1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Физиология растений
  4. T. 70, № 5, 2023

Физиология растений, 2023, T. 70, № 5, стр. 506-513

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

И. А. Нилова a, *, Н. С. Репкина a, Н. М. Казнина a

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

* E-mail: im-ira@mail.ru

Поступила в редакцию 28.02.2023
После доработки 10.03.2023
Принята к публикации 14.03.2023

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.

Ключевые слова: горчица белая, горчица сарептская, антиоксидантные ферменты, окислительный стресс, пролин, цинк

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 материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Физиология растений

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал