Морозостійкість злаків корелює з інтегральними показниками вмісту низькомолекулярних протекторних сполук і активності антиоксидантних ферментів

Abstract

Е.И. Горелова, Н.И. Рябчун, М.А. Шкляревский, А.М. Резник, Ю.Е. Колупаев. Морозоустойчивость злаков коррелирует с интегральными показателями содержания низкомолекулярных протекторных соединений и активности антиоксидантных ферментов. Наряду со специфическими адаптивными реакциями, важное значение для выживания растений в условиях действия холода имеют универсальные защитные реакции, в частности, активация антиоксидантной системы. Исследовали связь между содержанием низкомолекулярных протекторных соединений с антиоксидантными свойствами (пролина, растворимых углеводов, флавоноидов), активностью антиоксидантных ферментов (супероксиддисмутазы, каталазы и гваяколпероксидазы) в проростках озимых пшеницы, ржи и тритикале и морозостоустойчивостью этиолированных проростков и взрослых растений в фазе кущения. Установлено, что между морозоустойчивостью проростков и взрослых растений злаков существует достаточно тесная корреляция (r = 0,78). Показано, что выраженная связь между отдельно взятыми показателями функционирования антиоксидантной системы у незакаленных проростков и их морозоустойчивостью не обнаруживается. Однако после 6-суточного закаливания проростков при 2-4°С отмечалась высокая корреляция суммарного показателя ферментативной антиоксидантной системы (сумма нормированных показателей активности супероксиддисмутазы, пероксидазы и каталазы) с их морозоустойчивостью (r = 0,86), однако коэффициент корреляции этого показателя с морозоустойчивостью растений в фазе кущения был значительно меньше (r = 0,47). В то же время обнаружена высокая корреляция между содержанием низкомолекулярных протекторов у закаленных проростков и морозостоустойчивостью взрослых растений в фазе кущения (r = 0,89). Наиболее тесная корреляция отмечалась между интегральным нормированным показателем, состоящим из суммы нормированных величин активности антиоксидантных ферментов и содержания низкомолекулярных протекторов у закаленных проростков, и морозоустойчивостью проростков (r = 0,94) и растений в фазе кущения (r = 0,89). Установлено наличие видовых особенностей функционирования антиоксидантной системы при холодовой адаптации проростков злаков. Для ржи характерно высокое содержание низкомолекулярных протекторных соединений, в то же время у проростков пшеницы отмечалась повышенная активность антиоксидантных ферментов – супероксиддисмутазы и каталазы. У тритикале в зависимости от генотипа, варьировали величины как ферментативной антиоксидантной активности, так и содержания низкомолекулярных протекторов.

Горєлова О.І., Рябчун Н.І., Шкляревський М.А., Рєзнік А.М., Колупаєв Ю.Є. Морозостійкість злаків корелює з інтегральними показниками вмісту низькомолекулярних протекторних сполук і активності антиоксидантних ферментів. Поряд зі специфічними адаптивними реакціями, важливе значення для виживання рослин в умовах дії холоду мають універсальні захисні реакції, зокрема, активація антиоксидантної системи. Досліджували зв'язок між вмістом низькомолекулярних протекторних сполук з антиоксидантними властивостями (проліну, розчинних вуглеводів, флавоноїдів), активністю антиоксидантних ферментів (супероксиддисмутази, каталази і гваяколпероксидази) у проростках озимих пшениці, жита і тритикале та морозостійкістю етіольованих проростків і дорослих рослин у фазі кущіння. Встановлено, що між морозостійкістю проростків і дорослих рослин злаків існує достатньо тісна кореляція (r = 0,78). Показано, що виразний зв’язок між окремо взятими показниками функціонування антиоксидантної системи у незагартованих проростків та їх морозостійкістю не виявляється. Проте після 6-добового загартування проростків при 2-4°С відзначалася висока кореляція сумарного показника ферментативної антиоксидантної системи (сума нормованих показників активності супероксиддисмутази, пероксидази і каталази) з їх морозостійкістю (r = 0,86), однак коефіцієнт кореляції цього показника з морозостійкістю рослин у фазі кущіння був значно меншим (r = 0,47). Водночас виявлено високу кореляцію між вмістом низькомолекулярних протекторів у загартованих проростках і морозостійкістю дорослих рослин у фазі кущіння (r = 0,89). Найбільш тісна кореляція відзначалася між інтегральним нормованим показником, що складався з суми нормованих величин активності антиоксидантних ферментів та вмісту низькомолекулярних протекторів у загартованих проростках, і морозостійкістю проростків (r = 0,94) та рослин у фазі кущіння (r = 0,89). Встановлено наявність видових особливостей функціонування антиоксидантної системи за холодової адаптації проростків злаків. Для жита характерний високий вміст низькомолекулярних протекторних сполук, у той же час у проростків пшениці вищі активності антиоксидантних ферментів – супероксиддисмутази і каталази. У тритикале, залежно від генотипу, варіювали величини як ферментативної антиоксидантної активності, так і вмісту низькомолекулярних протекторів.

E.I. Horielova, N.I. Ryabchun, M.A. Shkliarevskyi, A.M. Reznik, Yu.E. Kolupaev. Cereals frost resistance correlates with an integral indicators of content of low-molecular-weight protective compounds and activity of antioxidant enzymes. Along with specific adaptive reactions, universal defense reactions, in particular activation of antioxidant system, are of great importance for plant survival under cold conditions. We have studied a relationship among the content of low-molecular-weight protective compounds with antioxidant properties (proline, soluble carbohydrates, flavonoids), the activity of antioxidant enzymes (superoxide dismutase, catalase, and guaiacol peroxidase) in seedlings of winter wheat, rye and triticale, and frost resistance of etiolated seedlings and adult plants at tillering stage. It was found that there was a fairly close correlation between the frost resistance of seedlings and adult cereal plants (r = 0,78) (See Tab. 1). It was shown that a pronounced relationship between individual indicators of antioxidant system functioning in unhardened seedlings and their frost resistance was not found (See Tab 1-3). After 6-day hardening of seedlings at 2-4°C, there was a high correlation between the total indicator of the enzymatic antioxidant system (the sum of normalized indicators of superoxide dismutase, peroxidase, and catalase activity) and their frost resistance (r = 0,86), but the correlation coefficient of this index with frost resistance of plants in tillering phase was significantly lower (r = 0,47). At the same time, a high correlation was found between the content of lowmolecular-weight protectors in hardened seedlings and frost resistance of tillering adult plants (r = 0,89) (See Tab. 4, 5). The closest correlation was observed between the integral normalized indicator, comprising the sum of normalized values of antioxidant enzymes activity and the content of low-molecular-weight protectors in hardened seedlings, and frost resistance of seedlings (r = 0,94) and plants in tillering phase (r = 0.89). A presence of specific features in the functioning of antioxidant system during cold adaptation of cereal seedlings was established. Rye is characterized by a high content of low-molecular-weight protective compounds; at the same time, increased activity of antioxidant enzymes - superoxide dismutase and catalase - was noted in wheat seedlings. In triticale, depending on the genotype, the values of both enzymatic antioxidant activity and the content of low-molecular-weight protectors varied.