Влияние кадмия на проростки гречихи при деэтиоляции

Морфофизиологические характеристики деэтиолированных проростков гречихи в норме и в присутствии кадмия.

Проростки сорта Девятка, выращиваемые в течение 9 дней в условиях отсутствия света, а затем переносимые на 3 дня на свет, сильно отличались по морфофизиологическим показателям от этиолированных проростков. После вынесения на свет проростки сильно вытянулись (гипокотиль стал выше на 36% у сорта Девятка и на 49% у сорта Большевик 4), длина корней увеличилась (на 27% у сорта Девятка и на 22% у сорта Большевик 4), вместе с ростовыми показателями увеличивался и вес семядольных листьев (на 51% у сорта Девятка и на 110% у сорта Большевик 4) и вес гипокотилей (на 13% у сорта Девятка и на 37% у сорта Большевик 4).

Далее проростки выращивались на среде с добавлением кадмия (концентрация 15мг/л); проростки, выращенные на данной среде, характеризовались слабым ростом надземных и подземных частей, тонкими гипокотилями, имеющими розовую окраску и развернутыми зелеными семядольными листьями (рис. 13А).

Рис. 13. Внешний вид деэтиолированных проростков гречихи сорта Девятка. А — контроль, Б — действие кадмия

После добавления кадмия произошло снижение ростовых процессов у проростков сорта Девятка (рис. 13Б).

Деэтиолированные проростки сорта Большевик 4 также характеризовались слабым ростом надземных и подземных частей, тонкими розовоокрашенными гипокотилями и развернутыми зелеными семядольными листьями (рис. 14А).

Рис. 14. Внешний вид деэтиолированных проростков гречихи сорта Девятка. А — контроль, Б — действие кадмия

Исходя из полученных данных, было обнаружено такое же резкое снижение высоты и длины у сорта Большевик 4, как и у сорта Девятка (рис. 14Б).

Таблица 2. Влияние кадмия (Cd) на морфофизиологические характеристики деэтиолированных (ДТ) проростков гречихи сорта Девятка и Большевик 4.

Необходимо отметить, что в данном опыте произошло заметное снижение показателей высоты гипокотилей как у сорта Девятка (снижение на 16%), так и у сорта Большевик 4 (снижение на 19%). Такая же тенденция справедлива и для корней (снижение длины корней у сорта Девятка на 21%, снижение длины корней у сорта Большевик 4 на 36%). Ростовая реакция деэтиолированных проростков на действие кадмия была гораздо сильнее по сравнению с этиолированными проростками.

Далее, как и в случае этиолированных проростков, определяли степень оводненности тканей деэтиолированных проростков, для того, чтобы произвести оценку физиологического состояния проростков (рис. 15).

Рис. 15. Содержание воды в гипокотилях (А) и семядольных листьях (Б) деэтиолированных проростков гречихи сортов Девятка и Большевик 4 в норме (контроль) и в опытных условиях (действие Cd)

Как следует из полученных данных содержание воды в гипокотилях и в листьях не менялось ни у сорта Девятка, ни у сорта Большевик 4. При этом показатель оводненности не коррелирует с показателем массы (масса уменьшалась, оводненность не менялась). Таким образом, при действии поллютанта темпы роста деэтиолированных проростков снижались при действии кадмия, но в большей степени по сравнению с этиолированными проростками. Изменение в антиоксидантной системе проростков гречихи при деэтиоляции в присутствии поллютанта.

Как уже было отмечено ранее, реакция антиоксидантной системы в случае с тяжелыми металлами зависит от его концентрации и распределения в тканях, что и было нами исследовано.

Определение содержания кадмия показало, что его количество в семядольных листьях проростков обоих сортов гречихи было значительно ниже, чем в гипокотилях (рис. 16).

Рис. 16. Распределение Сd в различных органах деэтиолированных проростков двух сортов гречихи

Содержание кадмия и в семядольных листьях и в гипокотилях было ниже у растений сорта Большевик 4 по сравнению с сортом Девятка. Однако в семядольных листьях эта разница была более заметной, что позволяет сделать предположение о том, что кадмий по мере транспорта от корней к семядольным листьям частично задерживается тканями гипокотиля.

Изменение уровня ПОЛ в гипокотилях и семядольных листьях деэтиолированных проростков гречихи при действии кадмия.

Определение уровня ПОЛ в деэтиолированных проростках гречихи показало, что в гипокотилях сорта Девятка как в контрольном, так и в опытном вариантах он был выше, чем у сорта Большевик 4 (рис. 17А).

Однако при сравнении с контрольными показателями каждого сорта видно, что действие кадмия не изменяло значений ПОЛ, что свидетельствует об отсутствии стрессовой реакции в тканях.

В семядольных листьях проростков уровень ПОЛ был выше, чем в гипокотилях (рис. 13Б). Более высокие значения отмечались у сорта Девятка: примерно на 35% выше уровень ПОЛ в листьях сорта Девятка, выращенных в нормальных условиях, по сравнению с гипокотилями; примерно на 25% выше уровень ПОЛ в листьях сорта Большевик 4, выращенных в нормальных условиях, по сравнению с гипокотилями.

После действия стрессового фактора поллютанта (кадмия) уровень ПОЛ в семядольных листьях у обоих сортов гречихи (Девятка и Большевик 4) был даже несколько ниже, чем в контроле. Следовательно растения не испытывали стресс, не произошло нарушений в функционировании клеток, благодаря активно работающей антиоксидантной системе.

Такая же тенденция наблюдалась и в этиолированных проростках.

