Вплив антропогенного навантаження на функціонування глутатіонової системи у насінні представників роду Acer L

Основні джерела антропогенного забруднення довкілля. Вплив важких металів на фізіолого-біохімічні процеси рослин, зміни в них за впливу полютантів. Структура та властивості, функції глутатіон-залежних ферментів в насінні представників роду Acer L.

Рубрика Биология и естествознание
Вид дипломная работа
Язык украинский
Дата добавления 11.03.2015
Размер файла 950,6 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Згідно з проведеними нещодавно дослідженнями, клен здатний затримувати в повітрі суспензії важких металів і пари бензолу[28]. Тому ця рослину доцільно висаджувати в міських умовах, з метою поліпшення екологічної ситуації.

У кленовому соку міститься цукор і каучук. У листі клена виявлені вуглеводи, каротиноїди, альдегіди, фенолкарбонові і органічні кислоти, вітаміни С і Е, дубильні речовини, ліпіди і ненасичені жирні кислоти.

Насіння клена знаходиться у глибокому ендогенному спокої, викликаномунаявністю в насінні інгібіторів росту, тому перед весняним посівом насіння стратифікуютьза температури 0-3°С протягом 2-3 місяців. За 5-7 °С тривалість холодової стратифікації зростає [47]. Тому для швидкого подолання дії інгібіторів, стимулювання проростання насіння і наступного росту сіянців використовують фізіологічно активні речовини - стимулятори росту.

2.2 Методи досліджень

Збирання насіння проводили у вересні 2014 р. на чотирьох пробних ділянках із модельних дерев віком 20-30 років з гілок п'ятого порядку галуження нижньої та середньої частин крони на північній стороні.

Методика визначення активності глутатіон-S-трансферази

Активність глутатіон-S-трансферази (GSТ) [EC 2.5.18] визначали за [81].

Субстратом служив 2,4-динітрохлорбензол (ДНХБ).

Рослинний матеріал (0,2 г сирої ваги) розтирали у фарфоровій ступці з 1 мл натрій-фосфатного буферу (рН 8,0), центрифугували протягом 20 хв при 16000 об/хв., у супернатанті визначали активність GSТ.

Реакційну суміш, яка містить 1 мл фосфатного буфера (рН 8,0), 0,1 мл розчину відновленого глутатіона й 0,2 мл зразка, витримували в ультратермостаті 10 хвилин при 30? С.

Ферментативну реакцію ініціювали додаванням 0,1 мл 0,02 М розчину ДНХБ і на КФК-2МП реєстрували зміни оптичної густини розчину при довжині хвилі 340 нм протягом 4 хв.

Каталітичну активність ферменту виражали в мкмоль ДНХБ, перетвореного за 1 секунду (мккатал).

Розрахунок каталітичної активності проводили за формулою:

A=,

де ДЕ - зміна оптичної густини реакційної суміші за час вимірювання;

Vзаг. - загальний об'єм реакційної суміші, мл;

Vпроби - об'єм супернатанту, взятого для аналізу, мл;

l - товщина кювети, 0,3 см;

t - час вимірювання, 240 сек;

k - коефіцієнт молярної екстинкції ДНХБ, 9,6 мкмоль-1••см-1.

Методика визначення активності глутатіон-редуктази (GR)

Визначення активності глутатіон-редуктази (GR, EC 1.6.4.2) проводили за методом [78].

Рослинний матеріал (0,1 г сирої ваги) розтирали у фарфоровій ступці з 1 мл натрій-фосфатного буферу (рН 8,0), центрифугували протягом 20 хв при 16000 об/хв., у супернатанті визначали активність GR.

Реакційну суміш, яка містила 1 мл 0,1 М фосфатного буферу (рН 8,0), 0,1 мл 1 мМ розчину ЕДТА, 0,3 мл розчину окисленого глутатіону (GSSG) та 0,2 мл розчину NADPH, витримували у термостаті протягом 10 хвилин при 37? С. Реакцію починали додаванням 0,2 мл проби і реєстрували зменшення концентрації NADPH у кюветі спектрофотометра при довжині хвилі 340 нм. Каталітичну активність ферменту виражали у наномоль NADPH, переробленого за 1 сек (нанокатал).

Розрахунок каталітичної активності проводили за формулою:

A=,

де ДЕ - зміна оптичної густини реакційної суміші за час вимірювання;

Vзаг. - загальний об'єм реакційної суміші, мл;

Vпроби - об'єм супернатанту, взятого для аналізу, мл;

l - товщина кювети, 0,3 см;

t - час вимірювання, 240 сек;

k - коефіцієнт молярної екстинкції NADPH, 6,22 мкмоль-1••см-1.

Методика визначення активності глутатіон-пероксидази (GPX)

Визначення активності глутатіон-пероксидази (GPX, EC 1.11.1.9) проводили за методом [85].

Рослинний матеріал (0,2 г сирої маси) розтирали у фарфоровій ступці з 1 мл натрій-фосфатного буферу (рН 7,4), центрифугували протягом 20 хв. при 16000 об/хв., у супернатанті визначали активність GPX.

