Вісн. Харків. нац. аграрн. ун-ту. Сер. Біологія, 2018, вип. 3 (45), с. 85-93


https://doi.org/10.35550/vbio2018.03.085




ІНДУКУВАННЯ ЕКЗОГЕННИМИ ПОЛІАМІНАМИ ТЕПЛОСТІЙКОСТІ ПРОРОСТКІВ ПШЕНИЦІ І АКТИВНОСТІ АНТИОКСИДАНТНИХ ФЕРМЕНТІВ


О. І. Кокорев1, М. В. Швиденко1, Т. О. Ястреб1, Ю. Є. Колупаєв1, 2

1Харківський національний аграрний університет ім. В.В. Докучаєва
(Харків, Україна)
E-mail:
plant_biology@ukr.net
2Харківський національний університет ім. В.Н. Каразіна
(Харків, Україна)


Досліджували вплив екзогенних поліамінів путерсцину і сперміну на теплостійкість етіольованих проростків пшениці (Triticum aestivum L.) і стан їх антиоксидантної системи. Обробка проростків обома сполуками підвищувала їх виживаність після 10-хвилинного прогріву у водяному термостаті за температури 46°С. Найбільш помітний позитивний ефект відзначався під впливом путресцину і сперміну в концентрації 1 мМ. При цьому захисна дія сперміну було більш істотною, ніж путресцину. Під впливом поліамінів у звичайних умовах в проростках спостерігалися ефекти підвищення активності супероксиддисмутази (СОД) і каталази, а також тенденція до підвищення активності гваяколпероксидази. Через 1-24 год після стресового впливу активність СОД зменшувалася в контрольному варіанті і зберігалася на більш високому рівні в проростках, оброблених путресцином і особливо сперміном. Активність каталази після стресового впливу в усіх варіантах досліду змінювалася незначно, але в проростках, оброблених поліамінами, була вищою, ніж в контролі. Через 1 год після прогріву активність гваяколпероксидази підвищувалася в контролі і більш істотно у варіанті з обробкою сперміном. При цьому через 24 год після прогріву активність ферменту дещо зменшувалася, а відмінності між варіантами нівелювалися. Вміст продукту пероксидного окиснення ліпідів малонового діальдегіду після прогріву в варіантах з поліамінами був нижчим від контролю. Зроблено висновок про зв'язок підвищення теплостійкості проростків під впливом поліамінів з активацією ферментативних компонентів антиоксидантної системи.


Ключові слова: Triticum aestivum, путресцин, спермін, теплостійкість, окиснювальний стрес, антиоксидантні ферменти

 


ЛІТЕРАТУРА


1. Aronova E.E., Shevyakova N.I., Stetsenko L.A., Kuznetsov Vl.V. 2005. Cadaverine-induced induction of superoxide dismutase gene expression in Mesembryanthemum crystallinum L. Dokl. Biol. Sci. 403 (1-6) : 257-259.
https://doi.org/10.1007/s10630-005-0104-z
 
2. Kolupaev Yu.E., Oboznyi A.I., Shvidenko N.V. 2013. Role of hydrogen peroxide in generation of a signal inducing heat tolerance of wheat seedlings. Russ. J. Plant Physiol. (Fiziologiya Rastenii). 60 (2) : 227-234.
https://doi.org/10.1134/S102144371302012X
 
3. Kolupaev Yu.E., Ryabchun N.I., Vayner A.A., Yastreb T.O., Oboznyi A.I. 2015. Antioxidant enzyme activity and osmolyte content in winter cereal seedlings under hardening and cryostress. Russ. J. Plant Physiol. (Fiziologiya Rastenii). 62 (4) : 499-506.
https://doi.org/10.1134/S1021443715030115
 
4. Kuznetsov Vl.V., Radyukina N.L., Shevyakova N.I. 2006. Polyamines and stress: Biological role, metabolism, and regulation. Russ. J. Plant Physiol. (Fiziologiya Rastenii). 53(5) : 583-604.
https://doi.org/10.1134/S1021443706050025
 
5. Andronis E.A., Moschou P.N., Toumi I., Roubelakis-Angelakis K.A. 2014. Peroxisomal polyamine oxidase and NADPH-oxidase cross-talk for ROS homeostasis which affects respiration rate in Arabidopsis thaliana. Front. Plant Sci. 5 : 132.
https://doi.org/10.3389/fpls.2014.00132
 
6. Cheng L., Zou Y., Ding S., Zhang J., Yu X., Cao J., Lu G. 2009. Polyamine accumulation in transgenic tomato enhances the tolerance to high temperature stress. J. Integr. Plant Biol. 51 (5) : 489-499.
https://doi.org/10.1111/j.1744-7909.2009.00816.x
 
7. Ghosh N., Das S.P., Mandal C., Gupta S., Das K., Dey N., Adak M.K. 2012. Variations of antioxidative responses in two rice cultivars with polyamine treatment under salinity stress. Physiol. Mol. Biol. Plants. 18 (4) : 301-313.
https://doi.org/10.1007/s12298-012-0124-8
 
8. Gill S.S., Tuteja N. 2010. Polyamines and abiotic stress tolerance in plants. Plant Signal. Behav. 5 : 26-33.
https://doi.org/10.4161/psb.5.1.10291
 
9. Ha H.C., Sirisoma N.S., Kuppusamy P., Zweier J.L., Woster P.M., Casero R.A.Jr. 1998. The natural polyamine spermine functions directly as a free radical scavenger. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 95 : 11140-11145.
https://doi.org/10.1073/pnas.95.19.11140
 
