5.1. Действие гипоксии и СО2 — среды на образование различных типов АФК в клетках растений

Как известно [4], при неполном одноэлектронном восстановлении кислорода возможно образование супероксидного анион-радикала, являющегося источником других типов АФК в клетках растений.

В связи с этим в дальнейших опытах изучали влияние кратковременной (до суток) гипоксии и СО₂ - среды на образование супероксидного анион­радикала в клетках растений, которые отличаются устойчивостью к условиям дефицита кислорода. В опытах использовали те же растения: неустойчивые - проростки гороха и среднеустойчивые - проростки сои и кукурузы, которые подвергали действию разных газовых сред.

Как видно из полученных результатов (рис. 4, приложение табл. 1) в тканях проростков растений гороха содержание супероксидного анион­радикала в разных газовых средах значительно менялось. В первые три часа действия гипоксии количество супероксидного анион-радикала увеличилось на 23 % и далее оставалось на том же уровне до конца опыта.

При действии высоких концентраций CO₂ - среды образование

супероксидных анион-радикалов в тканях этого растения было еще более значительным. В первые 3 часа опыта содержание супероксида увеличилось на 27% и к концу опыта оно было уже на 45% выше, чем в клетках аэрируемых растений.

Таким образом, проведенные исследования показали, что при дефиците кислорода накопление супероксидного анион-радикала в растениях гороха происходило во все периоды экспозиции. У сои содержание АФК к концу экспозиции снижалось до уровня аэрируемых растений. В проростках кукурузы большую часть опыта уровень супероксида не превышал контроля, и только к концу опыта происходило некоторое увеличение его содержания.

Результаты наших исследований совпадают с данными для растений яблони [242], у которой также было показано значительное увеличение содержания супероксидных анион-радикалов при гипоксическом стрессе, но только при более длительных сроках гипоксии. Как известно [108], при протонировании супероксидного анион-радикала в клетках растений могут возникать гидропероксидные радикалы, являющиеся наиболее сильными окислителями из рассматриваемых типов АФК. В связи с этим в дальнейших исследованиях мы провели определение влияния газовых сред на содержание

гидропероксидов в клетках разных растений. Было обнаружено, что в условиях дефицита кислорода у исследуемых растений содержание гидропероксидов менялось более существенно, чем супероксидных анион­радикалов (рис. 5, приложение табл.

В тканях более устойчивых растений сои в первые три часа опыта концентрация гидропероксидов была близкой к норме, а к 9 часам даже снижалась на 30% по отношению к контрольному уровню. При действии среды высоких концентраций углекислого газа в растениях сои содержание гидропероксидов было ниже уровня контроля в первые часы опыта, но к концу экспозиции несколько возрастало.

У проростков кукурузы в первые 3 часа опыта отмечали увеличение содержания гидропероксидов на 35% при действии гипоксии и на 20% в СО₂ - среде. Но при увеличении сроков экспозиции происходило снижение уровня данного типа АФК до контрольных значений. К концу опыта содержание гидропероксидов в тканях проростков кукурузы при действии гипоксии было ниже уровня аэрируемых растений, а при действии СО2 - среды несколько превышала его.

			3 ч 6 ч 9 ч 24 ч

Таким образом, проведенные нами исследования показали, что несмотря на более высокое исходное содержание гидропероксидных радикалов в тканях растений сои и кукурузы по сравнению с неустойчивыми проростками гороха, нами не было обнаружено существенного накопления данной АФК у этих растений в условиях кратковременной (до суток) гипоксии и СО₂ - среды. В растениях же гороха оно возросло к концу опыта в 1,7 раза.

Как известно [60], наиболее стабильной и долгоживущей формой АФК в тканях растений является пероксид водорода, образующийся в результате двухэлектронного восстановления молекулы кислорода или при дисмутации супероксидного анион-радикала. В связи с этим, в дальнейших опытах мы исследовали влияние условий гипоксии и СО₂ - среды на процессы образования пероксида водорода в тканях исследуемых растений, которые различаются степенью устойчивости к дефициту кислорода.

При определении содержания пероксида водорода (рис. 6, приложение табл. 3) в проростках гороха было обнаружено, что в первые 3 часа действия газовых сред его количество возросло почти в 2 раза, и в условиях среды СО₂ - в 2,3 раза по отношению к уровню контрольных растений. В последующие часы опыта значительного изменения содержания пероксида водорода в анализируемых газовых средах не происходило. К концу опыта (24 часа) в условиях гипоксии количество пероксида водорода составило 183% от уровня аэрируемых растений. Еще более значительное накопление данного типа АФК происходило в тканях этого растения в условиях высоких концентраций углекислого газа, где оно возросло более чем в 4 раза к концу экспозиции. Нужно отметить, что в растениях сои и кукурузы, в отличие от неустойчивых проростков гороха, не происходило такого значительного накопления пероксида водорода. В первые часы опыта количество пероксида водорода в тканях этих растений было близким к аэрируемым проросткам или даже ниже (особенно у кукурузы).

С увеличением сроков экспозиций в условиях гипоксии и СО₂ - среды не отмечалось резкого увеличения продукции пероксида водорода в тканях проростков как сои, так и кукурузы. К концу опыта в тканях этих растений в условиях гипоксии содержание пероксида водорода было близким к контролю, а в условиях действия высоких концентраций углекислого газа незначительно превышало эту величину.

Полученные нами данные согласуются с имеющимися в литературе сведениями об изменении содержания пероксида водорода в других растениях, находящихся в условиях гипоксического стресса. Было показано значительное накопление пероксида водорода в листьях [53] и корнях растений ячменя [54], а также в корнях пшеницы в условиях почвенной гипоксии [165]. Обнаружено и значительное увеличение содержания пероксида водорода в растениях яблони при действии гипоксического стресса [242]. Усиление образования данного типа АФК было обнаружено у растений, как при гипоксии, но особенно оно увеличивалось при возвращении их в условия аэрации [140]. Однако в других работах [74] отмечалось накопление пероксида водорода при действии почвенной гипоксии в растениях ячменя, но при их возвращении на воздух происходило снижение его содержания до уровня контроля.