Учебный центр «Крисмас+»

УЧАСТИЕ КАТАЛАЗЫ В РАБОТЕ АНТИОКСИДАНТНОЙ СИСТЕМЫ РАСТЕНИЙ.

Автор: Трошина Яна, 10 кл.

ГБОУ СОШ №1, г. Санкт-Петербург

Руководитель: Ласточкин В. В.

Живые организмы подвержены воздействию неблагоприятных факторов окружающей среды. Растения, в силу своего прикреплённого образа жизни, особенно сильно зависят от воздействия стрессоров. Одним из наиболее распространенных неблагоприятных факторов среды является кислородная недостаточность, а также возникающий при возвращении в нормальные условия аэрации окислительный стресс.

Последние эксперименты показали, что в клетках растений в условиях реаэрации и при гипоксии накапливаются активные формы кислорода (АФК), аккумулируясь в районе клеточных стенок и в апопласте. У растений, произрастающих в условиях недостатка кислорода, накопление АФК в клетках выражено слабее. По-видимому, подобный эффект связан с работой антиоксидантной системы, в частности с ферментом каталазой, осуществляющей распад молекул Н2О2.

Цель работы: выявление роли каталазы в работе антиоксидантной системы растений.

Задачи работы:

1. Выделить ферментативный экстракт, содержащий каталазу из клеток растений, различающихся по устойчивости к кислородной недостаточности;

2. Определить её активность;

3. Выявить различия в работе фермента у указанных выше растений.

Из литературы известны особенности функционирования ферментов антиоксидантной защиты и особенности их работу у растений, котнрастных по устойчивости к гипоксии. Однако, каталаза, как фермент антиоксидантной защиты, не исследовалась.

Объекты исследования. Объектами исследования являлись 7-дневные проростки пшеницы (Triticum aestivum) и 10-дневные проростки риса (Oryza sativa). Пшеницу использовали в качестве неустойчивого, а рис - устойчивого к гипоксии растения.

Методы исследования. Часть растений использовали для анализа в качестве исходного материала, оставшуюся часть разделяли на опытные и контрольные варианты. Для создания анаэробных условий растения опытных вариантов помещали в камеры объёмом 1,5 л, через которые 40 минут пропускали газообразный азот, затем камеры герметично закрывали и помещали в темноту для предотвращения образования кислорода на свету. Экспозиция в атмосфере азота составляла 12, 24 и 72ч. Контрольные растения находились в темноте в условиях аэрации. Для создания условий реаэрации опытные растения вынимали из камер и оставляли на воздухе в темноте на 1, 12 и 24ч после каждого из 3-х сроков в бескислородной среде. После выдерживания в описанных выше условиях растения использовали для определения активности каталазы.

Растительную ткань гомогенизировали и экстрагировали фосфатным буфером, после центрифугирования супернатант собирали и использовали для определения активности каталазы при помощи спектрофотометра.

Влияние аноксии и постаноксической аэрации на активность каталазы. Было показано, что исходный уровень фермента у пшеницы и риса существенно не различался (рис.1,2). Короткие сроки аноксического воздействия на проростки пшеницы не приводили к изменениям в активности фермента (рис.1), но после 72ч аноксии его активность несколько снижалась (рис.2). У риса же, напротив, происходила активация каталазы в цитоплазме при всех сроках аноксии (рис.1,2), возрастая по мере увеличения пребывания в бескислородной атмосфере.

Рис.1. Влияние 12ч аноксии и постаноксической аэрации на активность каталазы в проростках пшеницы и риса.

Во время реаэрации активность каталазы в побегах и корнях проростков пшеницы не изменялась после всех сроков аноксического воздействия (рис.1,2). У риса же активность её после возвращения в условия нормального снабжения кислородом также не менялась, оставаясь на уровне действия аноксии (рис.1,2)

Таким образом, у неустойчивого растения происходило снижение активности каталазы после 72 часов аноксии и последующей реаэрации. В отличие от пшеницы, у риса активность каталазы возрастала. Это хорошо коррелирует с данными об отсутствии накопления у риса пероксида водорода (Ласточкин, 2005) и указывает на возможную антиоксидантную роль этого фермента.

Рис.2. Влияние 72ч аноксии и постаноксической аэрации на активность каталазы в проростках пшеницы и риса.

Подобные результаты для проростков риса были получены в работах Ushimaru с соавторами (Ushimaru et al., 1997). В их экспериментах затоплении существенных изменений в активности каталазы не происходило, но её активность резко возрастала при возвращении в условия с нормальным содержанием кислорода. В наших опытах высокая активность этого фермента у риса после 3-х суток анаэробиоза и последующей реаэрации коррелировала со значительно меньшим накоплением пероксида водорода по сравнению с пшеницей, известной по работам других авторов (Blokhina et al., 2001, Ласточкин, 2005).

В детоксикации пероксида, образующегося в цитоплазме или поступающего туда из апопласта у риса принимают участие, по-видимому, формы каталазы. У пшеницы активность каталазы в цитоплазме почти не менялась, при различных условиях эксперимента и влияние её на разрушение пероксида было, вероятно, незначительно.

Выводы:

1. Аноксическое воздействие приводит к снижению активности каталазы только у неустойчивого к гипоксии растения при длительных сроках анаэробиоза.

2. У устойчивого растения в условиях аноксии наблюдается активация каталазы.

3. В условиях реаэрации у пшеницы не наблюдается существенных изменений в активности каталазы по сравнению с аноксической, тогда как у риса её активность поддерживается на высоком уровне.

4. Поддержание активности каталазы на высоком уровне у устойчивого растения, позволяют заключить, что каталаза является одним из компонентов антиоксидантной системы растений.

Источники информации в литературе:

1. Ласточкин В.В. Роль антиоксидантной энзиматической системы в адаптации растенийк условиям аноксии и постанксической реаэрации. // Диссерт. На соиск. Уч. Ст. кандидата наук. -2005. -129 с.

2. Чиркова Т.В. Пути адаптации растений к гипоксии и аноксии. - Л.: изд-во Ленингр. ун-та. -1988. -244 с.

3. Чиркова Т.В. Физиологические основы устойчивости растений. // СПб: издательство СпбГУ –2002. –240 с.

4. Blockhina O.B., Fagerstedt K.V., Chirkova T.V. Anoxic stress leads to hydrogen peroxide formation in plant cells. // J. Exp. Bot. -2001. -V. 52. N 359. -P. 1179-1190.

5. Crawford R.M.M., Walton J.C., Wollenweber-Ratser B. Similarities between post-ischaemic injury to animal tissues and post-anoxic injury in plants. // Proceedings of the Royal Society of Edinburgh. – Edinburgh, 1994. –V.102b. –P.325-332.

6. Ushimary T., Maki Y., Sano S. et al. Induction of enzymes involved in the ascorbate-dependent antioxidative system, namely ascorbate peroxidase and dehydroascorbate reductase, after exposure to air of rice (Oryza sativa) seedlings germinated under water. // Plant Cell Physiol. -1997. -V. 38, N 5. -P. 541-549.

См. также

Учебное оборудование производства ЗАО «Крисмас+» для проведения комплексной оценки состояния окружающей среды

Путеводитель по выбору оборудования для учебно-исследовательских работ

Этот материал опубликован в Сборнике тезисов участников IX Международного конкурса «Инструментальные исследования окружающей среды»