Исследование скорости свободнорадикального окисления в растениях в условиях гипоксии и СО2 — среды

Ранее было обнаружено [54, 56], что интенсивность свободно­радикального окисления в клетках может отражать скорость процессов перекисного окисления их липидов.

Для изучения процессов свободнорадикального окисления в биологических и химических системах используют метод железо - индуцированной хемилюминесценции [14].

В опытах исследовали влияние условий кратковременной гипоксии и СО2 - среды на процессы свободнорадикального окисления в различных растениях. При этом регистрировали следующие показатели: интенсивность максимальной фотовспышки - I_max, светосумму медленной вспышки - S, и рассчитывали коэффициент k, показывающий отношение I_max/S. Данные опытов, приведенные в таблице 1 показали, что интенсивность процессов свободнорадикального окисления была значительно выше в клетках менее устойчивых проростков гороха, чем у более устойчивых растений сои и кукурузы. Об этом свидетельствовали более высокие показатели I_max. В условиях гипоксии в проростках гороха скорость этих процессов возрастала при всех сроках экспонирования на 20-25%. У более устойчивых проростков сои такое увеличение I_max было отмечено только в первые 3-6 ч действия гипоксии.

Высокие концентрации СО₂ вызывали такое же значительное повышение скорости процессов свободнорадикального окисления в клетках растений, как и гипоксия, но в разной степени. Величина Imax возрастала через 6 часов действия СО₂ - среды на 30% в проростках гороха и на 45% в проростках сои. В клетках растений кукурузы среда СО₂ не вызывала повышение скорости процессов свободнорадикального окисления в этот период. В первые 3 часа опыта показатели Imax и S в тканях проростков кукурузы были на 21-30% выше уровня контроля. Однако к концу опыта данные показатели снижались во всех исследуемых растениях. В растениях гороха и сои они падали практически до уровня аэрируемого контроля. В клетках же проростков кукурузы показатели интенсивности процессов свободнорадикального окисления снижались еще более значительно и к концу опыта были на 20-26% ниже уровня аэрируемых растений. Коэффициент k при этом возрастал более значительно при всех сроках СО₂ в растениях гороха, особенно через 6 часов действия. В проростках сои данный показатель в первые 6 часов опыта оставался на уровне контроля и лишь незначительно увеличивался к концу опыта.

Таблица 1

Показатели свободнорадикального окисления в тканях проростков гороха, сои и кукурузы

при действии гипоксии и СО₂ среды

В растениях же кукурузы этот показатель возрастал в условиях гипоксии на протяжении опыта, а в условиях СО₂ - среды после повышения к концу опыта возвращался до уровня контроля. Данные изменения показателей хемилюминесценции указывают на более интенсивные процессы свобднорадикального окисления в тканях неустойчивых к гипоксии проростков гороха в условиях дефицита кислорода, в отличие от среднеустойчивых растений сои и кукурузы.

Полученные результаты совпадают с данными, приведенными в работе [54], где отмечено увеличение содержания МДА, одного из продуктов пероксидации липидов, в условиях почвенной гипоксии в корнях растений.

Подобное повышение процессов пероксидации липидов было обнаружено и в растениях яблони при гипоксическом стрессе [242]. В тоже время скорость процессов ПОЛ зависела и от степени устойчивости растений к действию стрессового фактора [35]. Так у неустойчивых проростков гороха происходила активация процессов пероксидации липидов, а у более устойчивых проростков кукурузы - торможение процессов ПОЛ в условиях дефицита кислорода. Показано [56], что на ранних стадиях гипоксического стресса в растениях рапса интенсивность процессов пероксидации удерживалась на более низком уровне, но со временем начинала существенно возрастать. В тоже время в других работах [112, 140, 154, 182] отмечено, что процессы пероксидации липидов, происходящие при гипо- и аноксии, значительно увеличиваются в постаноксический период. Однако полученные нами данные по исследованию скорости свободнорадикального окисления методом хемилюминесценции показали, что именно у неустойчивых растений эти процессы протекали в условиях гипоксии более интенсивно, чем у более устойчивых проростков сои и кукурузы. С течением времени у этих растений отмечалась нормализация интенсивности процессов свободнорадикального окисления при гипоксическом стрессе, что вероятно свидетельствует о большей активности антиоксидантных ферментов в их клетках, или о повышении содержания в них низкомолекулярных

антиоксидантов. При этом действие СО₂ - среды отличалось от условий обычной гипоксии, что ранее уже отмечалось для различных процессов в клетках, включая скорость пероксидации липидов [35] и активность ферментов цикла трикарбоновых кислот [33].