en   ru   uk  
 
 
Физиология растений и генетика 2017, том 49, № 1, 71-81, doi: https://doi.org/10.15407/frg2017.01.071

Активність антиоксидантних ферментів у листках рослин ячменю різних генотипів за дії ґрунтової посухи та нітропрусиду натрію

Карпець Ю.В., Колупаєв Ю.Є., Ястреб Т.О., Лугова Г.А.

  • Харківський національний аграрний університет ім. В.В. Докучаєва

Вивчали вплив обробки донором оксиду азоту нітропрусидом натрію (НПН) на активність антиоксидантних ферментів, вміст хлорофілу в листках і ріст рослин трьох сортів ячменю (Hordeum vulgare L.): Геліос (слабопосухостійкий), Козак (помірно посухостійкий) і Мономах (високопосухостійкий). Дія посухи протягом 6 діб (зниження вологості ґрунту до 25—30 % ПВ) призводила до пригнічення накопичення біомаси рослин і зниження вмісту хлорофілу. Негативний вплив посухи на біомасу рослин помітніше виявлявся у сортів Геліос і Козак. Посухостійкий сорт Мономах відрізнявся вищою конститутивною активністю антиоксидантних ферментів — каталази (КАТ), гваяколпероксидази (ГПО) та аскорбатпероксидази (АПО). Під впливом посухи у сорту Геліос знижувалась активність усіх трьох досліджених антиоксидантних ферментів, у сорту Козак — активність ГПО знижувалась, двох інших — змінювалась незначно, у сорту Мономах — висока активність усіх ферментів зберігалась. У разі обробки рослин усіх трьох сортів НПН за нормального зволоження активність КАТ підвищувалась істотно, активність АПО — значно менше, активність ГПО — майже не змінювалась. Передобробка НПН знімала негативний вплив посухи на активність антиоксидантних ферментів найпомітніше у рослин слабопосухостійкого сорту Геліос. Під впливом донора оксиду азоту в умовах посухи посилювався ріст рослин і зберігався близький до контролю вміст хлорофілу. Обговорено роль ферментативної антиоксидантної системи у стійкості рослин до посухи та значення оксиду азоту в регуляції активності антиоксидантних ферментів.

Ключові слова: Hordeum vulgare L., drought, nitric oxide, antioxidant enzymes, resistance

Физиология растений и генетика
2017, том 49, № 1, 71-81

Повний текст та додаткові матеріали

У вільному доступі: PDF  

Цитована література

1. Karpets, Yu.V., Kolupaev, Yu.E. & Vayner, A.A. (2015). Functional interaction between nitric oxide and hydrogen peroxide during formation of wheat seedling induced heat resistance, Russ. J. Plant Physiol., 62, No. 1, pp. 65-70. https://doi.org/10.1134/S1021443714060090

2. Karpets, Yu.V., Kolupaev, Yu.E., Grigorenko, D.O. & Firsova, K.M. (2016). Response of barley plants of various genotypes to soil drought and influence of nitric oxide donor. Visn. Hark. nac. agrar. univ., Ser. Biol., 2 (38), pp. 94-105 [in Russian].

3. Karpets, Yu.V., Kolupaev, Yu.E. & Yastreb, T.O. (2011). Effect of sodium nitroprusside on heat resistance of wheat coleoptiles: dependence on the formation and scavenging of reactive oxygen species. Russ. J. Plant Physiol., 58, pp. 1027-1034. https://doi.org/10.1134/S1021443711060094

4. Kiriziy, D.A., Shadchina, T.M., Stasik, O.O., Priadkina, H.O., Sokolovska-Serhiienko, O.H., Huliaiev, B.I. & Sytnyk, S.K. (2011). Peculiarities of photosynthesis and production process in high intensity genotypes of winter wheat. Kyiv: Osnova [in Ukrainian].

5. Kolupaev, Yu.E. (2016). Plant cell antioxidants and their role in ROS signaling and plant resistance. Uspekhi Sovrem. Biologii, 136 (2), pp. 181-198 [in Russian].

6. Pavlovskaya, N.E. & Grinblat, A.I. (2010). Active forms of oxygen and apoptosis in wheat and pea. Sel'skokhozyaistvennaya Biologiya, No. 1, pp. 51-55 [in Russian].

7. Filippovich, Yu.V., Egorova, T.A. & Sevast'yanova, G.A. (1982). Handbook for General Biochemistry. Moscow: Prosveshchenie [in Russian].

8. Shlyk, A.A. (1971). Determining chlorophylls and carotenoids in extracts of green leaves. In Biokhimicheskie metody v fiziologii rastenii. Pavlinova, O.A., Ed. Moscow: Nauka, pp. 154-170 [in Russian].