10. Hussain S.S., Ali M., Ahmad M., Siddique K.H.M. 2011. Polyamines: Natural and engineered abiotic and biotic stress tolerance in plants. Biotechnol. Adv. 29 : 300-311.
https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2011.01.003
 
11. Kasukabe Y., He L., Watakabe Y., Otani M., Shimada T., Tachibana S. 2006. Improvement of environmental stress tolerance of sweet potato by introduction of genes for spermidine synthase. Plant Biotechnol. 23 : 75-83.
https://doi.org/10.5511/plantbiotechnology.23.75
 
12. Khosrowshahi Z.T., Slehi-Lisar S.Y., Ghassemi-Golezani K., Motafakkerazad R. 2018. Physiological responses of safflower to exogenous putrescine under water deficit. J. Stress Physiol. Biochem. 14 (3) : 38-48.
 
13. Mellidou I., Karamanoli K., Beris D., Haralampidis K., Constantinidou H.A., Roubelakis-Angelakis K.A. 2017. Underexpression of apoplastic polyamine oxidase improves thermotolerance in Nicotiana tabacum. J. Plant Physiol. 218 : 171-174.
https://doi.org/10.1016/j.jplph.2017.08.006
 
14. Minocha R., Majumdar R., Minocha S.C. 2014. Polyamines and abiotic stress in plants: a complex relationship. Front. Plant Sci. 5 : 175.
https://doi.org/10.3389/fpls.2014.00175
 
15. Mostofa M.G., Yoshida N., Fujita M. 2014. Spermidine pretreatment enhances heat tolerance in rice seedlings through modulating antioxidative and glyoxalase systems. Plant Growth Regul. 73 (1) : 31-44.
https://doi.org/10.1007/s10725-013-9865-9
 
16. Nayyar H., Chander S. 2004. Protective effects of polyamines against oxidative stress induced by water and cold stress in chickpea. J. Agron. Crop Sci. 190 : 355-365.
https://doi.org/10.1111/j.1439-037X.2004.00106.x
 
17. Pal M., Szalai G., Janda T. 2015. Speculation: Polyamines are important in abiotic stress signaling. Plant Sci. 237 : 16-23.
https://doi.org/10.1016/j.plantsci.2015.05.003
 
18. Pang X.M., Zhang Z.Y., Wen X.P., Ban Y., Moriguchi T. 2007. Polyamines, all-purpose players in response to environment stresses in plants. Plant Stress. 1 (2) : 173-188.
 
19. Peynevandi K.M., Razavi S.M., Zahri S. 2018. The ameliorating effects of polyamine supplement on physiological and biochemical parameters of Stevia rebaudiana Bertoni under cold stress. Plant Production Sci. 21 (2) : 123-131.
https://doi.org/10.1080/1343943X.2018.1437756
 
20. Pottosin I., Shabala S. 2014. Polyamines control of cation transport across plant membranes: implications for ion homeostasis and abiotic stress signaling. Front. Plant Sci. 5 : 154.
https://doi.org/10.3389/fpls.2014.00154
 
21. Prabhavathi V.R., Rajam V.R. 2007. Polyamine accumulation in transgenic eggplant enhances tolerance to multiple abiotic stresses and fungal resistance. Plant Biotechnol. 24 : 273-282.
https://doi.org/10.5511/plantbiotechnology.24.273
 
22. Roychoudhury A.,Basu S., Sengupta D.N. 2011. Amelioration of salinity stress by exogenously applied spermidine or spermine in three varieties of indica rice differing in their level of salt tolerance. J. Plant Physiol. 168 : 317-328.
https://doi.org/10.1016/j.jplph.2010.07.009
 
23. Sagor G.H., Berberich T., Takahashi Y., Niitsu M., Kusano T. 2013. The polyamine spermine protects Arabidopsis from heat stress-induced damage by increasing expression of heat shock-related genes. Transgenic Res. 22 (3) : 595-605.
https://doi.org/10.1007/s11248-012-9666-3
 
24. Saha J., Brauer E.K., Sengupta A., Popescu S.C., Gupta K., Gupta B. 2015. Polyamines as redox homeostasis regulators during salt stress in plants. Front. Environ. Sci. 3 : 21.
https://doi.org/10.3389/fenvs.2015.00021
 
25. Stolfa I., Pfeiffer T.Z., Spoljaric D. 2015. Heavy metal-induced oxidative stress in plants: response of the antioxidative system. In: Reactive Oxygen Species and Oxidative Damage in Plants Under Stress. Eds. D.K. Gupta et al. Springer International Publishing Switzerland : 127-163.
https://doi.org/10.1007/978-3-319-20421-5_6
 
26. Szalai G., Janda K., Darkó E., Janda T., Peeva V., Pál M. 2017. Comparative analysis of polyamine metabolism in wheat and maize plants. Plant Physiol. Biochem. 112 : 239-250.
https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2017.01.012
 
27. Wen X., Moriguchi T. 2015. Role of polyamines in stress response in horticultural crops. In: Abiotic Stress Biology in Horticultural Plants. Eds. Y. Kanayama, A. Kochetov. Springer Japan : 35-45.
https://doi.org/10.1007/978-4-431-55251-2_3
 
28. Yang B., Wu J., Gao F., Wang J., Su G. 2014. Polyamine-induced nitric oxide generation and its potential requirement for peroxide in suspension cells of soybean cotyledon node callus. Plant Physiol. Biochem. 79 : 41-47.
https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2014.02.025