывало гибели проростков даже через 5 ч. При температуре
—5 °С через 5 ч погибало 9 % проростков ячменя, через 8 ч — 40 %, че-
рез 14 ч гибель растений составила 91 % (рис. 1). Исходя из полученных
данных, нами были выбраны следующие параметры: 5 ч воздействия
температуры —5 °С. Также принималось во внимание, что температура
во время весенних утренних заморозков на территории Беларуси редко
опускается ниже —5 °С, а их продолжительность, как правило, не пре-
вышает 5 ч.
Следует отметить, что сразу после выноса опытных растений из мо-
розильной камеры все растения внешне казались интактными. Однако
после 1 мин выдерживания при комнатной температуре часть растений
полностью поникала и в даль-
нейшем не восстанавливала
тургор, что указывало на их ги-
бель. Оставшиеся растения
внешне не отличались от расте-
ний контрольного варианта.
Именно выжившие после холо-
дового стресса проростки мы
использовали для отбора проб.
Установлено, что общая
активность АПР под действием
отрицательной температуры
увеличивалась практически в
1,5 раза по сравнению с исход-
ным уровнем, зарегистрирован-
ным до начала действия стрес-
сового фактора (рис. 2, а). В
постстрессовый период актив-
ность АПР возрастала еще
больше, через 1 сут достигала
445
ВЛИЯНИЕ ХОЛОДОВОГО СТРЕССА
ISSN 2308-7099. Физиология растений и генетика. 2013. Т. 45. № 5
Рис. 1. Динамика гибели зеленых проростков
ячменя при температуре —5 °С
максимума, после чего снижалась, но все же оставалась выше исходно-
го уровня. Анализ активности отдельных изоформ АПР показал, что с
помощью нативного гель-электрофореза определяются две изоформы
фермента — хлоропластная (хл АПР) и цитозольная (цит АПР), что со-
ответствует литературным данным [14]. При этом изначально активность
цит АПР превышала активность хл АПР в 1,7 раза (см. рис. 2, б). Мы
экспериментально доказали, что при холодовом стрессе и в постстрессо-
вый период активность изоформ АПР в проростках ячменя изменяется
по-разному. Так, активность хл АПР в период стресса практически не
изменялась, однако после снятия действия стрессового фактора резко
увеличивалась, достигая более чем двухкратного превышения над исход-
ным уровнем. В постстрессовый период активность хл АПР снижалась
до первоначального значения (см. рис. 2, б, кривая 1). Напротив, актив-
ность цит АПР в период стресса повышалась на 48 % по сравнению с
исходным уровнем, а после его окончания снижалась, но оставалась на
более высоком уровне, чем исходный (см. рис. 2, б, кривая 2).
Изменение общей активности СОД при стрессе и в постстрессо-
вый период по направленности и времени достижения максимума соот-
ветствовало изменению активности АПР (рис. 3, а). Однако для СОД от-
мечена более низкая степень активации (на 10—15 % по сравнению с
исходным значением), а также снижение активности фермента до исход-
ного уровня после снятия стрессового воздействия. С помощью натив-
ного гель-электрофореза хорошо визуализировались две изоформы: цит
Сu/Zn-COД и хл Сu/Zn-СОД. Активность цитозольной изоформы ис-
ходно была выше, чем хлоропластной. В условиях стресса и в постстрес-
446
М.С. РАДЮК, И.Н. ДОМАНСКАЯ, Р.А. ЩЕРБАКОВ, Н.В. ШАЛЫГО
ISSN 2308-7099. Физиология растений и генетика. 2013. Т. 45. № 5
Рис. 2. Внешний вид геля после нативного электрофореза экстрактов проростков ячменя,
подвергнутых действию отрицательной (—5 °С) температуры (а), изменение общей актив-
ности АПР (б) и ее изоформ (в) (1 — хл АПР, 2 — цит АПР) под влиянием отрицательной
температуры и в постстрессовый период. Здесь и на рис. 3, 4 вертикальной штриховой ли-
нией обозначен момент окончания действия стрессового фактора и начала постстрессово-
го периода
совый период направленность изменения активности обеих изоформ
была практически одинаковой, отличие состояло лишь в том, что реак-
ция цит Сu/Zn-СОД была более выраженной, чем хл Сu/Zn-СОД (см.