9. Begara-Morales, J.C., Chaki, M., Sanchez-Calvo, B., Mata-Pérez, C., Leterrier, M., Palma, J.M., Barroso, J.B. & Corpas, F.J. (2013). Protein tyrosine nitration in pea roots during development and senescence. J. Exp. Bot., 64, pp. 1121-1142. https://doi.org/10.1093/jxb/ert006

10. Chaki, M., Valderrama, R., Fernandez-Ocana, A.M., Carreras, A., Lopez-Jaramillo, J., Luque, F., Palma, J.M., Pedrajas, J.R., Begara-Morales, J.C., Sanchez-Calvo, B., Gomez-Rodríguez, M.V., Corpas, F.J. & Barroso, J.B. (2009). Protein targets of tyrosine nitration in sunflower (Helianthus annuus L.) hypocotyls. J. Exp. Bot., 60, pp. 4221-4234. https://doi.org/10.1093/jxb/erp263

11. Chen, Z., Zhang, L. & Zhu, C. (2015). Exogenous nitric oxide mediates alleviation of mercury toxicity by promoting auxin transport in roots or preventing oxidative stress in leaves of rice seedlings. Acta Physiol. Plant., 37, p. 194. https://doi.org/10.1007/s11738-015-1931-7

12. Fan, X.W., Li, F.M., Song, L., Xiong, Y.C., An, L.Z., Jia, Y. & Fang, X.W. (2009). Defense strategy of old and modern spring wheat varieties during soil drying. Physiol. Plant., 136, pp. 310-323. https://doi.org/10.1111/j.1399-3054.2009.01225.x

13. Fares, A., Rossignol, M. & Peltier, J.B. (2011). Proteomics investigation of endogenous S-nitrosylation in Arabidopsis. Biochem. Biophys. Res. Commun., 416, pp. 331-338. https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2011.11.036

14. Foyer, C.H. & Noctor, G. (2009). Redox regulation in photosynthetic organisms: signaling, acclimation, and practical implications. Antioxid. Redox. Signal., 11, pp. 861-906. https://doi.org/10.1089/ars.2008.2177

15. Foyer, C.H. & Shigeoka, S. (2011). Understanding oxidative stress and antioxidant functions to enhance photosynthesis. Plant Physiol., 155, pp. 93-100. https://doi.org/10.1104/pp.110.166181

16. Gill, S.S. & Tuteja, N. (2010). Reactive oxygen species and antioxidant machinery in abiotic stress tolerance in crop plants. Plant Physiol. Biochem., 48, pp. 909-930. https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2010.08.016

17. Gupta, K.J. & Igamberdiev, A.U. (2015). Compartmentalization of reactive oxygen species and nitric oxide production in plant cells: An overview. In: Gupta, K.J., Igamberdiev, A.U. (Eds.). Reactive Oxygen and Nitrogen Species Signaling and Communication in Plants, Signaling and Communication in Plants. Heidelberg; New York; Dordrecht; London: Springer, pp. 1-14. https://doi.org/10.1007/978-3-319-10079-1_1

18. Khan, M.N., Mobin, M. & Abbas, Z.K. 2015. Nitric oxide and high temperature stress: a physiological perspective. In: Khan M.N. et. al. (Eds.) Nitric oxide action in abiotic stress responses in plants. Heidelberg; New York; Dordrecht; London: Springer, pp. 77-94. https://doi.org/10.1007/978-3-319-17804-2_5

19. Lopez-Carrion, A.I., Castellano, R., Rosales, M.A., Ruiz, J.M. & Romero, L. (2008). Role of nitric oxide under saline stress: implications on proline metabolism. Biol. Plant., 52, pp. 587-591. https://doi.org/10.1007/s10535-008-0117-1

20. Lozano-Juste, J. & Leon, J. (2011). Nitric oxide regulates DELLA content and PIF expression to promote photomorphogenesis in Arabidopsis. Plant Physiol., 156, pp. 1410-1423. https://doi.org/10.1104/pp.111.177741

21. Lu, D., Zhang, X., Jiang, J., An, G.Y., Zhang, L.R. & Song, C.P. (2005). NO may function in the downstream of H2O2 in ABA-induced stomatal closure in Vicia faba L. J. Plant Physiol. Mol. Biol. (Zhi wu sheng li yu fen zi sheng wu xue xue bao), 31, pp. 62-70 [in Chinese].

