Вісн. Харків. нац. аграрн. ун-ту. Сер. Біологія, 2019, вип. 2 (47), с. 71-81


https://doi.org/10.35550/vbio2019.02.071




КОМБІНОВАНА ДІЯ НІТРОПРУСИДУ НАТРІЮ ТА 24-ЕПІБРАСИНОЛІДУ НА РЕДОКС-ГОМЕОСТАЗ І ТЕПЛОСТІЙКІСТЬ ПРОРОСТКІВ ПШЕНИЦІ


М. А. Шкляревський, Ю. В. Карпець, Г. А. Лугова, О. І. Горєлова

Харківський національний аграрний університет ім. В.В. Докучаєва
(Харків, Україна)


Брасиностероїди є одним з ключових класів фітогормонів, задіяних в адаптації рослин до дії несприятливих чинників. Їх ефекти реалізуються з участю сигнальних посередників, у тому числі активних форм кисню та азоту. Оксид азоту (Нітроген оксид – NO) здатний індукувати різноманітні адаптивні реакції рослин. Водночас фізіологічні ефекти комбінованого впливу на рослини донорів NO і екзогенних брасиностероїдів майже не досліджені. Вивчали роздільний і комбінований впливи обробки насіння або коренів проростків пшениці (Triticum aestivum L.) донором NO нітропрусидом натрію (НПН) та 24-епібрасинолідом (24-ЕБЛ) у широкому діапазоні концентрацій на їх теплостійкість та показники редокс-гомеостазу. НПН в концентраціях діапазону 0,2-2 мМ спричиняв підвищення стійкості проростків до ушкоджуючого прогріву. Такий же ефект чинила обробка проростків або насіння 24-ЕБЛ в концентраціях 20-200 нМ. Комбінована обробка проростків або насіння двома сполуками у низьких концентраціях (0,2 мМ НПН та 20 нМ 24-ЕБЛ) чинила найбільший захисний ефект, що перевершував вплив оптимальних концентрацій кожної зі сполук. Обробка проростків НПН та 24-ЕБЛ або їх комбінацією в оптимальній концентрації спричиняли транзиторне підвищення вмісту пероксиду водню (Гідроген пероксиду – H2O2) у коренях. Водночас вищі концентрації цих речовин і особливо їх комбінації викликали більш тривалий ефект зростання кількості H2O2 у коренях. Обробка насіння 24-ЕБЛ у високих концентраціях та його поєднання з НПН також спричиняли збільшення вмісту пероксиду водню у коренях. НПН у помірних концентраціях та його поєднання з 24-ЕБЛ дещо знижували вміст малонового діальдегіду у коренях, водночас високі концентрації донора NO і особливо його поєднання з 24-ЕБЛ спричиняли прояв окиснювального стресу. Відзначається, що ефект синергізму стрес-протекторної дії НПН і 24-ЕБЛ при використанні їх у відносно низьких концентраціях може бути пов’язаний з посиленням трансдукції сигналу брасиностероїду в генетичний апарат за додаткового надходження в клітини NO, який є одним із посередників в реалізації фізіологічної дії 24-ЕБЛ. Проте комбінована обробка НПН і 24-ЕБЛ у високих концентраціях призводила до накопичення пероксиду водню та продуктів пероксидного окиснення ліпідів.


Ключові слова: Triticum aestivum, оксид азоту (NO), 24-епібрасинолід, теплостійкість, редокс-гомеостаз, пероксид водню, малоновий діальдегід

 


ЛІТЕРАТУРА



1. Efimova M.V., Savchuk A.L., Khasan A.K., Litvinovskaya R.P., Khripach V.A., Kholodova V.P., Kuznetsov Vl.V. 2014. Physiological mechanisms of enhancing salt tolerance of oilseed rape plants with brassinosteroids. Russ. J. Plant Physiol. 61 : 733-743. Doi: org/10.1134/S1021443714060053
https://doi.org/10.1134/S1021443714060053
 
2. Karpets Yu.V., Kolupaev Yu.E., Vayner A.A. 2015. Functional interaction between nitric oxide and hydrogen peroxide during formation of wheat seedling induced heat resistance. Russ. J. Plant Physiol. 62 (1) : 65-70. Doi: org/10.1134/S1021443714060090
https://doi.org/10.1134/S1021443714060090
 
3. Karpets Yu.V., Kolupaev Yu.E. 2017. Functional interaction of nitric oxide with reactive oxygen species and calcium ions at development of plants adaptive responses. Visn. Hark. nac. agrar. univ., Ser. Biol. 2 (41) : 6-31.
 
4. Karpets Yu.V., Kolupaev Yu.E. 2018. Participation of nitric oxide in 24-epibrassinolide-induced heat resistance of wheat coleoptiles: Functional interactions of nitric oxide with reactive oxygen species and Ca ions. Russ. J. Plant Physiol. 65 (2) : 177-185.
https://doi.org/10.1134/S1021443718010053
 
5. Kolupaev Yu.E., Vayner A.A. 2014. Mechanisms of the stress-protective effect of brassinosteroids on plants. Agrochimiya. 7 : 69-84.
 
