Видові особливості функціонування осмопротекторної і антиоксидантної систем проростків злаків при дегідратації

Abstract

Приходько С.М., Шкляревський М.А., Кокорев О.І., Рябчун Н.І., Колупаєв Ю.Є. Видові особливості функціонування осмопротекторної і антиоксидантної систем проростків злаків при дегідратації. Ключову роль в адаптації рослин до зневоднення відіграють осмопротекторна і антиоксидантна захисні системи. Функціонування цих систем у рослин з різною таксономічною приналежністю може істотно відрізнятися. Порівнювали стан осмопротекторної і антиоксидантної систем етіольованих проростків озимих жита (Secale cereale L., сорт Пам’ять Худоєрка), тритикале (× Triticosecale Wittm., сорт Раритет) і пшениці (Triticum aestivum L., сорт Досконала) за нормального зволоження і дії агента осмотичного стресу 12% ПЕГ 6000. Встановлено, що пророщування насіння в присутності ПЕГ 6000 зменшувало порівняно з контролем масу пагонів у жита, тритикале і пшениці на 39, 40 і 52%, відповідно. При цьому маса коренів у жита зменшувалася на 15, у тритикале – на 32, а у пшениці на 22%. Зниження оводненості проростків жита за стресових умов було менш істотним ніж у тритикале і пшениці. Посилення накопичення продуктів пероксидного окиснення ліпідів було найбільш значним у пшениці, а найменш помітним у жита. Таким чином, стійкість етіольованих проростків жита була вищою ніж тритикале, але резистентність тритикале перевершувала стійкість пшениці. Активність супероксиддисмутази (СОД) за стресових умов знижувалася в проростках жита і пшениці, але підвищувалася у тритикале. Активність каталази у відповідь на осмотичний стрес знижувалася у тритикале і пшениці і залишалася стабільною у жита. Активність гваяколпероксидази за стресових умов зростала в проростках усіх трьох видів злаків, але найбільш помітно у жита. Проростки S. cereale відрізнялися від злаків інших видів значно вищим вмістом проліну. При цьому у жита у відповідь на осмотичний стрес він зростав більш істотно, ніж у пшениці і особливо тритикале. Вміст цукрів за дії осмотичного стресу дещо збільшувався лише у жита. Проростки жита також відрізнялися більшим вмістом антоціанів, який зростав у відповідь на зневоднення. Зроблено висновок про відмінності стратегій адаптації у злаків різних видів. У жита, ймовірно, найбільший внесок в захисну систему мають пролін, флавоноїдні сполуки і пероксидаза. Водночас особливістю тритикале за стресових умов є підвищені активність СОД і вміст безбарвних флавоноїдів. Вищі показники функціонування антиоксидантної і осмопротекторної систем у проростків жита і тритикале, ймовірно, зумовлюють їх вищу порівняно з пшеницею стійкість до дегідратації.