Реакційну суміш, яка містила 1,2 мл 0,1 М фосфатного буферу (рН 7,4), 0,2 мл 1 мМ розчину ЕДТА, та 0,1 мл 4 мМ розчину NADPH, 2 мл 10 мМGSH, 0,2 мл зразка витримували у термостаті протягом 10 хвилин при 30? С. Реакцію починали додаванням 0,2 мл 2,5 мМ розчину перекису водню і реєстрували зменшення концентрації NADPH у кюветі спектрофотометра при довжині хвилі 340 нм. Каталітичну активність ферменту виражали у наномоль NADPH, переробленого за 1 сек (нанокатал).

Розрахунок каталітичної активності проводили за формулою:

A=,

де ДЕ - зміна оптичної густини реакційної суміші за час вимірювання;

Vзаг. - загальний об'єм реакційної суміші, мл;

Vпроби - об'єм супернатанту, взятого для аналізу, мл;

l - товщина кювети, 0,3 см;

t - час вимірювання, 240 сек;

k - коефіцієнт молярної екстинкції NADPH, 6,22 мкмоль-1••см-1.

Методика визначення відновленого глутатіону

Вміст відновленого глутатіону (GSH) визначали згідно з [45] за реакцією SH-групи глутатіону з 5,5-дитіо-біс(2-нітробензойною) кислотою (реактив Елмана). У результаті реакції утворюється 5-дитіо-2-нітробензойний аніон, який має інтенсивний жовтий колір, на чому й засновано кількісне вимірювання SH-груп у клітинних екстрактах.

Вміст SH-груп вимірювали за калібрувальним графіком (рис. 2.2.1), побудованим з розчинами відновленого глутатіону у таких концентраціях: 10, 25, 50, 75 та 100 нМ/мл.

Рослинний матеріал (0,5 г сирої ваги) розтирали у середовищі виділення (0,1 М трис-HCl буфер, рН 7,8, з додаванням 1 мМ хлориду магнію та 0,3 мМ Трилону Б), центрифугували протягом 20 хв. при 15000 g, надосадову рідину брали для подальшої обробки.

Небілкову розчинну фракцію отримували шляхом осадження розчинних білків із надосадової рідини за допомогою 50% трихлороцтової кислоти (ТХУ): до 3 мл зразка додавали 2,4 мл дистильованої води та 0,6 мл ТХУ, перемішували, витримували 15 хв. та центрифугували протягом 20 хв. при 15000 g, супернатант брали для визначення небілкових толових сполук.

Реакційна суміш для визначення містила 2 мл 0,1 М трис-HCl буфер, рН 7,8, та 1 мл супернатанту (контрольна проба містила 3 мл вказаного буферу). Вимірювали оптичну густину (А0) на фотоелектроколориметрі КФК-2МП при довжині хвилі 400 нм у кюветах товщиною 0,5 см проти контролю. До проб додавали 0,05 мл реактиву Елмана, проби інкубували протягом 1 години при 37? С, після чого знов вимірювали оптичну густину (А1). Для розрахунків використовували різницю (А1 0=А) та дані калібрувального графіку, вміст SH-груп виражали в нмоль GSH/г наважки.

Рис. 2.2.1. Калібрувальний графік для визначення вмісту відновленого глутатіону

2. Стандартне відхилення обчислювали за формулами:

; ;

S - стандартне відхилення;

- - відхилення варіації від середнього арифметичного.

3. Статистичну помилку розраховували за формулами:

, для n<30;

, для n>30,

де m - помилка вибіркового середнього.

4. Коефіцієнт Ст'юдента обчислювали за формулою:

.

5. Достовірність результатів визначали за таблицею Ст'юдента - якщо

, то дані достовірні[15; 57; 59].

3. Фізико-географічна характеристика району досліджень

Дослідження впливу техногенного забруднення на стан глутатіонової системи у деревних рослин A. platanoidesта A. pseudoplatanus проводили на чотирьох пробних ділянках -контрольній та трьох дослідних, розміщених на урбатехногенних територіях м. Дніпропетровськ:

№1 -умовно чиста зона - Ботанічний сад Дніпропетровського національного університету імені Олеся Гончара, де, за даними міської санепідемстанції, концентрації забруднювачів не перевищують ГДК;

№2 -зелена зона, розташована на території, прилеглій до пр. Кірова з інтенсивним автомобільним рухом, який є джерелом важких металів.

№3 -штучний фітоценоз, прилеглий до вул. Героїв Сталінграду з інтенсивним автомобільним рухом і забруднений важкими металами.

№4 -зелена зона ВАТ «Інтерпайп Нижньодніпровський трубопрокатний завод» і ВАТ «Дніпрометиз», яка прилягає допр. Правди з інтенсивним автомобільним рухом. Основні забруднювачі - токсичні гази та важкі метали. Лісорослинні умови, характеристики деревостану, структура і склад насаджень в дослідній і контрольній зонах були подібними.

