Вісн. Харків. нац. аграрн. ун-ту. Сер. Біологія, 2017, вип. 1 (40), с. 61-68


https://doi.org/10.35550/vbio2017.01.061




ІНДУКУВАННЯ АНТИОКСИДАНТНОЇ СИСТЕМИ І ТЕПЛОСТІЙКОСТІ КОЛЕОПТИЛІВ ПШЕНИЦІ ДОНОРОМ СІРКОВОДНЮ: ЗВ'ЯЗОК ЕФЕКТІВ З УТВОРЕННЯМ АКТИВНИХ ФОРМ КИСНЮ


Ю. Є. Колупаєв, К. М. Фірсова, Т. О. Ястреб, М. В. Швиденко

Харківський національний аграрний університет ім. В.В. Докучаєва
(Харків, Україна)
E-mail:
plant_biology@ukr.net


Досліджували вплив донора сірководню гідросульфіду натрію на теплостійкість колеоптилів пшениці і показники, що характеризують утворення і знешкодження активних форм кисню (АФК). Обробка відрізків колеоптилів NaHS в концентраціях від 50 до 500 мкМ збільшувала відсоток їх виживаності після ушкоджуючого прогріву в водяному термостаті (43°С, 10 хв). Під впливом донора сірководню відзначалося транзиторне посилення утворення колеоптилями АФК – супероксидного аніон-радикала і пероксиду водню. Обробка колеоптилів пшениці гідросульфідом натрію спричинювала підвищення активності антиоксидантних ферментів – супероксиддисмутази, каталази і гваяколпероксидази. Всі досліджувані ефекти донора сірководню нівелювалися попередньою обробкою колеоптилів антиоксидантом з антирадикальною дією іонолом і скавенджером H2S гідроксиламіном. Зроблено висновок про участь АФК як сигнальних посередників при індукуванні антиоксидантної системи клітин колеоптилів пшениці і їх теплостійкості екзогенним сірководнем.


Ключові слова: Triticum aestivum, сірководень, сигнальні посередники, активні форми кисню, антиоксидантні ферменти, теплостійкість

 


ЛІТЕРАТУРА


1. Karpets Yu.V., Kolupaev Yu.E., Lugovaya A.A., Oboznyi A.I. 2014. Effect of jasmonic acid on the pro-/antioxidant system of wheat coleoptiles as related to hyperthermia tolerance. Russ. J. Plant Physiol. 61 (3) : 339-346.
https://doi.org/10.1134/S102144371402006X
 
2. Kolupaev Yu.E., Karpets Yu.V., Yastreb T.O. 2013.Wheat coleoptiles as model object for studies of stress-protective action of exogenous compounds. Visn. Hark. nac. agrar. univ., Ser. Biol. 1 (28) : 103-108.
 
3. Melekhov E.I., Ramazanova L.Kh., Vasil'eva A.V. 1983. Methods for the quantification of herbicide damage and their modification. Izv. AN SSSR. Ser. Biologicheskaya. 3 : 785-788.
 
4. Bao J., Ding T.L., Jia W.J., Wang L.Y., Wang B.S. 2011. Effect of exogenous hydrogen sulfide on wheat seed germination under salt stress. Modern. Agric. Sci. Technol. 20 : 40-42.
 
5. Calvert J.W., Coetzee W.A., Lefer D.J. 2010. Novel insights into hydrogen sulfide-mediated cytoprotection. Antioxid. Redox Signal. 12 : 1203-1217.
https://doi.org/10.1089/ars.2009.2882
 
6. Christou A., Filippou P., Manganaris G., Fotopoulos V. 2014. Sodium hydrosulfide induces systemic thermotoler-ance to strawberry plants through transcriptional regulation of heat shock proteins and aquaporin. BMC Plant Biol. 14:42.
https://doi.org/10.1186/1471-2229-14-42
 
7. Fang H.H., Pei Y.X., Tian B.H., Zhang L.P., Qiao Z.J., Liu Z.Q. 2014. Ca2+ participates in H2S induced Cr6+ tolerance in Setaria italica. Chin. J. Cell. Biol. 36 : 758-765.
 
8. Fu P.N., Wang W.J., Hou L.X., Liu X. 2013. Hydrogen sulfide is involved in the chilling stress response in Vitis vinifera L.. Acta Soc. Bot. Pol. 82 : 295-302.
https://doi.org/10.5586/asbp.2013.031
 
9. Guo H., Xiao T., Zhou H., Xie Y., Shen W. 2016. Hydrogen sulfide: a versatile regulator of environmental stress in plants. Acta Physiol. Plant. 38 : 16.
https://doi.org/10.1007/s11738-015-2038-x
 
10. Hancock J.T., Whiteman M. 2014. Hydrogen sulfide and cell signaling: Team player or referee?. Plant Physiol. Biochem. 78 : 37-42.
https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2014.02.012
 
11. Hou Z., Wang L., Liu J., Hou L., Liu X. 2013. Hydrogen sulfide regulates ethylene-induced stomatal closure in Arabidopsis thaliana. J. Integr. Plant Biol. 55 : 277-289.
https://doi.org/10.1111/jipb.12004
 
12. Jin Z.P., Shen J.J., Qiao Z.J., Yang G.D., Wang R., Pei Y.X. 2011. Hydrogen sulfide improves drought re-sistance in Arabidopsis thaliana. Biochem. Biophys. Res. Commun. 414 : 481-486.
https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2011.09.090
 