рис. 3, б, кривые 1, 2).
На рис. 4, а представлена динамика общей активности ГР в зеле-
ных листьях ячменя, подвергнутых действию отрицательной температу-
ры (—5 °С) в течение 5 ч и в постстрессовый период. Как видим, актив-
ность ГР при действии стрессора возрастает, достигает своего
максимального значения в первые сутки постстрессового периода, к
концу которого снижается до уровня, близкого к исходному. Характер-
но, что в отличие от стресса, вызванного низкой положительной темпе-
447
ВЛИЯНИЕ ХОЛОДОВОГО СТРЕССА
ISSN 2308-7099. Физиология растений и генетика. 2013. Т. 45. № 5
Рис. 3. Внешний вид геля после нативного электрофореза экстрактов проростков ячменя,
подвергнутых действию отрицательной (—5 °С) температуры (а), изменение общей актив-
ности Cu/Zn-СОД (б) и ее изоформ (в) (1 — цит Cu/Zn-СОД, 2 — хл Cu/Zn-СОД) под
влиянием отрицательной температуры и в постстрессовый период
Рис. 4. Изменение активности ГР (а) и КТ (б) в проростках ячменя под влиянием отрица-
тельной (—5 °С) температуры и в постстрессовый период
ратурой [5], активность антиоксидантных ферментов (АПР, СОД, ГР) в
первые сутки постстрессового периода продолжает возрастать или сохра-
няется на близком к максимальному значению уровне, более высоком,
чем после воздействия низкой положительной температуры.
Общая активность КТ в условиях эксперимента изменялась волно-
образно. Первый максимум активности приходился на начало периода
действия отрицательной температуры, второй (более высокий по сравне-
нию с первым) — регистрировался в постстрессовый период (см. рис. 4, б).
Снижение активности КТ в конце стрессового периода вероятно связа-
но с неустойчивостью этого фермента к действию низкой температуры
[16, 17].
Следовательно, стресс, вызванный действием отрицательной тем-
пературы (—5 °С), приводил к повышению активности антиоксидантных
ферментов АПР, СОД, КТ и ГР, что в общих чертах согласуется с лите-
ратурными данными [4, 8, 11, 15, 24]. Наиболее заметно возрастала ак-
тивность АПР, ГР и КТ, что указывает на активное функционирование
системы детоксикации пероксида водорода в условиях действия холодо-
вого стресса. Примечательно, что активность цит АПР во время стрес-
са достигает своего максимального значения раньше, чем активность
хл АПР. Полученные данные свидетельствуют о том, что окислительные
процессы при низкотемпературном стрессе начинаются прежде всего в
цитозоле и проходят там в период стресса более активно. На это указы-
вает и возрастание в таких условиях общей активности КТ, более выра-
женная реакция цит Cu/Zn-СОД на действие стрессора по сравнению с
хл Cu/Zn-СОД.
Таким образом в постстрессовый период, после переноса растений
в нормальные условия выращивания, система детоксикации Н2О2 еще
более активировалась, причем как в цитозоле (общая активность КТ),
так и в хлоропластах (активность хл АПР). Максимум активности ком-
понентов этой системы достигался через 1 сут после снятия действия
стрессового фактора, затем активность ферментов снижалась практиче-
ски до исходного уровня, указывая тем самым на адаптацию проростков
ячменя к смене отрицательной температуры положительной.
1. Бараненко В.В. Супероксиддисмутаза в клетках растений // Цитология. — 2006. — 48,
№ 6. — С. 265—274.
2. Колупаев Ю.Е., Карпец Ю.В. Активные формы кислорода при адаптации растений к
стрессовым температурам // Физиология и биохимия культ. растений. — 2009. — 41,
№ 2. — С. 95—108.
3. Корнеев Д.Ю. Трансгенные растения с повышенной активностью антиоксидантных
ферментов как попытка создания сортов, устойчивых к физиологическим стрессам //
Там же. — 2006. — 38, № 6. — С. 463—473.