Необхідно підкреслити, що в умовах степової зони лісова рослинність зустрічається дуже рідко внаслідок географічної невідповідності лісів умовам існування. Природні ліси у степу приурочені, головним чином, до балок і долин річок, де краща зволоженість ґрунтів та менша їх мінералізованість. Штучні ж ліси знаходяться не лише в умовах географічної, але часто й екологічної невідповідності біогеоценозів, що створюються, умовам їх існування [90].

Не зважаючи на це, створення лісів у межах степової зони України можливе за правильного підбору лісоутворювальних порід, які б підходили до конкретних умов середовища існування, в результаті чого покращуються рослинні умови на користь лісу і тоді він перебуває в умовах своєї екологічної відповідності. Географічна ж невідповідність спостерігається лише в надто посушливі роки, коли кількість опадів різко зменшується, а рівень ґрунтових вод знижується [91].

Більша частина лісів Дніпропетровської області має штучне походження і виконує санітарно-гігієнічні, захисні, водо- й ґрунтово-охоронні та інші функції. Штучних лісонасаджень в області понад 125 тис. га, з них понад 50 тис. га належать до санітарно-гігієнічних і оздоровчих: це міські ліси, зелені зони навколо населених пунктів, джерел водопостачання, лікувальних закладів, промислових підприємств у межах санітарно-захисних зон [40].

Кліматичні умови фізико-географічного району недостатньо сприятливі для вирощування багатьох деревно-чагарникових і трав'янистих рослин з інших флористичних областей. Клімат району характеризується як помірно континентальний, посушливий. Середня температура найбільш холодного місяця (січня) становить -5,7 °С. Середній річний температурний мінімум, що визначає стан зимівлі багатьох теплолюбних рослин, становить -23...-25 °С, а абсолютний мінімум досягає -38 °С. Зима малосніжна, періоди морозів чергуються із тривалими відлигами, які можуть спричинити несвоєчасне пробудження ростової активності, розпускання листових і квіткових бруньок рослин-інтродуцентів і ушкодження їх морозами. Відзначаються осінні й весняні заморозки, які згубно впливають на деякі рослини, особливо молоді [92]. Літо: спекотне, часті суховії. Середня температура найтеплішого місяця (липня) становить +22 °С, максимальна досягає +37...+40 °С. За рік у середньому випадає 410-490 мм опадів, при цьому на теплий період року припадає до 65% загальної кількості опадів (300-350 мм), найчастіше у вигляді короткочасних злив. В окремі роки тривалий бездощовий період супроводжується повітряною посухою, що нерідко призводить до ґрунтової посухи [93].

За даними клімадіаграм, наведених на рис.3.1, в період проведення дослідження спостерігалося істотне підвищення температури атмосферного повітря навесні і на початку літа та суттєве зниження температури у вересні - жовтні порівняно зі спостереженнями клімату в період з 1991 по 2014 рр., а саме - відхилення від норм в межах від -5,4°С до + 3,0°С (залежно від місяця), що значно вплинуло на стан глутатіонової системив насінні деревних рослин як у контрольній зоні, так і на дослідних ділянках. Кількість опадів у червні - липні та у вересні - жовтні різко зменшилась -- на 28% порівняно з минулими роками.

А - температурна крива

Б - крива змін кількості опадів

Рис. 3.1. Клімадіаграми за даними метеоцентру м. Дніпропетровськ (2014 р.)

Таким чином, під час польового дослідження для існування рослин склалося екстремальне сполучення погодних умов - високих температур і значної посухи [93]. Оскільки таке поєднання абіотичних факторів середовища спостерігалося і в районах пр. Кірова, вул. Героїв Сталінграду, пр. Правди м. Дніпропетровськ, а такожу районі Ботанічного саду ДНУ, всі відмінності в значеннях біохімічних показників між контрольними та дослідними рослинами зумовлені лише дією антропогенного навантаження.

4. Стан глутатіонової системи в насінні представників роду Acerl за дії антропогенного навантаження

4.1 Зміни вмісту глутатіону в насінні представників роду AcerL за умов антропогенного забруднення

Стресорні впливи, яких зазнають деревні рослини, позначаються на властивостях насіння [83], зокрема активують у ньому клітинні захисні механізми. Глутатіон-залежна система за дії полютантів була активована у насінні гіркокаштану звичайного [66] та деяких представників роду Acer [82].За толерантністю до висихання під час дозрівання насіння вищих рослин поділяють на ортодоксальне, яке висихає без утрати схожості [72], та рекальцитрантне, яке за низького вмісту вологи втрачає життєздатність і погано зберігається [76; 87]. Функціонування циклу глутатіону за впливу полютантів досліджували в насінні толерантного до висихання виду A. platanoidesта нетолерантного A. pseudoplatanus.

Як показали наші дослідження,за хронічної дії на рослини антропогенного забруднення вміст відновленого глутатіону в насінні A. platanoidesбув суттєво нижчим порівняно зі значенням цього показника у рослин умовно чистої зони (рис. 4.1.1). Найнижчий рівень глутатіону спостерігався у моніторинговій точці 4, де він складав 33,9% від контрольної величини. Дещо вище значення даного параметра встановлено для рослин ділянки № 2 (42,4% від контролю), а найменше зниження вмісту глутатіону в насінніA. Platanoides (48,8%) відзначено для моніторингової точки 3.

