КАТАЛАЗНАЯ АКТИВНОСТЬ В ЛИСТОВОМ АППАРАТЕ У СЕЯНЦЕВ БЕРЕЗЫ ПОВИСЛОЙ РАЗНЫХ ФОРМ (BETULA PENDULA ROTH): VAR. PENDULA И VAR. CARELICA (MERCKLIN)

Ксения Михайловна Никерова, Наталья Алексеевна Галибина, Юлия Леонидовна Мощенская, Людмила Людвиговна Новицкая, Марина Николаевна Подгорная, Ирина Николаевна Софронова, Kseniya Nikerova, Natalia Galibina, Yulia Moshchenskaya, Ludmila Novitskaya, Marina Podgornaya, Irina Sofronova

Аннотация


Впервые проведено исследование каталазной активности в листовом аппарате 10‑месячных сеянцев обычной березы повислой (Betula pendula Roth var. pendula) и карельской березы (B. pendula var. carelica (Mercklin)). Адаптирована методика определения активности каталазы  спектрофотометрическим методом для изучаемых объектов. Приведены графики зависимости наблюдаемой оптической плотности от концентрации субстрата (перекиси водорода) и активности фермента от времени протекания реакции. Подобраны условия (время, концентрация субстрата) для определения активности фермента и модифицирована формула для расчета активности каталазы. Протекание реакции каталазного окисления наблюдали на разных фазах развития листа, которые отличались по морфометрическим показателям. Так, листья длиной 1–2 см были отнесены к I фазе, 3–4 см – ко II фазе, 5–6 см – к III фазе, 7–8 см – к IV фазе. Показана динамика изменения активности каталазы отдельно для каждой изучаемой формы (var. pendula и var. сarelica соответственно), а также проведено сравнение активности фермента у разных форм. Установлено, что активность каталазы значимо была выше у сеянцев обычной березы повислой, по сравнению с карельской березой, на всех изучаемых стадиях. У обеих форм активность каталазы возрастала по мере увеличения длины листа. Таким образом, полученные результаты дают основания для обсуждения роли листа как тест-объекта для обнаружения аномалий в строении древесины у разных форм березы повислой уже на ранних этапах онтогенеза.

Ключевые слова


карельская береза; узорчатая древесина; сеянцы; лист; каталаза

Полный текст:

PDF

Литература


Андреев И. М. Функции вакуоли в клетках высших растений // Физиология растений. 2001. Т. 48, № 5. С. 777–778.

Галибина Н. А., Мошкина Е. В., Никерова К. М., Мощенская Ю. Л., Знаменский С. Р. Активность пероксидазы как индикатор степени узорчатости древесины карельской березы // Лесоведение. 2016а. № 4. С. 294–304.

Галибина Н. А., Новицкая Л. Л., Никерова К. М. Избыток экзогенных нитратов подавляет формирование аномальной древесины у карельской березы // Онтогенез. 2016б. Т. 47, № 2. С. 83–91. doi:10.7868/S047514501602004X.

Галибина Н. А., Теребова Е. Н., Новицкая Л. Л., Софронова И. Н. Динамика неструктурных углеводов в органах и тканях двухлетних сеянцев Betula pendula и Betula pubescence в период вегетации // Труды КарНЦ РАН. 2014. № 5. С. 108–116.

Галибина Н. А., Целищева Ю. Л., Андреев В. П., Софронова И. Н., Никерова К. М. Активность пероксидазы в органах и тканях деревьев березы повислой // Ученые записки ПетрГУ. Серия Естественные и технические науки. 2013. Т. 133, № 4. C. 7–13.

Донцов В. И., Крутько В. Н., Мрикаев Б. М., Уханов С. В. Активные формы кислорода как система: значение в физиологии, патологии и естественном старении // Труды ИСА РАН. 2006. Т. 19. С. 50–69.

Загоскина Н. В., Назаренко Л. В. Активные формы кислорода и антиоксидантная система растений // Вестник Московского городского педагогического университета. Серия Естественные науки. 2016. № 2(22). С. 9–23.

Карасев В. Н., Карасева М. А., Серебрякова Н. Е., Абрамова Д. А. Активность каталазы как показатель жизненного состояния древесных растений в городских условиях // Актуальные проблемы лесного комплекса. 2015. № 43. С. 88–90.

