Изучение активности ферментных систем при прорастании семян пажитника сенного в условиях термостресса

ИЗУЧЕНИЕ АКТИВНОСТИ ФЕРМЕНТНЫХ СИСТЕМ ПРИ ПРОРАСТАНИИ СЕМЯН ПАЖИТНИКА СЕННОГО В УСЛОВИЯХ ТЕРМОСТРЕССА

Рассматривается постстрессовая реакция проростков на действие повышенной температуры. Исследуется изменение активности ферментов в ответ на влияние данного стрессового фактора. Представлены данные о влиянии растворов биологически активных веществ на активность метаболизма растений. биологический растение проросток температура Системная регуляция растительного организма в настоящий момент полностью не изучена. Ещё меньше известно о работе регуляторной системы растений в условиях стресса. Понятно, что высокие температуры должны значительно влиять на активность белков, в том числе, ферментных комплексов. Они важны для нормального метаболизма клетки, но особенно для функционирования молодой развивающейся клетки.

Существуют исследования, доказывающие, что экзогенное внесение фитогормонов может повысить жизнеспособность растений. Однако среди них немного работ, посвященных влиянию экзогенно внесённых биологически активных веществ на семена со сниженной жизнеспособностью. Наши исследования посвящены данной актуальной проблеме.

Подобные исследования уже проводились на кафедре ботаники ПГСГА [1−3]. Однако в качестве объекта наших исследований был выбран новый объект — пажитник сенной. Это растение ещё не широко используется в практике растениеводства Самарской области, что объясняется особыми требованиями этой культуры к климатическим условиям, прежде всего к температурному режиму. Была принята попытка адаптировать это растение для Самарской области за счёт предпосевного замачивания в растворах различных биологически активных веществ, что определяет новизну наших исследований. Кроме того, в литературе отсутствуют данные о влиянии биологически активных веществ на это растение.

Материал и методы исследования В ходе проведения работы были заложены опыты по изучению действия на растения теплового стресса. Объектом послужили семена пажитника сенного. Исследования проводилось в течение 2014;2015 гг. Лабораторный опыт включал в себя изучение активности ферментов (амилаз, цистеиновых протеиназ) после предварительной обработки семян растворами биологически активных веществ (ИУК, крезацин, рибав). Часть семян перед посевом подвергали воздействию стрессового фактора — высокой температуры. Контроль составляли растения, не подвергавшиеся предпосевному температурному воздействию для того, чтобы определить, какое действие оказывает данный стрессовый фактор. Активность ферментов определяли по методу Шустера. Активность цистеиновых протеиназ изучали по скорости гидролиза гемоглобина в присутствии цистеина. На основе полученных результатов составлялись графики.

Результаты и их обсуждение Изучалось действие биологически активных веществ (БАВ) на изменение активности ферментов, в частности амилаз и цистеиновых протеиназ в проростках пажитника сенного, под влиянием теплового стресса.

Данные рис. 1 показывают изменение активности амилаз.

Рис. 1 Влияние термостресса на активность амилаз 10-ти дневных проростков, обработанных БАВ

В нормальных условиях на увеличение активности ферментных систем проростков пажитника сенного сильнее всего повлиял рибав (до 43%). Действие крезацина привело к увеличению активности амилазы до 38%. Действие ИУК повышает данный показатель до 6%.

Анализируя полученные данные можно отметить, что стрессовая температура значительно повлияла на активность амилаз проростков пажитника, выросших из семян, замоченных в воде и БАВ. Под влиянием теплового воздействия активность амилаз существенно снижается. Для семян пажитника, замоченных в воде, высокая температура уменьшает активность амилаз практически в 2 раза (со 100% до 56%).

Сильнее всего снижает негативный эффект теплового стресса предпосевная обработка семян пажитника рибавом, повышая активность амилаз до 102%. В меньшей степени отрицательное воздействие повышенных температур уменьшает крезацин, увеличивая данный показатель до 98% и ИУК — до 78%.

В результате исследований выяснилось, что под влиянием повышенных температур происходит снижение активности цистеиновых протеиназ (рис. 2).

Рис. 2 Влияние термостресса на активность цистеиновых протеиназ 10-ти дневных проростков, обработанных БАВ

В нормальных условиях на увеличение активности ферментных систем проростков пажитника сенного сильнее всего влияет рибав (до 51%). Действие крезацина приводит к увеличению активности протеиназ до 48%. Действие ИУК повышает данный показатель до 6%.

Стрессовое воздействие температуры значительно влияет на активность цистеиновых протеиназ проростков пажитника сенного, выросших из семян, замоченных в воде и БАВ. Под влиянием теплового воздействия активность ферментов существенно снижается. Для семян, замоченных в воде, высокая температура уменьшает активность протеиназ практически в 4 раза (со 100% до 23%).

Анализ полученных данных свидетельствует, что, как и в предыдущих опытах, негативный эффект теплового стресса уменьшает предварительная обработка посевного материала БАВ. Сильнее всего данное воздействие оказывает крезацин (до 100%) и рибав (до 104%). В меньшей степени отрицательное влияние температурного фактора снижает ИУК, увеличивая данный показатель лишь до 34%.

Таким образом, действие температурного стресса значительно влияет на физиологические процессы в проростках, приводит к ингибированию активности важных для прорастания ферментов — амилаз и протеиназ. Предпосевная обработка семян пажитника сенного биологически активными веществами снижает подобный негативный эффект и оказывает стимулирующее влияние на растения, повышая активность ферментов. Наиболее сильное воздействие оказывают растворы рибава и крезацина.

Библиографический список

• 1. Шишова Т. К. Восстановление жизнеспособности зерна пшеницы, подвергнутого стрессовому воздействию под влиянием ризосферных микроорганизмов / Т. К. Шишова, Ю. А. Руденская, Т. В. Лихолат, В. В. Мосолов // Доклады академии наук. 1997. Т.356. С. 285.
• 2. Шишова Т. К. Эколого-физиологические аспекты прорастания семян пшеницы, подвергнутых термогидровоздействию, и роль в этом процессе микроорганизмов почвы: автореферат диссертации к.б.н. Шишова Татьяна Константиновна. М., 2005. 23 с.
• 3. Шишова Т. К. Морфология растений. Ч. 1. / Т. К. Шишова, Н. С. Ильина, А. А. Устинова, В. В. Матвеев. Самара: ПГСГА, 2011. 24 с.