Аналіз рис. 4.2.2 свідчить про те, що в насінні A. pseudoplatanus за дії аерогенних полютантів виявлено збереження вмісту GSH порівняно з контролем (96,1% у моніторинговій точці 2) або навіть зростання кількості глутатіону в тканинах зародка, яке має місце у рослин ділянок 3 і 4 (на 17,8 та 45,1% відповідно відносно контрольного значення). Оскільки нетолерантне до висихання насіння при дозріванні зберігає високий рівень метаболічної активності [72; 73; 80; 86], то вплив полютантів, ймовірно, спричинив інтенсифікацію процесів накопичення GSH у насінні A. pseudoplatanus.

Рис. 4.1.1. Вплив антропогенного забруднення на вміст відновленого глутатіону (GSH, мкг/г сирої ваги) в насінні A. platanoides. Моніторингові точки:№ 1 - контроль, № 2 -пр. Кирова, № 3-вул. Г. Сталінграду, № 4-пр. Правди

Як видно з рис. 4.1.1-4.1.2, насіннядосліджених нами видів кленів значно різниться за вмістом GSH. Так, в умовах чистої зони концентрація глутатіону в насінні A. platanoidesв 6,9 разів перевищувала значення цього показника уA. pseudoplatanus. Відомо [16;75;80], що толерантність насіння до висихання обумовлюється більш високим рівнем антиоксидантів, тому різниця вмісту GSH вказує на участь відновленого глутатіону у реалізації двома видамикленів різних екологічних стратегій збереження насіння після дозрівання й опадання з материнських рослин.

Однак в забруднених зонах(додаток 1) у цих деревних порід спостерігалися протилежні тенденції в накопиченні глутатіону в тканинах насіння: у першого виду вміст GSH за дії техногенезу падає, а у другого - зростає, або практично не змінюється. Оскільки рослини дослідних ділянок зазнають найбільшого впливу антропогенних забруднювачів, тканини їх вегетативних і генеративних органів повинні адаптуватися до підвищеного рівня окиснювальних речовин, які з'являються внаслідок інтенсифікації пероксидного окиснення ненасичених жирних кислот клітинних мембран. Зафіксований нами низький рівень глутатіону в насінні A. platanoides може свідчити про слабку стійкість цього виду до процесів деструкції, які виникаютьу тканинах насіння за дії аерополютантів.Збільшення ж вмісту антиоксиданту в насінні A. pseudoplatanus, яке спостерігалося нами в моніторингових точках 3 і 4, ймовірно, пов'язане з підвищенням антиоксидантного захисту клітин до дії забруднювальних речовин, оскільки відновлений глутатіон є стабілізатором окисно-відновного гомеостазу клітин і рослинного організму в цілому та показником його відновлювальної та загально-фізіологічної активності.

Рис. 4.1.2. Вплив антропогенного забруднення на вміст відновленого глутатіону (GSH, мкг/г сирої ваги) в насінні A. pseudoplatanus. Моніторингові точки: № 1 - контроль, № 2 - пр. Кирова, № 3 - вул. Г. Сталінграду, № 4 - пр. Правди

Таким чином, за дії аерополютантів вміст глутатіону в насінні A. platanoidesзначно знижується в усіх моніторингових точках, що свідчить про чутливість цього виду до забруднення важкими металами та токсичними газами.

4.2 Стан активності глутатіон-редуктази у насінні A. pseudoplatanusта A. platanoides за впливу антропогенного забруднення

Глутатіон-редуктаза - широко поширений флавоновий фермент, який підтримує високу внутрішньоклітинну концентрацію відновленої форми глутатіону. Здатність рослинних організмів до активації процесів відновлення окисненого глутатіону відіграє важливу роль у процесах підтримання пулу відновленого глутатіону та функціонування всього глутатіонового циклу за дії різних чинників.

Підвищення вмісту GSH обумовлено індукцією процесу його біосинтезу або відновлення окисленого глутатіону за участю GR [86]. За контрольних умов активність GR у насінні A. platanoides в 1,5 рази перевищувала рівень активності ферменту у насінні A. pseudoplatanus (додаток 2), що узгоджується із закономірністю, встановленою для вмісту GSH у насінні двох видів.

Рис. 4.2.1. Вплив антропогенного забруднення на активність глутатіон-редуктази (GR, нкатал/г сирої ваги) в насінні A. platanoides. Моніторингові точки: № 1 - контроль, № 2 - пр. Кирова, № 3 - вул. Г. Сталінграду, № 4 - пр. Правди

Як видно з рис. 4.2.1, вплив полютантів спричинив зниження активності GR у насінні A. platanoides на 22-50 % від контролю. Таке уповільнення процесу відновлення окисленого глутатіону супроводжувалось зниженням вмісту GSH.