Колупаев Ю. Е., Рябчун Н. И., Вайнер А. А., Ястреб Т. О., Обозный А. И. Активность антиоксидантных ферментов и содержание осмолитов в проростках озимых злаков при закаливании и криострессе // Физиология растений. 2015. Т. 62, № 4. С. 533–541. doi: 10.7868/S0015330315030112.

Мазей Н. Г., Шиленков А. В., Вяль Ю. А. Влияние низких температур на дыхание прорастающих семян гречихи // Известия Пензенского государственного педагогического университета им. В. Г. Белинского. 2009. № 18. С. 36–38.

Мощенская Ю. Л., Галибина Н. А. Активность ферментов диссимиляции сахарозы в раннем онтогенезе разных форм Березы повислой // Годичное собрание общества физиологов растений России. Сигнальные системы растений: от рецептора до ответной реакции организма: тезисы докл. Всерос. конф. (Санкт-Петербург, 21–24 июня 2016 г.). Санкт-Петербург, 2016. C. 64–65.

Никерова К. М., Галибина Н. А. Донорно-акцепторные отношения листового аппарата и тканей ствола у разных форм березы повислой (Betula pendula Roth): var. pendula и var. carelica (Mercklin) // Годичное собрание общества физиологов растений России. Сигнальные системы растений: от рецептора до ответной реакции организма: тезисы докл. Всерос. конф. (Санкт-Петербург, 21–24 июня 2016 г.). Санкт-Петербург, 2016. C. 241–242.

Никерова К. М., Галибина Н. А. Влияние нитратного азота на пероксидазную активность в тканях Betula pendula Roth var. pendula и B. pendula var. carelica (Mercklin) // Сибирский лесной журнал. 2017. № 1 (в печати).

Николаева Н. Н., Новицкая Л. Л. Структурные особенности ассимиляционного аппарата и формирование аномальной древесины карельской березы // Лесоведение. 2007. № 1. С. 70–73.

Нимаева О. Д., Прадедова Е. В., Саляев Р. К. Aктивность и изоферментный состав пероксидазы вакуолей клеток корнеплодов столовой свеклы на разных фазах онтогенеза и при изменении условий хранения // Физиология растений. 2014. Т. 61, № 3. С. 350–358. doi: 10.7868/S0015330314030105.

Полесская О. Г., Каширина Е. И., Алехина Н. Д. Изменение активности антиоксидантных ферментов в листьях и корнях пшеницы в зависимости от формы и дозы азота в среде // Физиология растений. 2004. Т. 51, № 5. С. 686–691.

Половникова М. Г., Воскресенская О. Л. Активность компонентов антиоксидантной защиты и полифенолоксидазы у газонных растений в онтогенезе в условиях городской среды // Физиология растений. 2008. Т. 55, № 5. С. 777–785.

Синькевич М. С., Дерябин А. Н., Трунова Т. И. Особенности окислительного стресса у растений картофеля с измененным углеводным метаболизмом // Физиология растений. 2005. Т. 56, № 2. С. 186–192.

Чеснокова Н. П., Понукалина Е. В., Бизенкова М. Н. Общая характеристика источников образования свободных радикалов и антиоксидантных систем // Успехи современного естествознания. 2006. № 7. С. 37–41.

Шелякин М. А., Захожий И. Г., Головко Т. К. Онтогенетические аспекты дыхания растений (на примере Rubus chamaemorus L.) // Физиология растений. 2016. Т. 63, № 1. С. 98–107. doi: 10.7868/S0015330316010164.

Agati G., Azzarello E., Pollastri S., Tattini M. Flavonoids as antioxidants in plants: location and functional significance // Plant Sci. 2012. Vol. 196. P. 67–76. doi: 10.1016/j.plantsci.2012.07.014.

Apel K., Hirt H. Reactive oxygen species: metabolism, oxidative stress, and signal transduction // Annu. Rev. Plant Biol. 2004. Vol. 55. P. 373–399. doi: 10.1146/annurev.arplant.55.031903.141701.

Beers R. F. Jr., Sizer I. W. A spectrometric method for measuring the breakdown of hydrogen peroxide by catalase // J. Biol. Chem. 1952. Vol. 195. P. 133–140.

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. Vol. 72, No 1–2. P. 248–254.

Couee I., Sulmon C., Gouesbet G., El Amrani A. Involvement of soluble sugars in reactive oxygen species balance and responses to oxidative stress in plants // J. Exp. Bot. 2006. Vol. 57, No. 3. P. 449–459. doi:10.1093/jxb/erj027.

Desikan R., A.-H.-Mackerness S., Hancock J. T., Neill S. J. Regulation of the Arabidopsis transcriptome by oxidative stress // Plant Physiol. 2001. Vol. 127, No 1. P. 159–172. doi: http://dx.doi.org/10.1104/pp.127.1.159.

Duroux L., Welinder K. G. The peroxidase gene family in plants: a phylogenetic overview // J. Mol. Evol. 2003. Vol. 57, No. 4. P. 397–407. doi: 10.1007/s00239-003-2489-3.

Jansen M. A. K., Van den Noort R. E., Tan M. Y., Prinsen E., Lagrimini L. M., Thorneley R. N. Phenol-oxidizing peroxidases contribute to the protection of plants from ultraviolet radiation stress // Plant Physiol. 2001. Vol. 126, No. 3. P. 1012–1023. doi: http://dx.doi.org/10.1104/pp.126.3.1012.

Mhamdi A., Queval G., Chaouch S., Vanderauwera S., Van Breusegem F., Noctor G. Catalase function in plants: a focus on Arabidopsis mutants as stress-mimic models // J Exp Bot. 2010. Vol. 61, No 15. P. 4197–4220. doi:10.1093/jxb/erq282.

Prochazkova D., Sairam R. K., Srivastava G. C., Singh D. V. Oxidative stress and antioxidant activity as the basis of senescence in maize leaves // Plant Sci. 2001. Vol. 161, No 4. P. 765–771. doi: 10.1016/S0168-9452(01)00462-9.

Rizhsky L., Hallak-Herr E., Van Breusegem F., Rachmilevitch S., Barr J. E., Rodermel S., Inzé D., Mittler R. Double antisense plants lacking ascorbate peroxidase and catalase are less sensitive to oxidative stress than single antisense plants lacking ascorbate peroxidase or catalase // Plant J. 2002. Vol. 32, No. 3. P. 329–342. doi:10.1046/j.1365-313X.2002.01427.x.

Sairam R. K., Singh D. V., Srivastava G. C. Changes in activity of activity of antioxidant enzymes in sunflower leaves of different ages // Biol. Plant. Vol. 47, No 1. P. 61–66. doi: 10.1023/A:1027328814591.

Wellen K. E, Thompson C. B. Cellular metabolic stress: Considering how cells respond to nutrient excess // Mol. Cell. 2010. Vol. 40, No. 2. P. 323–332. doi:10.1016/j.molcel.2010.10.004.

Willekens H., Inzé D., Van Montagu M., Van Camp W. Catalases in plants // Molecular Breeding. 1995. Vol. 1, No 3. P. 207–228. doi: 10.1007/BF02277422.

REFERENCES in ENGLISH

Andreev I. M. Functions of the vacuole in higher plant cells. Russ. J. Plant Physiol. 2001. Vol. 48, no. 5. P. 777–778. doi: 10.1023/A:1016776523371

Chesnokova N. P., Ponukalina E. V., Bizenkova M. N.

Obschaya harakteristika istochnikov obrazovaniya svobodnyih

radikalov i antioksidantnyih sistem [General characteristic of the sources of free radical formation and antioxidant systems]. Uspehi sovremennogo estestvoznaniya [Advances in Current Natural Sciences]. 2006. No. 7. P. 37–41.

Dontsov V. I., Krutko V. N., Mrikaev B. M., Uhanov S. V. Aktivnyie formyi kisloroda kak sistema: znachenie v fiziologii, patologii i estestvennom starenii [Reactive oxygen species as a system: role in physiology, pathology and natural ageing]. Trudyi Instituta sistemnogo analiza Rossiyskoy akademii nauk [Proceedings of the Institute for Systems Analysis of Russian Academy of Sciences (ISA RAS)]. 2006. Vol. 19. P. 50–69.

Galibina N. A., Moshkina E. V., Nikerova K. M., Moshchenskaya

Yu. L., Znamenskii S. R. Aktivnost’ peroksidazy kak indikator stepeni uzorchatosti drevesiny karelskoy berezy [Peroxydase activity as a degree indicator of the Karelian birch veining]. Lesovedenie [Russian Journal of Forest Science]. 2016a. No. 4. P. 294–304.