Рис. 17. Уровень ПОЛ в гипокотилях (А) и семядольных листьях (Б) деэтиолированных проростков гречихи сортов Девятка и Большевик 4 в норме (контроль) и в опытных условиях (действие Cd)

Таким образом, можно сказать, что уровень ПОЛ выше в листьях по сравнению с гипокотилями как у деэтиолированных, так и у этиолорованных проростков. При деэтиоляции уровень ПОЛ в листьях растений сорта.

Девятка снижался, а у сорта Большевик 4 не менялся. В то же время в гипокотилях наблюдалось повышение ПОЛ у обоих сортов, но у Девятки это было выражено сильнее. Следовательно, растения сорта Девятка реагировали на деэтиоляцию перераспределением уровней ПОЛ как в листьях, так и в гипокотилях. Влияние кадмия практически не сказывалось на уровне ПОЛ ни в гипокотилях, ни в листьях.

Изменение суммарного содержания фенольных соединений в гипокотилях и семядольных листьях деэтиолированных проростков гречихи при действии кадмия.

Для деэтиолированных проростков гречихи, также как и для этиолированных было произведено измерение суммарного содержания фенольных соединений на гипокотилях и семядольных листьях (рис. 18).

Рис. 18. Содержание суммы фенольных соединений в гипокотилях (А) и семядольных листьях (Б) деэтиолированных проростков гречихи сортов Девятка и Большевик 4 в норме (контроль) и в опытных условиях (действие Cd)

Как следует из полученных данных, содержание фенольных соединений у обоих сортов находилось примерно на одинаковом уровне, за исключением листьев в контрольном варианте, где можно было отметить тенденцию к их увеличению у сорта Большевик 4 по отношению к Девятке. В листьях фенольных соединений больше, чем в гипокотилях (примерно на 62% выше у сорта Девятка и на 60% выше у сорта Большевик 4).

После действия кадмия, у сорта Девятка и у сорта Большевик не произошло практически никаких изменений в накоплении фенольных соединений, как в листьях, так и в гипокотилях.

Таким образом, оба сорта гречихи: Девятка и Большевик 4 характеризовались отсутствием ответной реакции на действие кадмия на уровне накопления фенольных соединений, в отличие от этиолированных проростков.

Изменение содержания фенилпропаноидов в гипокотилях и семядольных листьях деэтиолированных проростков гречихи при действии кадмия.

Содержание фенилпропаноидов было выше в листьях, чем в гипокотилях проростков гречихи (рис. 15). Эти различия были примерно на 82% выше у сорта Девятка и на 79% выше у сорта Большевик 4. При этом содержание фенилпропаноидов в листьях примерно одинаково для обоих сортов, а вот в гипокотилях была заметна разница. В гипокотилях Большевика 4 больше фенилпропаноидов примерно на 29% по сравнению с сортом Девятка.

При действии кадмия у обоих сортов не происходило значительных изменений в накоплении фенилпропаноидов.

Рис. 19. Содержание фенилпропаноидов в гипокотилях (А) и семядольных листьях (Б) деэтиолированных проростков гречихи сортов Девятка и Большевик 4 в норме (контроль) и в опытных условиях (действие Cd)

Таким образом, накопление фенилпропаноидов отвечает общей тенденции накопления фенольных соединений у деэтиолированных проростков. Изменение содержания флавоноидов в гипокотилях и семядольных листьях деэтиолированных проростков гречихи при действии кадмия. Как уже было сказано выше, флавоноиды — один из основных компонентов фенольных соединений, и гречиха обладает высокой способностью к накоплению этих веществ.

Следует помнить, что содержание флавоноиов определялось только в листьях проростков гречихи, т.к. содержание их в гипокотилях очень незначительно.

Рис. 20. Содержание флавоноидов в семядольных листьях деэтиолированных проростков гречихи сортов Девятка и Большевик 4 в норме (контроль) и в опытных условиях (действие Cd)

Содержание флавоноидов примерно одинаково у обоих сортов (рис. 20). После воздействия кадмия у сорта Девятка и у сорта Большевик 4 каких — либо значительных изменений не произошло.

Таким образом, накопление флавоноидов соответствует общей тенденции накопления фенольных соединений у деэтиолированных проростков. Также у деэтиолированных проростков определялось накопление еще одного из классов фенольных соединений — антоцианов. Антоцианы — это пигментные вещества из группы гликозидов, обеспечивающих окраску плодов и листьев. Количество антоцианов зависит от различных факторов среды, от работы фотосинтеза, следовательно, по их содержанию можно судить о состоянии растения. Антоцианов было больше в гипокотилях сорта Большевик 4 примерно на 24%(рис. 17) по сравнению с гипокотилями сорта Девятка.

После действия кадмия у сорта Девятка значительных изменений не произошло, а у сорта Большевик 4 произошло резкое снижение накопления антоцианов на 42% (рис. 21).

Рис. 21. Содержание антоцианов в гипокотилях деэтиолированных проростков гречихи сортов Девятка и Большевик 4 в норме (контроль) и в опытных условиях (действие Cd)

Полученные данные свидетельствуют о том, что накопление антоцианов не соответствует общей тенденции накопления фенольных соединений для деэтиолированных проростков, у этиолированных проростков антоцианы вообще отсутствовали.

Все вышеизложенное позволило предположить, что поступление кадмия в деэтиолированные проростки диплоидного и тетраплоидного сортов гречихи приводит к незначительным изменениям в «работе» антиоксидантной системы, включая и регуляцию биосинтеза в них различных классов фенольных соединений.