Рис. 4.2.2. Вплив антропогенного забруднення на активність глутатіон-редуктази (GR, нкатал/г сирої ваги) в насінні A. pseudoplatanus. Моніторингові точки: № 1 - контроль, № 2 - пр. Кирова, № 3 - вул. Г. Сталінграду, № 4 - пр. Правди

Навпроти, у насінні A. pseudoplatanus за дії полютантів активність GR зростала на 15-47% від контролю, що забезпечило зростання вмісту GSH. Отже, індукована полютантами активність GR у насінні A. pseudoplatanus перевищувала показники дляA. platanoides в 1,6-1,9 рази.

Таким чином, отримані нами результати свідчили про стимуляцію активності глутатіон-редуктази внасіні клену гостролистого та клену псевдоплатанового із антропогенно забруднених територій міста. Рівень ферментативної активності був різним на дослідних ділянках, які знаходились у різних районах міста. Забрудненість середовища на дослідних ділянках носила комплексний характер і визначалась як промисловими викидами, так і викидами автотранспорту.

4.3 Зміни активності глутатіон пероксидази у насінні A. Pseudoplatanusта A. platanoides за впливу антропогенного забруднення

Глутатіон-пероксидази - ферменти, які у рослинних клітинах відновлюють пероксид водню та низькомолекулярні органічні пероксиди за рахунок окиснення відновленого глутатіону [18]. Ензим є дуже чутливим навіть до низьких концентрацій пероксиду водню, тому його активація свідчить про процеси знешкодження токсиканту.

Активність GPX за контрольних умов у насінні A.pseudoplatanusв 2,3 рази перевищувала показник для A.platanoides (рис. 4.3.1-4.3.2, додаток 3).

Рис. 4.3.1. Вплив антропогенного забруднення на активність глутатіон-пероксидази(GРХ, нкатал/г сирої ваги) в насінні A. platanoides. Моніторингові точки: № 1 - контроль, № 2 - пр. Кирова, № 3 - вул. Г. Сталінграду, № 4 - пр. Правди

Відомо, що функціонування глутатіон-пероксидази забезпечує знешкодження перекису водню, накопичення якого у рослинних клітинах викликає токсичний ефект. При цьому слід зазначити, що глутатіон-пероксидаза дуже специфічна до перекису водню, і реагує навіть на його незначні кількості у рослинах. Крім того, цей фермент бере участь у знешкодженні органічних пероксидів, накопичення яких є наслідком окисного стресу рослинних клітин [33].

При дослідженні глутатіон-пераксидази у насінні A. pseudoplatanus та A. platanoides було з`ясовоно, що активність GPX за контрольних умов у насінні A. pseudoplatanus в 2,3 рази перевищувала цей показник для A. platanoides. Активність GPX у насінні A. platanoides на забруднених моніторингових точках була наближена до контрольного рівня, що вказувало на відсутність змін у процесах відновлення пероксидів за участю GPX.

Рис. 4.3.2. Вплив антропогенного забруднення на активність глутатіон-пероксидази (GРХ, нкатал/г сирої ваги) в насінні A. pseudoplatanus. Моніторингові точки: № 1 - контроль, № 2 - пр. Кирова, № 3 - вул. Г. Сталінграду, № 4 - пр. Правди

Активність GPX у насінні A. platanoidesу моніторингових точках була наближена до контрольного рівня, що вказувало на відсутність змін у процесах відновлення пероксидів за участю GPX. У той же час у насінні A. pseudoplatanus із забруднених зон активність GPX на 98-179 % перебільшувала контрольний рівень, що свідчить про значну інтенсифікацію процесів антиоксидантного захисту в насінні.

4.4 Активність глутатіону-S-трансферази у насінні A. pseudoplatanus та A. platanoides за впливу антропогенного забруднення

Відомо, що стійкість рослинних організмів до несприятливих чинників середовища, у тому числі до антропогенного забруднення, визначається комплексом фізіолого-біохімічних властивостей рослин [60; 68], які забезпечують як знешкодження токсикантів, так і відновлення клітинного гомеостазу після стресового впливу.

У рослинних клітинах функціонують складні та багатокомпонентні системи знешкодження токсичних молекул, яке відбувається у декілька етапів [24]. На одному з внутрішньоклітинних шляхів детоксикації завдяки ферменту глутатіон-S-трансферазі до молекули токсиканта приєднується відновлений глутатіон, після чого такий кон'югат переноситься у вакуолю і там блокується.

Відтак, високий вихідний рівень активності глутатіон-S-трансферази або ж збільшення її активності під впливом чинників свідчать про здатність рослинного організму до знешкодження токсикантів і пристосування до умов середовища [18].

Установлено, що активність GST у насінні A. pseudoplatanusв умовах контрольної зони у 5,1 рази перевищувала цей показник для A. platanoides (рис. 4.4.1-4.4.2). У насінні обох видів кленів із забруднених точок активність GST значно перевищувала контрольний рівень, що вказує на посилення процесів метаболічної деградації полютантів у клітинах насіння. Пояснення може полягати у тому, що глутатіон-S-трансферази - це велика родина ферментів, для яких існує понад 3000 субстратів, кожен з яких здатен індукувати зростання глутатіон-трансферазної активності. При цьому може відбуватися експресія синтезу як існуючих молекулярних форм ферменту, так і нових [30].

