WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 ||

Условно на кривой зависимости всхожести семян от времени замачивания в растворе 1 М этанола можно выделить три периода. Первый период, активационный, наблюдающийся при замачивании семян в этаноле в течение 2-х часов, при этом всхожесть семян повышается на 10-15%. Второй период, повышенной сопротивляемости к действующему фактору, который выявляется в течение 2-12 часов. В этот период можно наблюдать резкие эпизодические всплески повышения всхожести семян при общей тенденции к ее понижению. Третий период, устойчивого понижения всхожести, когда продолжительное действие используемого вещества последовательно уменьшает всхожесть семян. Естественно, что выделение этих периодов в действии функционально активных веществ условно и зависит от природы соединений и их концентраций. Высокие концентрации токсичных соединений могут сглаживать динамику проявления реактивности семян на действующий фактор. Так, замачивание семян пшеницы в растворах 2,4-динитрофенола, аминазина и дигоксина может проявляться в своеобразной динамике понижения всхожести семян. Показано, что высокие концентрации этих реагентов могут обвально уменьшать всхожесть семян пшеницы. Однако, несмотря на то, что в первые 60 мин замачивания использовались высокие концентрации реагентов, их влияние всегда выражалось в повышении всхожести семян. Дальнейшее же набухание семян в течение 4-8 часов вызывало резкое понижение всхожести, с последующим снижением до минимального уровня (3-5%). Однако, замачивание семян при низкой температуре, уменьшает ингибирующий эффект используемых реагентов, возможно, за счет снижения проницаемости мембран семян пшеницы для биологически активных веществ используемого раствора (Levitt, 1980).

Нами исследована всхожесть семян пшеницы предварительно замоченных в 0.1 М растворе салицилата натрия и 2 М растворе этанола при температуре 5° и 23°С. Показано, что замачивание семян при низкой температуре может снимать ингибирующий эффект, обусловленный высокими концентрациями реагентов. При этом наблюдается сглаживание динамики понижения всхожести семян, с проявлением повышенной их устойчивости к воздействующему фактору. В понижении всхожести семян пшеницы можно выделить период повышенной устойчивости семян к биологически активным соединениям, который проявляется в основном между 8 и 16 часами замачивания. Неоднородность всхожести семян позволяет предположить проявления у них компенсаторных механизмов, противодействующих проникновению с водой функционально активных веществ.

Пероксидаза, алкогольдегидрогеназа и глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа играют важную роль в покое и прорастании семян пшеницы. В прорастающих семенах активность пероксидазы возрастает, а активность АДГ снижается. У непроросших семян активность АДГ повышается в 2.5-5.5 раза, при понижении активности пероксидазы в 2.8-3.5 раза по сравнению с прорастающими семенами. Высокая разница в величинах активности ферментов, по-видимому, может указывать на степень их участия в механизмах прорастания семян пшеницы (Рогожин, Егорова, 1990).

Электронный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ» 621 http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2001/054.pdf 3.2 Влияние низкомолекулярных антиоксидантов на физиолого-биохимические показатели семян при прорастании Действие БАВ может проявляться в понижении протекания биосинтетических процессов или ингибировании активности ферментов семян пшеницы. Причем высокие концентрации антиоксидантов могут понижать активность пероксидазы и за счет этого регулировать продолжительность гипобиотического состояния семян. Возможно, что ведущую роль в поддержании гипобиоза семян пшеницы выполняет пероксидаза, уменьшение активности которой углубляет покой семян, что проявляется в задержке их прорастания и понижении всхожести.

Для подтверждения этого предположения мы изучали влияние различных концентраций аскорбиновой кислоты и гидрохинона на всхожесть семян пшеницы (рис.8). Набухание семян в различных растворах аскорбиновой кислоты и гидрохинона приводит к понижению их всхожести при одновременном уменьшении активности пероксидазы, которая коррелирует с возрастанием содержания в семенах пшеницы аскорбиновой кислоты и гидрохинона. Установлена положительная корреляция между всхожестью семян и активностью пероксидазы, которая находятся в обратной зависимости от содержания антиоксидантов в семенах пшеницы.

