Влияние избытка цинка на активность компонентов антиоксидантной системы у растений Brassica juncea L. (Czern.) и Sinapis alba L.

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В условиях вегетационного опыта изучали влияние цинка в концентрациях 5 (контроль), 50, 100 и 150 мг/кг субстрата на рост, интенсивность перекисного окисления липидов (ПОЛ) и активность компонентов антиоксидантной системы у растений Brassica juncea L. (Сzern.) сорт Славянка и Sinapis alba L. сорт Бельгия. Обнаружены некоторые различия и сходства в ответной реакции АОС изученных видов на избыток цинка в корнеобитаемой среде. Так, у B. juncea при воздействии цинка в высоких концентрациях изменений интенсивности ПОЛ не происходило, несмотря на высокое содержание металла в корнях и побегах. Вместе с тем уже в присутствии металла в концентрации 50 мг/кг субстрата наблюдалось увеличение активности гваяколовой пероксидазы (ГвПО) и каталазы. У S. alba при высоких концентрациях цинка в субстрате содержание металла в побегах оказалось выше, чем у B. juncea. При этом, заметно возрастало содержание малонового диальдегида, несмотря на усиление активности супероксиддисмутазы и ГвПО. У обоих изученных видов растений увеличение концентрации цинка в субстрате до 50 мг/кг и выше приводило к повышению уровня пролина, тогда как содержание каротиноидов снижалось. Учитывая, что в изученных концентрациях металл оказывал менее сильное негативное воздействие на рост побега у B. juncea по сравнению с S. alba, сделан вывод о большей устойчивости растений этого вида к избытку цинка в корнеобитаемой среде.

Об авторах

И. А. Нилова

Институт биологии – обособленное подразделение Федерального государственного бюджетного учреждения науки Федерального исследовательского центра “Карельский научный центр Российской академии наук”

Email: im-ira@mail.ru
Россия, Петрозаводск

Н. С. Репкина

Институт биологии – обособленное подразделение Федерального государственного бюджетного учреждения науки Федерального исследовательского центра “Карельский научный центр Российской академии наук”

Email: im-ira@mail.ru
Россия, Петрозаводск

Н. М. Казнина

Институт биологии – обособленное подразделение Федерального государственного бюджетного учреждения науки Федерального исследовательского центра “Карельский научный центр Российской академии наук”