4. Лукаткин А.С. Вклад окислительного стресса в развитие холодового повреждения в ли-
стьях теплолюбивых растений. 2. Активность антиоксидантных ферментов в динамике
охлаждения // Физиология растений. — 2002. — 49, № 6. — С. 878—885.
5. Радюк М.С., Доманская И.Н., Щербаков Р.А., Шалыго Н.В. Влияние близкой к нулю по-
ложительной температуры на содержание низкомолекулярных антиоксидантов и актив-
ность антиоксидантных ферментов в зеленых листьях ячменя (Hordeum vulgare L.) //
Там же. — 2009. — 56, № 2. — С. 193—199.
6. Alscher R.G., Erturk N., Heath L.S. Role of superoxide dismutases in controlling oxidative
stress in plants // J. Exp. Bot. — 2002. — 53, N 372. — P. 1331—1341.
7. Aono M., Kubo A., Saji H. et al. Resistance to active oxygen toxicity of transgenic Nicotiana
tabacum that expresses the gene for glutatione reductase from E. coli // Plant Cell Physiol. —
1991. — 32. — P. 691—697.
448
М.С. РАДЮК, И.Н. ДОМАНСКАЯ, Р.А. ЩЕРБАКОВ, Н.В. ШАЛЫГО
ISSN 2308-7099. Физиология растений и генетика. 2013. Т. 45. № 5
8. Apostolova P., Yordanova R., Popova L. Response of antioxidative defense system to low tem-
perature stress in two wheat cultivars // Gen. Appl. Plant Physiol. — 2008. — 34, N 3—4. —
P. 281—294.
9. Beauchamp C., Fridovich I. Superoxide dismutase: improved assays and an assay applicable to
acrylamide gels // Anal. Biochem. — 1971. — 44. — P. 276—287.
10. Blokhina O., Virolainen E., Fagerstedt K.V. Antioxidants, oxidative damage and oxygen depri-
vation stress: a review // Ann Bot. — 2003. — 91. — P. 179—194.
11. Dai F., Huang Y., Zhou M., Zhang G. The influence of cold acclimation on antioxidative
enzymes and antioxidants in sensitive and tolerant barley cultivars // Biol. Plant. — 2009. —
53, N 2. — P. 257—262.
12. Foyer C.H., Noctor G. Ascorbate and glutathione: the heart of the redox hub // Plant Physiol. —
2011. — 157, N 1. — P. 2—18.
13. Gill S.S., Tuteja N. Reactive oxygen species and antioxidant machinery in abiotic stress tole-
rance in crop plants // Plant Physiol. Biochem. — 2010. — 48, N 12. — P. 909—930.
14. Harinasut P., Srisunaka S., Pitukchaisopol S., Charoensataporn R. Mechanisms of adaptation
to increasing salinity of mulberry: proline content and ascorbate peroxidase activity in leaves
of multiple shoots // Sci. Asia. — 2000. — 26. — P. 207—211.
15. Kocsy G., Galiba G., Brunold Ch. Role of glutathione in adaptation and signalling during chil-
ling and cold acclimation in plants // Physiol. Plant. — 2001. — 113. — P. 158—164.
16. Kuk Y.I., Shin J.C., Burgos N.R. et al. Antioxidative enzymes offer protection from chilling
damage in rice plants // Crop. Sci. — 2003. — 43. — P. 2109—2117.
17. Lee D.H., Lee C.B. Chilling stress-induced changes of antioxidant enzymes in the leaves of
cucumber: in gel enzyme activity assaya // Plant Sci. — 2000. — 159. — P. 75—85.
18. Leipner J. Chilling induced photooxidative stress and adaptation of defense system in maize
(Zea mays L.) leaves. — 1998. — Diss. ETHZ, N 12680, Zurich.
19. Leipner J., Fracheboud Y., Stamp P. Effect of growing season on the photosynthetic apparatus
and leaf antioxidative defences in two maize genotypes of different chilling tolerance //
Environ. Exp. Bot. — 1999. — 42. — P. 129—139.