200 50 б а 80 1' 40 2 30 20 2' 10 3 3' 0 0 0 0,5 АК, М 0 2,5 ГХ, мМ Рис. 8. Зависимости содержания АК (1), гидрохинона (1’) и активности пероксидазы (3,3’) в зернах пшеницы сорта Омская 12 различной всхожести (2,2’), замоченных в растворах АК (а) и гидрохинона (б). Условия: 23°С, время замачивания 24 ч, всхожесть определяли на 7-ой день проращивания зерен пшеницы.

Поскольку пероксидаза входит в систему антиоксидантной защиты живых организмов и поэтому совместно с каталазой, супероксиддисмутазой и другими ферментами пероксидаза может предохранять организмы от действия активных форм кислорода, защищая ткани от окислительного шока, поэтому в семенах пшеницы, а затем и в проростках отмечается высокая активность пероксидазы. При набухании семян в воде в них возрастает дыхание, что сопровождается увеличением активности пероксидазы, особенно, проявляющееся при прорастании семян. Высокие экзогенные концентрации АК и гидрохинона могут ингибировать пероксидазу семян пшеницы, при этом понижая их всхожесть.

После действия высоких концентраций АК и гидрохинона всхожесть семян пшеницы составляла 8-15%. Замачивание семян в 1 М растворе АК приводило к понижению активности пероксидазы в корнях и надземной части на 2-ые сутки прорастания до 30 и 23, на 3-тьи - 55 и 45, на 4-тые - 55 и 70, а на 6-тые - 62 и 87% соответственно. Набухание семян пшеницы в растворах 50 мМ гидрохинона снижало активность пероксидазы в корнях и надземной части проростков на 2-ые сутки прорастания до 15 и 10, на 3-тьи - 20 и 17, на 4тые - 27 и 19, а на 6-тые - 45 и 42% соответственно. Тогда как, набухание семян пшеницы в растворах низких концентраций АК и гидрохинона практически не влияло на активность пероксидазы в семенах.

Всхожесть, % Всхожесть, % Активность ПО, мкмоль/мин г Активность ПО, мкмоль/мин г Содержание АК, мкмоль/г Содержание ГХ, мкмоль/г Электронный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ» 622 http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2001/054.pdf Для подтверждения избирательности действия антиоксидантов на пероксидазу зерен пшеницы нами было изучено их влияние на активность других ферментов зерен, в частности, алкогольдегидрогеназу и глюкозо-6-фосфатдегидрогеназу. Показано, что независимо от концентрации используемых антиоксидантов активность АДГ и Г6ФДГ в семенах практически не изменялась после 24 ч замачивания их в растворах аскорбиновой кислоты и гидрохинона.

3.3 Роль аскорбиновой кислоты при прорастании семян пшеницы Подтверждением участия АК в регулировании покоя семян являются выполненные нами исследования по изучению эндогенного содержания АК в семенах до и после замачивания их в воде, а также в проростках пшеницы (табл.4). Показано, что уровень АК в непроросших семенах пшеницы на протяжении всего срока прорастания сохраняется на достаточно высоком уровне и в 1.5-1.8 раз выше, чем в сухих семенах. Отмечается явная тенденция к понижению содержания АК в проклюнувшихся семенах и в проростках пшеницы по сравнению с уровнем этого антиоксиданта в непроросших семенах. На четвертые сутки прорастания в надземной части и корнях проростков пшеницы уровень АК понижается в раза. Эти изменения в содержании АК могут служить подтверждением участия эндогенных антиоксидантов в формировании механизмов покоя семян пшеницы.

Таблица 4. Содержание аскорбиновой кислоты (мг/100 г сухой массы) в семенах и проростках пшеницы сорта Омская 12 во время прорастания.