Автор, ответственный за переписку.
Email: im-ira@mail.ru
Россия, Петрозаводск

Список литературы

  1. Mourato P.M., Moreira I.N., Leitão I., Pinto F.R., Sales J.R., Martins L.L. Effect of heavy metals in plants of the genus Brassica // IJMS. 2015. V. 16. P. 17975. https://doi.org/10.3390/ijms160817975
  2. Zeremski T., Ranđelović D., Jakovljevic K., Jeromela A.M., Milić S. Brassica species in phytoextractions: real potentials and challenges // Plants. 2021. V. 10. P. 2340. https://doi.org/ 10112340https://doi.org/10.3390/plants
  3. Bortoloti G.A., Baron D. Phytoremediation of toxic heavy metals by Brassica plants: A biochemical and physiological approach // Environ. Adv. 2022. V. 8. P. 100204. https://doi.org/10.1016/j.envadv.2022.100204
  4. Małecka A., Konkolewska A., Hanć A., Barałkiewicz L.C., Ratajczak E., Staszak A.M., Kmita H., Jarmuszkiewicz W. Insight into the phytoremediation capability of Brassica juncea (v. Malopolska): metal accumulation and antioxidant enzyme activated // IJMS. 2019. V. 20. P. 4355. https://doi.org/10.3390/ijms20184355
  5. Balafrej H., Bogusz D., Triqui Z.A. Guedira A., Bendaou N., Smouni A., Fahr M. Zinc hyperaccumulation in plants: a review // Plants. 2020. V. 9. P. 562. https://doi.org/10.3390/plants9050562
  6. Xu J., Chai T., Zhang Y., Lang M., Han L. The cation-efflux transporter BjCET2 mediates zinc and cadmium accumulation in Brassica juncea L. leaves // Plant Cell Rep. 2009. V. 28. P. 1235. https://doi.org/10.1007/s00299-009-0723-1
  7. Xu J., Zhang Y.X., Wei W., Han L., Guan Z.Q., Wang Z., Chai T.Y. BjDHNs confer heavy-metal tolerance in plants // Mol. Biotechnol. 2008. V. 38. P. 91. https://doi.org/10.1007/s12033-007-9005-8
  8. Khan M.I.R., Jahan B., Alajmi M.F., Rehman M.T., Khan N.A. Exogenously sourced ethylene modulates defense mechanisms and promotes tolerance to zinc stress in mustard (Brassica juncea L.) // Plants. 2019. V. 8. P. 540. https://doi.org/10.3390/plants8120540
  9. Prasad K.V.S.K., Saradhi P.P., Sharmila P. Concerted action of antioxidant enzymes and curtailed growth under zinc toxicity in Brassica juncea // Environ. Exp. Bot. 1999. V. 42. P. 1.
  10. Feigl G., Kolbert Z., Lehotai N., Molnár Á., Ördög A., Bordé Á., Laskay G., Erdei L. Different zinc sensitivity of Brassica organs is accompanied by distinct responses in protein nitration level and patternet // Ecotoxicol. Environ. Saf. 2016. V. 125. P. 141. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2015.12.006
  11. Du X., Zeng T., Feng Q., Hu L., Luo X., Weng Q., He J., Zhu B. The complete chloroplast genome sequence of yellow mustard (Sinapis alba L.) and its phylogenetic relationship to other Brassicaceae specie set // Gene. 2020. V. 731. P. 144340. https://doi.org/10.1016/j.gene.2020.144340
  12. Stanis£awska-Glubiak E., Karzeniowska J. Tolerance of white mustard (Sinapsis alba L.) to soil pollution with several heavy metals // Ecol. Chem. Eng. A. 2001. V. 8. P. 445.
  13. Zalewska M., Nogalska A. Phytoextraction potential of sunflower and white mustard plants in zinc-contaminated soil // Chil. J. Agric. Res. 2014. V. 74. P. 485. https://doi.org/10.4067/S0718-58392014000400016
  14. Soleimannejad Z., Sadeghipour H.R., Abdolzadeh A., Golalipour M. Physiological responses of white mustard grown in Zn–contaminated soilset // Acta Physiol. Plant. 2020. V. 42. P. 131. https://doi.org/10.1007/s11738-020-03119-8
  15. Juskulak M., Grobelak A., Grosser A., Vandenbulcke F. Gene expression, DNA damage and other stress markers in Sinapis alba L. exposed to heavy metals with special reference to sewage sludge application on contaminated sites // Ecotoxicol. Environ. Saf. 2019. V. 181. P. 508. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2019.06.025
  16. Juskulak M., Grobelak A., Vandenbulcke F. Effects of sewage sludge supplementation on heavy metal accumulation and the expression of ABC transporters in Sinapis alba L. during assisted phytoremediation of contaminated sites // Ecotoxicol. Environ. Saf. 2020. V. 197. P. 110606. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2020.110606
  17. Sharama Sh.S., Dietz K.J. The relationship between metal toxicity and cellular redox imbalance // Trends Plant Sci.2008. V. 14. P. 43. https://doi.org/10.1016/j.tplants.2008.10.007
  18. Wang Ch., Zhang S.H., Wang P.F., Hou J., Zhang W.J., Li W., Lin Zh.P. The effect of excess Zn on mineral nutrition and antioxidative response in rapeseed seedlings // Chemosphere. 2009. V. 75. P. 1468. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2009.02.033