20. Luck H. Catalase // Methods of enzymatic analysis. — Weinheim: Verlag Chemie, 1963. —
P. 885—894.
21. Mhamdi A., Queval G., Chaouch S. et al. Catalase function in plants: a focus on Arabidopsis
mutants as stress-mimic models // J. Exp. Bot. — 2010. — 61, N 15. — P. 4197—4220.
22. Mittler R. Oxidative stress, antioxidants and stress tolerance // Trends Plant Sci. — 2002. —
6, N 9. — P. 405—410.
23. Mittler R., Zilinskas B.A. Detection of ascorbate peroxidase activity in native gels by inhibition
of the ascorbate dependent reduction of nitroblue tetrazolium // Anal. Biochem. — 1993. —
212. — P. 540—546.
24. Scebba F., Sebastiani L., Vitagliano C. Changes in activity of antioxidative enzymes (Triticum
aestivum) seedling under cold acclimation // Physiol. Plant. — 1998. — 104. — P. 742—752.
25. Sheoran S., Pandey B., Singh R. et al. Modeling and phylogeny analysis of bread wheat
MnSOD // Bioinformation. — 2011. — 6, N 6. — P. 209—211.
26. Walker M.A., McKersie B.D. Role of ascorbate-glutathione antioxidant system in chilling
resistance of tomato // J. Plant Physiol. — 1993. — 141. — P. 234—239.
Получено 28.03.2013
ВПЛИВ ХОЛОДОВОГО СТРЕСУ НА АКТИВНIСТЬ АНТИОКСИДАНТНИХ
ФЕРМЕНТIВ У ПРОРОСТКАХ ЯЧМЕНЮ
М.С. Радюк, І.Н. Доманська, Р.А. Щербаков, Н.В. Шалиго
Iнститут біофізики і клітинної інженерії Національної академії наук Білорусі, Мінськ
Досліджували вплив негативної температури (—5 °С, 5 год) на активність антиоксидант-
них ферментів: аскорбатпероксидази (АПР), глутатіонредуктази (ГР), супероксиддисмута-
зи (СОД), каталази (КТ) у проростках ярого ячменю. Показано, що за умов холодового
стресу активність усіх вивчених ферментів зростала. Після усунення дії стресового чинни-
ка (постстресовий період) активність АПР, ГР, СОД і КТ продовжувала підвищуватись, до-
сягала максимуму, після чого знижувалась практично до вихідних значень. При цьому ак-
тивність АПР зростала більшою мірою, ніж інших ферментів. Отримані дані показали, що
за дії негативної температури окиснювальні процеси розпочинаються насамперед у цито-
золі й найінтенсивніше відбуваються в цьому клітинному компартменті.
449
ВЛИЯНИЕ ХОЛОДОВОГО СТРЕССА
ISSN 2308-7099. Физиология растений и генетика. 2013. Т. 45. № 5
THE INFLUENCE OF FREEZING STRESS ON ACTIVITY OF ANTIOXIDANT
ENZYMES IN BARLEY SEEDLINGS
M.S. Radyuk, I.N. Domanskaya, R.A. Shcherbakov, N.V. Shalygo
Institute of Biophysics and Cell Engineering, National Academy of Sciences of Belarus
27 Akademicheskaya St., Minsk, 220072, Belarus
The influence of low subzero temperature (—5 °С, 5 h) on activity of antioxidant enzymes, name-
ly ascorbate peroxidase (APR), glutathione reductase (GR), superoxide dismutase (SOD) and
catalase (CAT) in green barley leaves was investigated. It was shown that freezing stress causes the
increase of activity of all antioxidant enzymes. After completing the chilling action the activity of
APR, GR, SOD and CAT continues to increase with amounting to maximum and then decreas-
es to initial level. At the same time activation of APR was higher in comparison with that of other
enzymes. The data obtained suggests that oxidative processes enhancement under low temperature
stress starts first of all in cytosol and occur there more actively.
Key words: Hordeum vulgare L., freezing stress, antioxidant enzymes, activity.
450
М.С. РАДЮК, И.Н. ДОМАНСКАЯ, Р.А. ЩЕРБАКОВ, Н.В. ШАЛЫГО
ISSN 2308-7099. Физиология растений и генетика. 2013. Т. 45. № 5
|