Вісн. Харків. нац. аграрн. ун-ту. Сер. Біологія, 2018, вип. 3 (45), с. 94-101


https://doi.org/10.35550/vbio2018.03.094




ВТОРИННИЙ МЕТАБОЛІЗМ ПРОРОСТКІВ SECALE CEREALE ЗА ДІЇ ДОНОРА СІРКОВОДНЮ І ХОЛОДОВОГО ЗАГАРТУВАННЯ


О. І. Горєлова1, М. В. Швиденко1, Н. І. Рябчун2, Ю. Є. Колупаєв1, 3

1Харківський національний аграрний університет ім. В.В. Докучаєва
(Харків, Україна)
E-mail: plant_biology@ukr.net
2Інститут рослинництва ім. В.Я. Юр'єва
Національної академії аграрних наук України
(Харків, Україна)
3Харківський національний університет ім. В.Н. Каразіна
(Харків, Україна)


Сірководень (H2S) нині розглядається як один з важливих сигнальних посередників, задіяних в адаптації рослин до стрес-факторів різної природи. Однак його участь у формуванні стійкості рослин до низьких температур залишається маловивченою. Досліджували роздільний і сумісний вплив холодового загартування (7 діб за температури 2-4° С) та обробки донором сірководню гідросульфідом натрію (NaHS – 0,1 мМ) на показники вторинного метаболізму проростків жита (Secale cereale L.). Обробка донором H2S підвищувала морозостійкість незагартованих проростків і посилювала позитивний вплив загартування. Під дією екзогенного сірководню відбувалося підвищення активності фенілаланінамонійліази (ФАЛ) у незагартованих проростках і посилення ефекту її збільшення, спричинюваного холодовим загартуванням. При обробці гідросульфідом натрію також підвищувався загальний вміст фенольних сполук і флавоноїдів, що поглинають в УФ-B, вміст антоціанів змінювався неістотно. Холодове загартовування викликало підвищення вмісту в проростках фенольних сполук, антоціанів і безбарвних флавоноїдів. Обробка донором сірководню посилювала спричинюване холодом збільшення загального вмісту фенольних сполук і флавоноїдів, що поглинають в УФ-B. Після холодового загартовування відбувалося зниження вмісту в проростках продукту пероксидного окиснення ліпідів малонового діальдегіду (МДА), обробка донором H2S посилювала цей ефект. Також обробка проростків гідросульфідом натрію знижувала накопичення МДА в проростках після їх 4-годинного проморожування при –5 ° С. Висловлено припущення, що однією зі значних складових позитивного впливу екзогенного сірководню на морозостійкість проростків жита є активація вторинного метаболізму і накопичення низькомолекулярних сполук, що мають антиоксидантні властивості.


Ключові слова: Secale cereale, сірководень, фенілаланінамонійліаза, фенольні сполуки, флавоноїди, пероксидне окиснення ліпідів, морозостійкість

 


ЛІТЕРАТУРА


1. Zaprometov M.N. 1971. Phenolic compounds and methods of their investigation. In: Biokhimicheskie metody v fiziologii rastenii (Biochemical Methods in Plant Physiology). Ed. Pavlinova, O.A. Moscow: 185-207.
 
2. Kolupaev Yu.E. 2016. Plant cell antioxidants and their role in ROS signaling and plant resistance. Uspekhi Sovrem. Biologii. 136 (2) : 181-198.
 
3. Kolupaev Yu.E., Horielova E.I., Yastreb T.O., Ryabchun N.I., Kirichenko V.V. Stress-protective reactions of wheat and rye seedlings in inducing resistance to low temperatures by hydrogen sulfide donor. Russ. J. Plant Physiol. (Fiziologiya Rastenii). (in press)
 
4. 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
 
5. Kolupaev Yu.E., Firsova E.N., Yastreb T.O., Ryabchun N.I., Kirichenko V.V. 2019. Influence of the hydrogen sulfide donor on the state of the antioxidant system and the resistance of wheat plants to soil drought. Russ. J. Plant Physiol. (Fiziologiya Rastenii). 66 (1)
https://doi.org/10.1134/S1021443719010084
 
6. Kolupaev Yu.E., Yastreb T.O., Oboznyi A.I., Ryabchun N.I., Kirichenko V.V. 2016. Constitutive and cold-induced resistance of rye and wheat seedlings to oxidative stress. Russ. J. Plant Physiol. (Fiziologiya Rastenii). 63 (3) : 346-358.
https://doi.org/10.1134/S1021443716030067
 
7. Olenichenko N.A., Zagoskina N.V., Astakhova N.V., Trunova T.I., Kuznetsov Yu.V. 2008. Primary and secondary metabolism of winter wheat under cold hardening and treatment with antioxidants. Appl Biochem Microbiol. (Prikladnaya Biokhimiya i Mikrobiologiya). 44 (5) : 535-540.
https://doi.org/10.1134/S0003683808050141
 
8. Piotrovskii M.S., Shevyreva T.A., Zhestkova I.M., Trofimova M.S. 2011. Activation of plasmalemmal NADPH oxidase in etiolated maize seedlings exposed to chilling temperatures. Russ. J. Plant Physiol. (Fiziologiya Rastenii). 58 (2) : 290-298.
https://doi.org/10.1134/S1021443711020154
 