  19. Yang H., Zhang J., Li J. Physiological response to zinc pollution of rape (Brassica chinensis L.) in paddy soil ecosystem // Adv. Mater. 2011. V. 356. P. 39. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.356-360.39
  20. Blasco B., Graham N.S., Broadley M.R. Antioxidant response and carboxylate metabolism in Brassica rapa exposed to different external Zn, Ca, and Mg supply // J. Plant Physiol. 2015. V. 176. P. 16. https://doi.org/10.1016/j.jplph.2014.07.029
  21. Du J., Guo Zh., Li R., Ali A., Guo D., Lahori A.H., Wang P., Liu X., Wang X., Zhang Z. Screening of Chinese mustard (Brassica juncea L.) cultivars for the phytoremediation of Cd and Zn based on the plant physiological mechanisms // Environ. Pollut. 2020. V. 216. P. 114213. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2020.114213
  22. Stewart R.C., Bewley J.D. Lipid peroxidation associated with accelerated aging of soybean axes // Plant Physiol. 1980. V. 65. P. 245. https://doi.org/10.1104/pp.65.2.245
  23. Beauchamp Ch., Fridovich I. Superoxide dismutase improved assays and an assay applicable to acrylamide gels // Anal. Biochem. 1971. V. 44. P. 276.
  24. Ershova M.A., Nikerova K.M., Galibina N.A., Sofronova I.N., Borodina M.N. Some minor characteristics of spectrophotometric determination of antioxidant system and phenolic metabolism enzyme activity in wood plant tissues of Pinus sylvestris L. // Protein Pept. Lett. 2022. V. 9. P. 711. https://doi.org/10.2174/0929866529666220414104747
  25. Aebi H. Catalase in vitro // Methods in Enzymol. 1984. V. 105. P. 121.
  26. Maehly A.C. The assay of catalase and peroxidase // Meth. Biochem. Anal. 1954. V. 1. P. 357.
  27. Bradford M.M. A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding // Anal. Biochem. 1976. V. 72. P. 248.
  28. Bates L.S., Waldren R.P., Teare I.D. Rapid determination of free proline for water-stress studies // Plant Soil. 1973. V. 39. P. 205.
  29. Wintermans J.E.G., De Mots A. Spectrophotometric characteristics of chlorophyll a and b and their phaeophytins in ethanol // Biochim. Biophys. Acta. 1965. V. 109. P. 448. https://doi.org/10.1016/0926-6585(65)90170-6
  30. НСАМ №499-АЭС/МС. Определение элементного состава горных пород, почв, грунтов и донных отложений атомно-эмиссионным c индуктивно связанной плазмой и массспектральным с индуктивно связанной плазмой методами (ред. 2015).
  31. Natasha N., Shanid M., Bibi I., Iqbal J., Khalid S., Murtaza B., Bakhat H.F., Farooq A.B.U., Amjad M., Hammad H.M., Niazi N.Kh., Arshad M. Zinc in soil-plant-human system: A data-analysis review // Sci. Total Environ. 2022. V. 808. P. 152024. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.152024
  32. Alia Prasad K.V.S.K., Saradhi P.P. Effect of zinc on free radicals and proline in Brassica and Cajanus // Phytochem. 1995. V. 39. P. 45. https://doi.org/10.1016/0031-9422(94)00919-K
  33. Mittler R. Oxidative stress, antioxidants and stress tolerance // Trends Plant Sci. 2002. V. 7. P. 405.
  34. Schutzendubel A., Polle A. Plant responses to abiotic stresses: heavy metal-induced oxidative stress and protection by mycorrhizatin // J. Exp. Bot. 2002. V. 53. P. 1351.
  35. Dai H., Wei Sh., Skuza L., Jia G. Selenium spiked in soil promoted zinc accumulation of Chinese cabbage and improved its antioxidant system and lipid peroxidation // Ecotoxicol. Environ. Saf. 2019. V. 180. P. 179. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2019.05.017
  36. Srivastava M., Ma L.Q., Singh N., Singh Sh. Antioxidant responses of hyper-accumulator and sensitive fern species to arsenic // J. Exp. Bot. 2005. V. 56. P. 1335. https://doi.org/10.1093/jxb/eri134
  37. Mohmoud A., Elgawad H.A., Hamed B.A., Beemster G.T.S., El-Shafey N.M. Differences incadmium accumulation, detoxification and antioxidant defenses between contrasting maize cultivars implicate a role of superoxide dismutase in Cd tolerance // Antioxidants. 2021. V. 10. P. 1812. https://doi.org/10.3390/antiox10111812
  38. Ghnaya A.B., Hourmant A., Cerantola S., Kervarec N., Cabon J.Y., Branchard M., Charles G. Influence of zinc on soluble carbohydrate and free amino acid levels in rapeseed plants regenerated in vitro in the presence of zinc // Plant Cell, Tissue Organ Cult. 2010. V. 102. P. 191. https://doi.org/10.1007/s11240-010-9721-9
  39. Lin M.Z., Jin M.F. Soil Cu contamination destroys the photosynthetic systems and hampers the growth of green vegetables // Photosynthetica. 2018. V. 56. P. 1336. https://doi.org/10.1007/s11099-018-0831-7

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2.

Скачать (110KB)
Метаданные

© И.А. Нилова, Н.С. Репкина, Н.М. Казнина, 2023