6. Kolupaev Yu.E., Vayner A.A., Yastreb T.O., Oboznyi A.I., Khripach V.A. 2014. The role of reactive oxygen species and calcium ions in the implementation of the stress-protective effect of brassinosteroids on plant cells. Appl. Biochem. Microbiol. 50 (6) : 658-663. Doi: 10.1134/S0003683814060076
https://doi.org/10.1134/S0003683814060076
 
7. Fazlieva E.R., Kiseleva I.S., Zhuikova T.V. 2012. Antioxidant activity in the leaves of Melilotus albus and Trifolium medium from man-made disturbed habitats in the Middle Urals under the influence of copper. Russ. J. Plant Physiol. 59 (3) : 333-338. Doi: org/10.1134/S1021443712030065
https://doi.org/10.1134/S1021443712030065
 
8. Hayat Sh., Yadav S., Ali B., Ahmad A. 2010. Interactive effect of nitric oxide and brassinosteroids on photosynthesis and the antioxidant system of Lycopersicon esculentum. Russ. J. Plant Physiol. 57 (2) : 212-221. Doi: org/10.1134/S1021443710020081
https://doi.org/10.1134/S1021443710020081
 
9. Arora D., Jain P., Singh N., Kaur H., Bhatla S.C. 2016. Mechanisms of nitric oxide crosstalk with reactive oxygen species scavenging enzymes during abiotic stress tolerance in plants. Free Radical Res. 50 : 291-303. Doi: 10.3109/10715762.2015. 1118473
https://doi.org/10.3109/10715762.2015.1118473
 
10. Bajguz A., Hayat S. 2009. Effects of brassinosteroids on the plant responses to environmental stresses. Plant Physiol. Biochem. 47 : 1-8. Doi: 10.1016/j.plaphy.2008.10.002
https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2008.10.002
 
11. Cui J.X., Zhou Y.H., Ding J.G., Xia X.J., Shi K., Chen S.C., Asami T., Chen Z., Yu J.Q. 2011. Role of nitric oxide in hydrogen peroxide-dependent induction of abiotic stress tolerance by brassinosteroids in cucumberpce. Plant Cell Environ. 34 : 347-358. Doi: 10.1111/j.1365-3040.2010.02248.x
https://doi.org/10.1111/j.1365-3040.2010.02248.x
 
12. Fariduddin Q., Yusuf M., Ahmad I., Ahmad A. 2014. Brassinosteroids and their role in response of plants to abiotic stresses. Biol. Plant. 58 : 9-17. Doi: org/10.1007/s10535-013-0374-5
https://doi.org/10.1007/s10535-013-0374-5
 
13. Khripach V., Zhabinskii V., De Groot A. 2000. Twenty years of brassinosteroids: Steroidal plant hormones warrant better crops for the XXI century. Ann. Bot. 86 : 441-447. Doi: org/10.1006/anbo.2000.1227
https://doi.org/10.1006/anbo.2000.1227
 
14. Lozano-Juste J., Colom-Moreno R., Leon J. 2011. In vivo protein tyrosine nitration in Arabidopsis thaliana. J. Exp. Bot. 62 : 3501-3517. Doi: 10.1093/jxb/err042
https://doi.org/10.1093/jxb/err042
 
15. Sagisaka S. 1976. The occurrence of peroxide in a perennial plant, Populusgelrica. Plant Physiol. 57 : 308-309.
https://doi.org/10.1104/pp.57.2.308
 
16. Singh I., Shono M. 2005. Physiological and molecular effects of 24-epibrassinolide, a brassinosteroid on thermotolerance of tomato. Plant Growth Regul. 47 : 111-119. Doi: org/10.1007/s10725-005-3252-0
https://doi.org/10.1007/s10725-005-3252-0
 
17. Xia X.J., Wang Y.J., Zhou Y.H., Tao Y., Mao W.H., Shi K., Asami T., Chen Z., Yu J.Q. 2009. Reactive oxygen species are involved in brassinosteroid-induced stress tolerance in cucumber. Plant Physiol. 150 : 801-814. Doi: 10.1104/pp.109.138230
https://doi.org/10.1104/pp.109.138230
 
18. Xia X.J., Zhou Y.H., Ding J., Shi K., Asami T., Chen Z., Yu J.Q. 2011. Induction of systemic stress tolerance by brassinosteroid in Cucumis sativus. New Phytol. 191 : 706-720. Doi: 10.1111/j.1469-8137.2011.03745.x
https://doi.org/10.1111/j.1469-8137.2011.03745.x
 
19. Zhang A., Zhang J., Zhang J., Ye N., Zhang H., Tan M., Jiang M. 2011. Nitric oxide mediates brassinosteroid-induced ABA biosynthesis involved in oxidative stress tolerance in maize leaves. Plant Cell Physiol. 52 (1): 181-192. Doi:10.1093/pcp/pcq187
https://doi.org/10.1093/pcp/pcq187
 
20. Zhang A., Jiang M., Zhang J. Ding H., Xu S., Hu X., Tan M. 2007. Nitric oxide induced by hydrogen peroxide mediates abscisic acid-induced activation of the mi-togen-activated protein kinase cascade involved in antioxidant defense in maize leaves. New Phytol. 175 : 36-50. Doi: 10.1111/j.1469-8137.2007.02071.x
https://doi.org/10.1111/j.1469-8137.2007.02071.x