Відомо, що у рослинних клітинах глутатіон-S-трансферази здійснюють знешкодження токсикантів, які належать до найрізноманітніших хімічних класів [30], і рівень активності ферменту має дозові залежності, принаймні за дії важких металів.

Рис. 4.4.1. Вплив антропогенного забруднення на активністьглутатіон-S-трансферази (GSТ, нкатал/г сирої ваги) в насінні A. platanoides. Моніторингові точки: № 1 - контроль, № 2 - пр. Кирова, № 3 - вул. Г. Сталінграду, № 4 - пр. Правди

Рис. 4.4.2. Вплив антропогенного забруднення на активність глутатіон-S-трансферази (GSТ, нкатал/г сирої ваги) в насінні A. pseudoplatanus. Моніторингові точки: № 1 - контроль, № 2 - пр. Кирова, № 3 - вул. Г. Сталінграду, № 4 - пр. Правди

Отже, перебіг реакцій за участю GPX та GST передбачає витрати пулу GSH, внаслідок чого у насінні A. platanoides контрольний рівень відновленого глутатіону за дії полютантів помітно знижувався, як і активність GR. У той же час у насінні A. pseudoplatanus з низьким контрольним рівнем GSH за дії полютантів було активовано процес відновлення окисненого глутатіону за участю GR.

Вказані закономірності підтверджує кореляційний аналіз індукованих полютантами метаболічних змін, який виявив позитивний зв'язок вмісту GSH з активністю GR (r=0,94) та негативну кореляцію з активністю GST (r= - 0,96) у насінні A. platanoides. У насінні ж A. Pseudoplatanus виявлено позитивну кореляцію змін вмісту GSH з активністю GST (r=0,88) та GPX (r = 0,79).

Таким чином, нами установлено видову специфічність рівня накопичення глутатіону та глутатіон-залежних ферментів у насінні деревних рослин як в умовно чистому фітоценозі, так і в антропогенно забруднених штучних лісових екосистемах. У насінні з обома типами толерантності виявлено активацію процесів метаболічного знешкодження полютантів. Відзначені закономірності вказують на ключову роль циклу глутатіону в системі реакцій на вплив полютантів у контрастних за толерантністю до висихання типів насіння та на його участь у реалізації різних стратегій адаптації A. platanoides і A. pseudoplatanus до умов антропогенного забруднення середовища.

Висновки

1. Установлено видову специфічність рівня накопичення глутатіону та глутатіон-залежних ферментів у насінні представників роду Acer як в умовно чистому фітоценозі, так і в антропогенно забруднених штучних лісових екосистемах. Встановлені закономірності вказують на ключову роль циклу глутатіону в системі реакцій на вплив полютантів у контрастних за толерантністю до висихання типів насіння та на його участь у реалізації різних стратегій адаптації A. platanoides і A. pseudoplatanus до умов антропогенного забруднення.

2. За дії аерополютантів вміст глутатіону в насінні A. platanoides значно знижується в усіх моніторингових точках, що свідчить про чутливість цього виду до забруднення важкими металами та токсичними газами. Підвищення кількості GSH у насінні A. pseudoplatanus порівняно з контролем є адаптивною реакцією рослин цього виду до умов антропогенного навантаження.

3. В умовах хронічної дії полікомпонентного забруднення середовища на досліджені види кленів активність глутатіон-редуктази в насінні A. platanoidesзначно зменшується, а у A. pseudoplatanus - суттєво зростає порівняно зі значенням цього показника у рослин умовно чистої зони, що свідчить про інтенсифікацію процесів антиоксидантного захисту в тканинах насіння цієї деревної породи.

4. Важкі метали (залізо, манган, цинк, ртуть, хром) та токсичні гази (SO2,NO2) викликають підвищення активності глутатіон-пероксидази в насінні стійкого до полютантів виду A. pseudoplatanusв усіх моніторнгових точках. Активність ферменту в насінні чутливого виду A. Platanoides зростає лише в моніторинговій точці 2, у рослин інших дослідних ділянок практично не змінюється відносно контрольного рівня GR.

5. Виявлено посилення каталітичної активності глутатіон-S-трансферази у насінні A. platanoidesі A. pseudoplatanusіз забруднених зонвідносно рівня активності ферменту у рослин контрольної ділянки, що відображає активацію внутрішньоклітинних процесів знешкодження молекул токсикантів за участю GST.

6. На основі отриманих результатів нами запропоновано декілька чутливих біохімічних показників насіння представників роду Acer, які можна використовувати як інформативні тест-параметри для фітоіндикації забруднення навколишнього середовища токсичними газами та важкими металами, а також стану рослинності у промисловій зоні міста: вміст глутатіону і активність глутатіон-редуктази (тест-об'єкт A. platanoides).

рослина глутатіон фермент насіння

Перелік посилань

1. Алексеев В.А. Особенности описания древостоев в условиях атмосферного загрязнения//Взаимодействие лесных экосистем и атмосферных загрязнителей. Ч.1. - Таллин:АН ЭССР, 1982. - с. 97-115.