13. Kolupaev Yu.E., Karpets Yu.V., Dmitriev A.P. 2015. Signal mediators in plants in response to abiotic stress: cal-cium, reactive oxygen and nitrogen species. Cytol. Genet. 49 (5) : 338-348.
https://doi.org/10.3103/S0095452715050047
 
14. Lai D.W., Mao Y., Zhou H., Li F., Wu M., Zhang J., He Z., Cui W., Xie Y. 2014. Endogenous hydrogen sulfide enhances salt tolerance by coupling the reestablishment of redox homeostasis and preventing salt-induced K+ loss in seedlings of Medicago sativa. Plant Sci. 225 : 117-129.
https://doi.org/10.1016/j.plantsci.2014.06.006
 
15. Li J., Jia H., Wang J., Cao Q., Wen Z. 2014. Hydrogen sulfide is involved in maintaining ion homeostasis via regu-lating plasma membrane Na+/H+ antiporter system in the hydrogen peroxide-dependent manner in salt-stress Arabidopsis thaliana root. Protoplasma. 251 : 899-912.
https://doi.org/10.1007/s00709-013-0592-x
 
16. Li Q., Lancaster J.R. 2013. Chemical foundations of hydrogen sulfide biology. Nitric Oxide. 35 : 21-34.
https://doi.org/10.1016/j.niox.2013.07.001
 
17. Li Z.G., Luo L.J., Sun Y.F. 2015. Signal crosstalk between nitric oxide and hydrogen sulfide may be involved in hydrogen peroxide induced thermotolerance in maize seedlings. Russ. J. Plant Physiol. 62 : 507-514.
https://doi.org/10.1134/S1021443715030127
 
18. Li Z.G., Yang S.Z., Long W.B., Yang G.X., Shen Z.Z. 2013. Hydrogen sulphide may be a novel downstream sig-nal molecule in nitric oxide-induced heat tolerance of maize (Zea mays L.) seedlings. Plant Cell Environ. 36 : 1564-1572.
https://doi.org/10.1111/pce.12092
 
19. Li Z.G., Yi X.Y., Li Y.T. 2014. Effect of pretreatment with hy-drogen sulfide donor sodium hydrosulfide on heat tolerance in relation to antioxidant system in maize (Zea mays) seedlings. Biologia. 69 : 1001-1009.
https://doi.org/10.2478/s11756-014-0396-2
 
20. Li Z.G., Zhu L.P. 2014. Hydrogen sulfide donor sodium hy-drosulfide-induced accumulation of betaine is in-volved in the acquisition of heat tolerance in maize seedlings. Braz. J. Bot. DOI 10.1007/s40415-014-0106-x
https://doi.org/10.1007/s40415-014-0106-x
 
21. Lisjak M., Teklic T., Wilson I.D., Whiteman M., Hancock J.T. 2013. Hydrogen sulfide: environmental factor or signalling molecule? Plant Cell Environ. 36 : 1607-1616.
https://doi.org/10.1111/pce.12073
 
22. Ogasawara Y., Kaya H., Hiraoka G., Yumoto F., Kimura S., Kadota Y., Hishinuma H., Senzaki E., Yamagoe S., Nagata K., Nara M., Suzuki K., Tanokura M., Kuchitsu K. 2008. Synergistic activation of the Arabidopsis NADPH oxidase AtrbohD by Ca2+ and phosphorylation. J. Biol. Chem. 283 : 8885-8892.
https://doi.org/10.1074/jbc.M708106200
 
23. Shi H., Ye T., Chan Z. 2013. Exogenous application of hydro-gen sulfide donor sodium hydrosulfide enhanced multiple abiotic stress tolerance in bermudagrass (Cynodon dactylon (L.). Pers.). Plant Physiol Biochem. 71 : 226-234.
https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2013.07.021
 
24. Singh V.P., Singh S., Kumar J., Prasad S.M. 2015. Hydrogen sulfide alleviates toxic effects of arsenate in pea seedlings through up-regulation of the ascorbate-glutathione cycle: possible involvement of nitric oxide. J. Plant Physiol. 181 : 20-29.
https://doi.org/10.1016/j.jplph.2015.03.015
 
25. Wang Y., Li L., Cui W., Xu S., Shen W., Wang R. 2012. Hydrogen sulfide enhances alfalfa (Medicago sativa) tolerance against salinity during seed germination by nitric oxide pathway. Plant Soil. 351 : 107-119.
https://doi.org/10.1007/s11104-011-0936-2
 
26. Wang L., Ma X., Che Y., Hou L., Liu X., Zhang W. 2015. Extracellular ATP mediates H2S-regulated stomatal movements and guard cell K+ current in a H2O2-dependent manner in Arabidopsis. Sci. Bull. 60 : 419-427.
https://doi.org/10.1007/s11434-014-0659-x
 
27. Zhang H., Ye Y.K., Wang S.H., Luo J.P., Tang J., Ma D.F. 2009. Hydrogen sulfide counteracts chlorophyll loss in sweet potato seedling leaves and alleviates oxidative damage against osmotic stress. Plant Growth Regul. 58 : 243-250.
https://doi.org/10.1007/s10725-009-9372-1