Время Семена Проростки прорастания, сут.

Непроросшие Проклюнувшиеся Корни Надземная часть Контроль -- 15.2±0.(сухие) (100%) 1 -- 24.8±0.(163%) 2 -26.4±0.9 22.4±0.(174%) (147%) 26.8±0.9 19.2±0.6 3.8±0.2 7.2±0.(176%) (126%) (25%) (47%) 23.6±0.6 8.0±0.3 3.6±0.2 4.0±0.(155%) ( 53%) (24%) (26%) Таким образом, участие антиоксидантов в механизме покоя семян, по-видимому, обусловлено ингибированием ферментов антиоксидантной системы защиты растений, в особенности, пероксидазы, наблюдаемое как in vitro, так и in vivo. Понижение активности фермента высокими концентрациями антиоксидантов способствует углублению покоя семян пшеницы, а активирование пероксидазы - ускоренному их выходу из состояния покоя и быстрому прорастанию.

ВЫВОДЫ 1. При набухании и прорастании семян пшеницы активность пероксидазы в семенах и проростках возрастает. Повышение содержания антиоксидантов происходит в ответ на увеличение уровня перекисного окисления липидов, тогда как активность пероксидазы возрастает с уменьшением содержания антиоксидантов. В случае повышения уровня Электронный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ» 623 http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2001/054.pdf антиоксидантов отмечается понижение активности пероксидазы. Таким образом, осуществляется взаимная регуляция системы антиоксидантной защиты растений.

2. Низкие положительные температуры способствуют повышению активности пероксидазы и содержания антиоксидантов в зародыше семян пшеницы. У этих же семян в процессе набухания повышается активность пероксидазы в эндосперме и кожуре.

3. Константы Михаэлиса по о-дианизидину, определенные для пероксидазы пшеницы и хрена, близки. Km по аскорбиновой кислоте у пшеницы в 5-9 раз ниже за счет присутствия в гомогенате зерна посторонних субстратов пероксидазы, участвующих в совместном окислении аскорбиновой кислоты.

4. Контроль над уровнем ПОЛ в проростках пшеницы осуществляют как низкомолекулярные антиоксиданты, так и пероксидаза. В надземной части больше содержится антиоксидантов и меньше пероксидазы, чем в корнях проростков пшеницы.

Ведущая роль в регулировании ПОЛ в надземной части преимущественно выполняют низкомолекулярные антиоксиданты, тогда как в корнях эта функция возложена на пероксидазу.

5. Константа связывания аскорбиновой кислоты с окисленными формами пероксидазы соизмерима с Кm быстро окисляемых органических субстратов фермента, поэтому предварительное связывание аскорбиновой кислоты с полуокисленными формами пероксидазы может препятствовать их пероксидазному окислению. При связывании двух молекул аскорбиновой кислоты процесс ее пероксидазного окисления ускоряется, а избыток аскорбиновой кислоты понижает каталитическую активность фермента. Данный регуляторный механизм обеспечивает выполнение избирательной антиоксидантной функции пероксидазы в растениях.

6. Аскорбиновая кислота и гидрохинон являются медленно и быстро окисляемыми субстратами пероксидазы соответственно. Гидрохинон активирует окисление аскорбиновой кислоты, тогда как избыток аскорбиновой кислоты ингибирует фермент в реакции совместного окисления субстратов. Окисление о-дианизидина не наблюдалось до полного превращения гидрохинона. Скорость пероксидазного окисления аскорбиновой кислоты и гидрохинона в присутствии о-дианизидина может превышать скорость индивидуального окисления этих субстратов более чем в 10-100 раз.

7. Дигоксин, связываясь с фермент-субстратным комплексом, в котором присутствует стабильный полуокисленный продукт о-дианизидина, ингибирует пероксидазу по антиконкурентному типу и подавляет свободнорадикальное окисление ОДН. Кверцетин, связываясь с ферментом понижает сродство и эффективность превращения одианизидина, ингибирует пероксидазу по смешанному типу.