2. Алексеев Ю.В. Тяжелые металлы в почвах и растениях. - Л.: Агропромиздат, 1987. - 142 с.

3. Анисимова Г.М., Лянгузова И.В., Шамров И.И. Влияние условий загрязнения окружающей среды на репродукцию расстений // Эмбиология цветковых расстений. Терминология и концепции. Т. 3. / Под ред. Батыгиной Т.Б. - СПб.: Мир и семья, 2000. - С. 532-536.

4. Антипов, В.Г. Стійкість деревних рослин до промислових газів / В.Г. Антипов. - Мінськ: Наука і техніка, 1979 - 216 с.

5. Арманд А.Д., Ведюшкин М.А., Тарко А.М. Модель воздействияпромышленныхзагрязнений на лесной биоценоз//Влияниепромышленных предприятий на окружающую среду.- М.: Наука, 1987.- С.291-296.

6. Безель В.С., Жуйкова Т.В. Химическое загрязнение среды: участие травянистой растительности в биогенных циклах химических элементов // Экология. 2007. № 4. С. 259 - 267.

7. Беляева Л.В., Николаевский B.C. Биоиндикация загрязнения атмосферного воздуха и состояние древесных растений // Научные труды Московского лесотехнического института. - 1989. - Вып. 222. - С. 36-47.

8. Белякова Т.М., Гусейнов А.Н. Техногенное изменениесухостепных ландшафтовпод влиянием предприятий черной и цветной металлургии// Влияние промышленных предприятий на окружающую среду. - М.: Наука, 1987. - с.119-127.

9. Бессонова В.П. Методи фіто індикації в оцінці екологічного стану довкілля: Навч. посібник. - Запоріжжя: ЗДУ, 2001. - 196 с.

10. Бессонова В.П. Пасивний моніторинг забруднення середовища важкими металами з використанням рослин // Український ботанічний журнал. - 1991. - Т. 48, №2. - C. 77-80.

11. Бессонова В.П., Юсыпива Т.И. Семенное возобновление древесных растений и промышленные поллютанты (SO2 и NO2). - Запорожье: ЗГУ, 2001. - 193 с.

12. Войчик М. Физиологические и ультраструктурные ответы растений арабидопсиса на избыток меди и изменение уровня восстановленного глутатиона [Текст] /М. Войчик, Б. Павликовская-Павлега, А. Тукиендорф // Физиология растений. - 2009. - Т. 56, № 6. - С. 906-916.

13. Гетко Н.В. Структурные и функциональные особенности ассимиляционного аппарата растений в техногенных условиях: Автореф. дис. . докт. биол. наук. Свердловск, 1991. - 42 с.

14. Глотов Н.В., Животовский Л.А., Хованов Н.Н., Хромов-Борисов Н.Н. Биометрия. - Л.: Ленинградский ун-т, 1982. - 263 с.

15. Грицай З.В. Биоэкологические исследовани генеративного развити представителей рода Acer в услових промышленного загрзнени (приоритетные загрзнители SO2 и NO2). - Дис... канд. биол. наук. - Днепропетровск, 1997. - 224с.

16. Грицай З.В. Динамика содержания аскорбиновой кислоты и глутатиона в семенах и околоплодниках представителей видаAcer в условиях промышленных эмиссий / З.В. Грицай // Деп. в ГНТБ Украины, №2112 УК - 95, 1995. - 11 с.

17. Гришко В.Н., Сыщиков Д.В. К методике определения содержания тиоловых групп (восстановленной формы глутатиона) в растениях // Вісник Дніпропетровського університету. Серія Біологія. Екологія. - 2002. - Вип. 10, Т. 1. - С. 190-193.

18. Гришко В.Н., Сыщиков Д.В. Функционирование глутатионзависимой антиоксидантной системы и устойчивость растений при действии тяжелых металлов и фтора. - К.: Наукова думка, 2012. 239 с.

19. Гуральчук Ж.З. Механизмы устойчивости растений к тяжелым металлам // Физиология и биохимия культ. растений. - 1994. - Т. 26, № 2. - С. 107-117.

20. Гудвин Т., Мерсер Э. Введение в биохимию растений, т.1. - М.: Мир, 1986. - С. 387

21. Долгова Л.Г. Вміст глутатіону відновленого як показник стійкості рослин-інтродуцентів роду Rosaceaea [Текст] / Л.Г. Долгова, М.В. Самойлова // Вісник Дніпропетровського національного університету. Біологія. Екологія. - 2009. - Вип.. 17, том 2. - С. 41-45.

22. Диксон М., Уэбб Э. Ферменты, т.1. - М.: Мир, 1982. - С. 331-333, 292-294

23. Дурмишидзе, С.В. Биотрасформация ксенобиотиков в растениях [Текст] / С.В. Дурмишидзе, Т.В. Девдариани, Х.А. Кахниашвили. - АН ГССР, Институт биохимии растений. - Тбилиси: Мецниереба, 1988. - 287 с.