9. Aghdama M.S., Mahmoudi R., Razavi F., Rabiei V., Soleimani A. Hydrogen sulfide treatment confers chilling tolerance in hawthorn fruit during cold storage by triggering endogenous H2S accumulation, enhancing antioxidant enzymes activity and promoting phenols accumulation. Sci Horticult. 2018; 238: 264-271.
https://doi.org/10.1016/j.scienta.2018.04.063
 
10. Banerjee A., Tripathi D.K., Roychoudhury A. 2018. Hydrogen sulphide trapeze: Environmental stress amelioration and phytohormone crosstalk., Plant Physiol. Biochem. doi: 10.1016/j.plaphy.2018.08.028.
https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2018.08.028
 
11. Cheng W., Zhang L., Jia, C., Su M., Yang T., Zhou L., Peng R., Wang R., Wang C. 2013. Hydrogen sulfide alleviates hypoxia-induced root tip death in Pisum sativum. Plant Physiol. Biochem. 70 : 278-286.
https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2013.05.042
 
12. Christou A., Filippou P., Manganaris G., Fotopoulos V. 2014. Sodium hydrosulfide induces systemic thermotolerance 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
 
13. Ding H., Han Q., Ma D., Hou J., Huang X., Wang C., Xie Y., Kang G., Guo T. 2018. Characterizing physiological and proteomic analysis of the action of H2S to mitigate drought stress in young seedling of wheat. Plant Mol Biol Rep. 36 : 45.
https://doi.org/10.1007/s11105-017-1055-x
 
14. Hancock J.T. 2018. Hydrogen sulfide and environmental stresses. Environ. Exp. Bot. doi.org/10.1016/j.envexpbot.2018.08.034.
 
15. Havaux M., Kloppstech K. 2001. The protective functions of carotenoid and flavonoids pigments against excess visible radiation at chilling temperature investigated in Arabidopsis npq and tt mutants. Planta. 213 : 953-966.
https://doi.org/10.1007/s004250100572
 
16. Janmohammadi M., Enayati V., Sabaghnia N. 2012. Impact of cold acclimation, de-acclimation and re-acclimation on carbohydrate content and antioxidant enzyme activities in spring and winter wheat. Icel. Agric. Sci. 25 : 3-11.
 
17. Khlestkina E.K. 2013. The adaptive role of flavonoids: emphasis on cereals. Cereal Res Commun. 41 (2) : 185-198.
https://doi.org/10.1556/CRC.2013.0004
 
18. Li Z.G., Yi X.Y., Li Y.T. 2014. Effect of pretreatment with hydrogen sulfide donor sodium hydrosulfide on heat tolerance in relation to antioxidant system in maize (Zea mays) seedlings. Biologia. 69 (8) : 1001-1009.
https://doi.org/10.2478/s11756-014-0396-2
 
19. Li Q., Wang Z., Zhao Y., Zhang X., Zhang S., Bo L., Wang Y., Ding Y., An L. 2016. Putrescine protects hulless barley from damage due to UV-B stress via H2S- and H2O2-mediated signaling pathways. Plant Cell Rep. 35 : 1155-1168.
https://doi.org/10.1007/s00299-016-1952-8
 
20. Li Z.G., Zhu L.P. 2015. Hydrogen sulfide donor sodium hydrosulfide-induced accumulation of betaine is involved in the acquisition of heat tolerance in maize seedlings. Braz. J. Bot. 38 (1) : 31-38.
https://doi.org/10.1007/s40415-014-0106-x
 
21. Liang X., Zhang L., Natarajan S.K., Becker D.F. 2013. Proline mechanisms of stress survival. Antioxid Redox Signal. 19 (9) : 998-1011.
https://doi.org/10.1089/ars.2012.5074
 
22. Luo Z., Li D., Du R., Mou W. 2015. Hydrogen sulfide alleviates chilling injury of banana fruit by enhancedantioxidant system and proline content. Sci Horticult. 183 : 144-151.
https://doi.org/10.1016/j.scienta.2014.12.021
 
23. Ma D., Ding H., Wang C., Qin H., Han Q., Hou J., Lu H., Xie Y., Guo T. 2016. Alleviation of drought stress by hydrogen sulfide is partially related to the abscisic acid signaling pathway in wheat. PLoS One. 11 : e0163082.
https://doi.org/10.1371/journal.pone.0163082
 
24. Shan C., Zhang S., Ou X. 2018. The roles of H2S and H2O2 in regulating AsA-GSH cycle in the leaves of wheat seedlings under drought stress. Protoplasma. doi.org/10.1007/s00709-018-1213-5.
https://doi.org/10.1007/s00709-018-1213-5
 
25. Shi H, Ye T, Chan Z. 2013. Exogenous application of hydrogen 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
 
26. Sun Y., Zhang W., Zeng T., Nie Q., Zhang F., Zhu L. 2015. Hydrogen sulfide inhibits enzymatic browning of fresh-cut lotus root slices by regulating phenolic metabolism. Food Chemistry. 177 : 376-381.
https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2015.01.065
 
27. Zhang H., Hu LY., Li P., Hu K.D., Jiang C.X., Luo J.P. 2010. Hydrogen sulfide alleviated chromium toxicity in wheat. Biol. Plant. 54 : 743-747.
https://doi.org/10.1007/s10535-010-0133-9
 
28. Zucker M. Induction of phenylalanine ammonia-lyase in Xanthium leaf disks. Photosynthetic requirement and effect of day length. 1969. Plant Physiol. 44 : 912-922.
https://doi.org/10.1104/pp.44.6.912