S.M. Prykhodko, M.A. Shkliarevskyi, A.I. Kokorev, N.I. Ryabchun, Yu.E. Kolupaev. Specific features of the functioning of osmoprotective and antioxidant systems of cereal seedlings under dehydration. Osmoprotective and antioxidant defense systems play a key role in the adaptation of plants to dehydration. The functioning of these systems in plants with different taxonomic affiliations can differ significantly. We compared the state of the osmoprotective and antioxidant systems of etiolated seedlings of winter rye (Secale cereale L., cultivar Pamyat Khudoerko), triticale (× Triticosecale Wittm., cultivar Raritet), and wheat (Triticum aestivum L., cultivar Doskonala) both under normal moisture and the action of an osmotic stress agent 12% PEG 6000. It was found that seeds germination in the presence of PEG 6000 reduced the mass of shoots in rye, triticale, and wheat by 39, 40, and 52%, respectively, compared with the control. At the same time, the mass of roots in rye decreased by 15, in triticale by 32, and in wheat by 22%. The decrease in water content in rye seedlings under stress conditions was less significant than in triticale and wheat. The increase in the accumulation of lipid peroxidation products was the most significant in wheat and the least noticeable in rye. Thus, the resistance of etiolated rye seedlings was higher than that of triticale, but the resistance of triticale was superior to that of wheat. Superoxide dismutase (SOD) activity under stress conditions decreased in rye and wheat seedlings but increased in triticale. Catalase activity in response to osmotic action decreased in triticale and wheat and remained stable in rye. The activity of guaiacol peroxidase under stress conditions increased in seedlings of all three types of cereals, but most noticeably in rye. Seedlings of S. cereale differed from cereals of other species by a significantly higher content of proline. At the same time, in rye, in response to osmotic stress, it increased more significantly than in wheat and especially triticale. The sugar content slightly increased under the action of osmotic stress only in rye. Rye seedlings were also rich in anthocyanins, which increased in response to dehydration. The conclusion is made about the differences in the adaptation strategies of different types of cereals. In rye, proline, flavonoid compounds, and peroxidase are probably the largest contributors to the defense system. At the same time, triticale features under stress conditions are the increased both SOD activity and the content of colorless flavonoids. The high indicators of the functioning of the antioxidant and osmoprotective systems in rye and triticale seedlings probably determine their higher resistance to dehydration compared to wheat.

С.М. Приходько, М.А. Шкляревский, А.И. Кокорев, Н.И. Рябчун, Ю.Е. Колупаев. Видовые особенности функционирования осмопротекторной и антиоксидантной систем проростков злаков при дегидратации. Ключевую роль в адаптации растений к обезвоживанию играют осмопротекторная и антиоксидантная защитные системы. Функционирование этих систем у растений с разной таксономической принадлежностью может существенно отличаться. Сравнивали состояние осмопротекторной и антиоксидантной систем этиолированных проростков озимых ржи (Secale cereale L., сорт Память Худоерко), тритикале (× Triticosecale Wittm., сорт Раритет) и пшеницы (Triticum aestivum L., сорт Досконала) при нормальном увлажнении и действии агента осмотического стресса 12% ПЭГ 6000. Установлено, что проращивание семян в присутствии ПЭГ 6000 уменьшало массу побегов у ржи, тритикале и пшеницы на 39, 40 и 52%, соответственно, по сравнению с контролем. При этом масса корней у ржи уменьшалась на 15 в тритикале – на 32, а у пшеницы на 22%. Снижение оводненности проростков ржи в стрессовых условиях было менее существенным, чем в тритикале и пшеницы. Усиление накопления продуктов пероксидного окисления липидов было наиболее значительным у пшеницы, а наименее заметным у ржи. Таким образом, устойчивость этиолированных проростков ржи была выше, чем тритикале, но резистентность тритикале превосходила устойчивость пшеницы. Активность супероксиддисмутазы (СОД) в стрессовых условиях снижалась у проростков ржи и пшеницы, но повышалась у тритикале. Активность каталазы в ответ на осмотическое воздействие сни- жалась у тритикале и пшеницы и оставалась стабильной у ржи. Активность гваяколпероксидазы в стрессовых условиях повышалась у проростков всех трех видов злаков, но наиболее заметно у ржи. Проростки S. cereale отличались от злаков других видов значительно большим содержанием пролина. При этом у ржи в ответ на осмотический стресс оно повышалось более существенно, чем у пшеницы и особенно тритикале. Содержание сахаров при действии осмотического стресса несколько увеличивалось только у ржи. Проростки ржи также отличались большим содержанием антоцианов, которое увеличивалось в ответ на обезвоживание. Сделан вывод о различиях стратегий адаптации злаков разных видов. У ржи, вероятно, наибольший вклад в защитную систему вносят пролин, флавоноидные соединения и пероксидаза. В то же время особенностью тритикале в стрессовых условиях являются повышенные активность СОД и содержание бесцветных флавоноидов. Высокие показатели функционирования антиоксидантной и осмопротекторной систем у проростков ржи и тритикале, вероятно, обусловливают их более высокую по сравнению с пшеницей устойчивость к дегидратации.