24. Ильин В.Б. К оценке массопотока тяжелых металлов в системе почва - сельскохозяйственная культура // Агрохимия. - 2006. - № 3. - С. 52-65.

25. Ильинский А.В. Биологическая очистка почв, загрязненных тяжелыми металлами // Агрохим. вестн. - 2003. - № 5. - С. 30-32.

26. Илькун Г.М.Газоустойчивость растений. -К.: Наук. думка, 1971.-146 с

27. Schmieden U., Schneider S., Wild A. Glutathione status and glutathione reductase activity in spruce needles of healthy and damaged trees at two mountain sites // Environmental Pollution. 1993. Vol. 82, № 3. P. 239-244.

28. Sluchyk L. An estimation of the urban system's mutagenic background using Populus berolinensis Dipp. // Visnik of L'viv Univ. Biology series. 2005. Vol. 39. P. 66-70.

29. Tweddle J.C., Dickie J.B., Baskin C.C., Baskin J.M. 2003. Ecological aspects of seed desiccation sensitivity. Journal of Ecology 91: 294-304.

30. Yadava S.K. Heavy metals toxicity in plants: An overview on the role of glutathione and phytochelatins in heavy metal stress tolerance of plants // South African Journal of Botany. - 2010. V. 76. Is. 2. - P. 167-179.

Додаток 1

Вміст відновленого глутатіону (мкг/г сирої ваги) у насінні рослин роду Acer

Моніторингова точка

Вміст GSH, мкг/г сирої ваги

р

% від контролю

A.platanoides

№1 (контроль)

1151,6±7,2

-

-

№2

488,4±7,21

0,0001

42,4

№ 3

562,4±10,0

0,0005

48,8

№ 4

390,9±19,5

0,0001

33,9

A. pseudoplatanus

№1 (контроль)

166,0±6,1

-

-

№2

159,5±2,4

0,3710

96,1

№ 3

241,0±3,6

0,0005

145,1

№ 4

195,5±6,1

0,0261

117,8

Примітка. * Розбіжності між вибірками достовірні при р?0,05

Додаток 2

Активність глутатіон-редуктази (GR, нкатал/г сирої ваги) у насінні рослин роду Acer

Моніторингова точка

Активність GR, нкатал/г сирої ваги

р

% до контролю

A. platanoides

№1 (контроль)

23,6±1,6

-

-

№ 2

15,0±0,3

0,0064

63,6

№ 3

18,4±0,9

0,0516

78,1

№ 4

11,8±1,0

0,0032

49,8

A. pseudoplatanus

№1 (контроль)

16,2±0,9

-

-

№ 2

23,7±0,3

0,0019

146,4

№ 3

18,6±1,1

0,1823

114,5

№ 4

21,3±0,7

0,0134

131,6

Примітка. * Розбіжності між вибірками достовірні при р?0,05

Додаток 3

Активність глутатіон-пероксидази (GРХ, нкатал/г сирої ваги) у насінні рослин роду Acer

Моніторингова точка

Активність GPX, нкатал/г сирої ваги

р

% до контролю

A. platanoides

№1 (контроль)

5,3±0,6

-

-

№ 2

5,2±0,2

0,8929

98,3

№ 3

5,8±0,3

0,4735

110,3

№ 4

5,5±0,1

0,6695

105,3

A. pseudoplatanus

№1 (контроль)

12,3±1,1

-

-

№ 2

24,3±1,7

0,0039

198,1

№ 3

29,3±2,3

0,0038

238,7

№ 4

34,3±3,5

0,0039

279,1

Примітка. * Розбіжності між вибірками достовірні при р?0,05

Додаток 4

Активність глутатіон-S-трансферази (GST, нкатал/г сирої ваги) у насінні рослин роду Acer

Моніторингова точка

Активність GST, нкатал/г сирої ваги

р

% до контролю

A. platanoides

№1 (контроль)

1,9±0,1

-

-

№2

3,2±0,3

0,0071

172,9

№ 3

3,2±0,1

0,0001

171,2

№ 4

3,1±0,2

0,0028

164,7

A. pseudoplatanus

№1 (контроль)

9,4±0,4

-

-

№2

10,4±0,1

0,0502

110,6

№ 3

18,4±1,4

0,0034

195,9

№ 4

17,9±0,3

0,0001

190,5

Примітка. * Розбіжності між вибірками достовірні при р?0,05

Додаток 5

Середні концентрації забруднювачів (мг/м3 )

Район відбору насіння

ГДК

вул. Г. Сталінграда

пр. Кірова

пр. Правди

Диоксид сірки

0,1034

0,1421

0,1638

0,5000

Оксид вуглецю

3,0321

6,2652

7,4745

5,0000

Диоксид азоту

0,0980

0,1200

0,1614

0,0850

Сірководень

0,1010

0,1315

0,1480

0,3000

Фенол

0,0065

0,0086

0,0112

0,0100

Аміак

0,1650

0,2434

0,3239

0,2000

Завислі речовини

0,4310

0,8345

0,9060

0,5000

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.