22. Mehlhorn, H., Lelandais, M., Korth, H.G. & Foyer, C.H. (1996). Ascorbate is the natural substrate for plant peroxidases. FEBS Lett., 378, pp. 203-206. https://doi.org/10.1016/0014-5793(95)01448-9

23. Naeem, M.K., Ahmad, M. & Kamran, M. (2015). Physiological responses of wheat (Triticum aestivum L.) to drought stress. Int. J. Plant Soil Sci., 6 (1), pp. 1-9. https://doi.org/10.9734/IJPSS/2015/9587

24. Nakano, Y. & Asada, K. (1981). Hydrogen peroxide is scavenged by ascorbate-specific peroxidase in spinach chloroplasts. Plant Cell Physiol., 22, pp. 867-880. doi: org/10.1093/oxfordjournals.pcp.a076232

25. Nyathi, Y. & Baker, A. (2006). Plant peroxisomes as a source of signalling molecules. Biochim. Biophys. Acta., 1763, pp. 1478-1495. https://doi.org/10.1016/j.bbamcr.2006.08.031

26. Ridge, I. & Osborne, D.J. (1970). Hydroxyproline and peroxidases in cell walls of Pisum sativum: regulation by ethylene. J. Exp. Bot., 21, pp. 843-856. https://doi.org/10.1093/jxb/21.4.843

27. Sgherri, C.L., Pinzincp, C. & Navari-Izzo, F. (1996). Sunflower seedlings subjected to increasing stress by water deficit: changes in O2-production related to the composition of thylakoid membranes. Physiol. Plant., 96, pp. 446-452. https://doi.org/10.1111/j.1399-3054.1996.tb00457.x

28. Shi, H., Ye, T., Zhu, J.K. & Chan, Z. (2014). Constitutive production of nitric oxide leads to enhanced drought stress resistance and extensive transcriptional reprogramming in Arabidopsis. J. Exp. Bot., 65, pp. 4119-4131. https://doi.org/10.1093/jxb/eru184

29. Sidana, S., Bose, J., Shabala, L. & Shabala, S. (2015). Nitric oxide in drought stress signalling and tolerance in plants. In: Khan, M.N. et al. (Eds.) Nitric oxide action in abiotic stress responses in plants. Heidelberg; New York; Dordrecht; London: Springer, pp. 95-114. https://doi.org/10.1007/978-3-319-17804-2_6

30. Siddiqui, M.H., Al-Whaibi, M.H. & Basalah, M.O. (2011). Role of nitric oxide in tolerance of plants to abiotic stress. Protoplasma, 248, pp. 447-455. https://doi.org/10.1007/s00709-010-0206-9

31. Simaei, M., Khavari-Nejad, R.A., Saadatmand, S., Bernard, F. & Fahimi, H. (2011). Effects of salicylic acid and nitric oxide on antioxidant capacity and proline accumulation in Glycine max L. treated with NaCl salinity. Afr. J. Agricult. Res., 6, pp. 3775-3782. doi: 10.5897/AJAR10.1088

32. Tan, J., Zhao, H., Hong, J., Han, Y., Li, H. & Zhao, W. (2008). Effects of exogenous nitric oxide on photosynthesis, antioxidant capacity and proline accumulation in wheat seedlings subjected to osmotic stress. World J. Agricult. Sci., 4, pp. 307-313.

33. Tognolli, M., Penel, C., Greppin, H. & Simon, P. (2002). Analysis and expression of the class III peroxidase large gene family in Arabidopsis thaliana. Gene, 288, pp. 129-138. https://doi.org/10.1016/S0378-1119(02)00465-1

34. Uchida, A., Jagendorf, A.T., Hibino, T., Takabe, T. & Takabe, T. (2002). Effects of hydrogen peroxide and nitric oxide on both salt and heat stress tolerance in rice. Plant Sci., 163, pp. 515-523. https://doi.org/10.1016/S0168-9452(02)00159-0

35. Zhang, A., Jiang, M., Zhang, J., Ding, H., Xu, S., Hu, X. & Tan, M. (2007). Nitric oxide induced by hydrogen peroxide mediates abscisic acid-induced activation of the mitogen-activated protein kinase cascade involved in antioxidant defense in maize leaves. New Phytol., 175, pp. 36-50. https://doi.org/10.1111/j.1469-8137.2007.02071.x

36. Zhang, Y., Wang, L., Liu ,Y. Zhang, Q., Wei, Q. & Zhang, W. (2006). Nitric oxide enhances salt tolerance in maize seedlings through increasing activities of proton-pump and Na+/H+ antiport in the tonoplast. Planta, 224, pp. 545-555. https://doi.org/10.1007/s00425-006-0242-z