8. Низкомолекулярные антиоксиданты в малых концентрациях активировали прорастание семян на 15-20%, а в больших - понижали их всхожесть до 3-11%. При этом проявлялась индивидуальная чувствительность семян пшеницы к используемым соединениям.

Высокие концентрации антиоксидантов могут понижать активность пероксидазы и за счет этого регулировать продолжительность гипобиотического состояния семян пшеницы.

9. Содержание аскорбиновой кислоты в непроросших семенах пшеницы на протяжении всего срока прорастания сохраняется на достаточно высоком уровне и в 1.5-1.8 раз выше, чем в сухих семенах. Отмечена тенденция к понижению уровня аскорбиновой кислоты в проклюнувшихся семенах и в проростках пшеницы по сравнению с уровнем этого антиоксиданта в непроросших семенах. Эти изменения в содержании аскорбиновой кислоты могут служить подтверждением участия эндогенных антиоксидантов в формировании механизмов покоя семян пшеницы.

Электронный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ» 624 http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2001/054.pdf Список опубликованных работ, отражающих содержание диссертации.

1. Рогожин В.В., Верхотуров В.В. Аскорбиновая кислота - медленно окисляемый субстрат пероксидазы хрена // Биохимия.-1997.-Т.62.-№12.-C.1686 - 1690.

2. Рогожин В.В., Верхотуров В.В. Стационарная кинетика пероксидазного окисления 2хлор-10-(3-диметиламинопропил)-фенотиазина в присутствии пероксидазы хрена // Биохимия.-1998.-Т.63.-№ 5.-C.85-90.

3. Рогожин В.В., Верхотуров В.В. Влияние антиоксидантов (дигоксина, кверцетина и аскорбиновой кислоты) на каталитические свойства пероксидазы хрена // Биохимия.1998.-Т.63.-№ 6.-C.63-68.

4. Рогожин В.В., Верхотуров В.В. Влияние функционально активных веществ на пероксидазное окисление аскорбиновой кислоты и о-дианизидина, катализируемое пероксидазой хрена // Наука и образование.- 1998.- № 4.-С.21-25.

5. Рогожин В.В., Верхотуров В.В. Стационарная кинетика совместного пероксидазного окисления гидрохинона и о-дианизидина в присутствии пероксидазы хрена // Биохимия.1998.-Т.63.-№ 12.-С.107-112.

6. Рогожин В.В., Верхотуров В.В. Механизм угнетения активности пероксидазы салицилатом натрия//Наука и образование.-1999.-№1.-С.74-79.

7. Рогожин В.В., Верхотуров В.В. Стационарная кинетика совместного окисления аскорбиновой кислоты и ферроцианида калия перекисью водорода в присутствии пероксидазы хрена // Биоорганическая химия.-1999.-Т.25.-№ 1.-С.70-73.

8. Рогожин В.В., Верхотуров В.В. Механизм совместного окисления аскорбиновой кислоты и гидрохинона в присутствии пероксидазы хрена// Биоорганическая химия.-1999.-Т.25.-№ 5.-С.377-382.

9. Рогожин В.В., Курилюк.Т.Т., Верхотуров В.В., Колесова Т. К. Роль пероксидазы и антиоксидантов в формировании механизмов покоя семян // Тезисы II-ой Международная конференция “Регуляторы роста и развития растений”.-М.-1999.-с. 125-126.

Верхотуров Василий Владимирович ВЗАИМНОЕ ВЛИЯНИЕ ПЕРОКСИДАЗЫ И НИЗКОМОЛЕКУЛЯРНЫХ АНТИОКСИДАНТОВ ПРИ ПРОРАСТАНИИ СЕМЯН ПШЕНИЦЫ Автореферат Отпечатано в Институте земной коры СО РАН Иркутск. ул. Лермонтова Тираж 100 экз.

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 ||






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»