Galibina N. A., Novitskaya L. L., Nikerova K. M. Excess of exogenous nitrates inhibits formation of abnormal wood in the Karelian birch. Russ. J. Dev. Biol. 2016b. Vol. 47, no. 2. P. 69–76. doi: 10.1134/S106236041602003X

Galibina N. A., Tselishcheva Yu. L., Andreev V. P., Sofronova I. N., Nikerova K. M. Aktivnost’ peroksidazy v organah i tkanyah derev’ev berezy povisloy [Peroxydase activity in the organs and tissues of silver birch trees]. Uchenyie zapiski PetrGU. Seriya Estestvennyie i tehnicheskie nauki [Proceedings of Petrozavodsk State University. Natural and Engineering Sciences]. 2013. Vol. 133, no. 4. P. 7–13.

Galibina N. A., Terebova E. N., Novitskaya L. L., Sofronova I. N. Dinamika nestrukturnyih uglevodov v organah i tkanyah dvuhletnih seyantsev Betula pendula i Betula pubescence v period vegetatsii [Nonstructural carbohydrates dynamics in the organs and tissues of two-year-old seedlings of Betula pendula and Betula pubescence during the growing season]. Trudy KarNTs RAN [Trans. of KarRC of RAS]. 2014. No. 5. P. 108–116.

Karasev V. N., Karaseva M. A., Serebryakova N. E., Abramova D. A. Aktivnost’ katalazy kak pokazatel’ zhiznennogo sostoyaniya drevesnyih rasteniy v gorodskih usloviyah [Catalase activity as an indicator of the vital state of woody plants in urban environments]. Aktualnyie problemyi lesnogo kompleksa [Current Problems of Timber Complex]. 2015. No. 43. P. 88–90.

Kolupaev Y. E., Vayner A. A., Yastreb T. O., Oboznyi A. I., Ryabchun N. I. Antioxidant enzyme activity and osmolyte content in winter cereal seedlings under hardening and cryostress. Russ. J. Plant Physiol. 2015. Vol. 62, no. 4. P. 499–506. doi: 10.1134/S1021443715030115

Mazei N. G., Shilenkov A. V., Vy’al Yu. A. Vliyanie nizkih temperatur na dyihanie prorastayuschih semyan grechihi [Impact of lower temperatures on the respiration of germinating buckwheat seeds]. Izvestiya Penzenskogo

gosudarstvennogo pedagogicheskogo universiteta im. V. G. Belinskogo [Proceedings of Penza State Pedagogical University named after V. G. Belinsky]. 2009. No. 18. P. 36–38.

Moshchenskaya Yu. L., Galibina N. A. Aktivnost’ fermentov

dissimilyatsii saharozyi v rannem ontogeneze raznyih form berezy povisloy [Activity of sucrose dissimilating enzymes in early ontogenesis of different silver birches forms]. Godichnoe sobranie obschestva fiziologov rasteniy Rossii. Signalnyie sistemy rastenij: ot retseptora do otvetnoy reaktsii organizma: tezisy dokl. Vseros. konf. (Sankt-Peterburg, 21–24 iyunya 2016 g.) [Annual Meeting of Russian Society of Plant Physiologists.

Signaling System of Plants: from the Receptor to the Response of the Organism: Abstracts of All-Russian Conference (Saint-Petersburg, June 21–24, 2016)]. St. Petersburg, 2016. P. 64–65.

Nikerova K. M., Galibina N. A. Donorno-aktseptornyie otnosheniya listovogo apparata i tkaney stvola u raznyih form berezy povisloy (Betula pendula Roth): var. pendula i var. carelica (Mercklin) [Donor-acceptor interactions of leaves and trunk tissues in different forms of silver birches (Betula pendula Roth): var. pendula and var. carelica (Mercklin)]. Godichnoe sobranie obschestva fiziologov rasteniy Rossii. Signalnyie sistemy rasteniy: ot retseptora do otvetnoy reaktsii organizma:

tezisyi dokl. Vseros. konf. (Sankt-Peterburg, 21–24 iyunya

g.) [Annual Meeting of Russian Society of Plant

Physiologists. Signaling System of Plants: from the Receptor

to the Response of the Organism: Abstracts of All-Russian Conference (Saint-Petersburg, June 21–24, 2016)]. St. Petersburg, 2016. P. 241–242.

Nikerova K. M., Galibina N. A. Vliyanie nitratnogo azota na peroksidaznuyu aktivnost’ v tkanyah Betula pendula Roth var. pendula i B. pendula var. carelica (Mercklin) [Influence of nitrate nitrogen on peroxidase activity in the tissues of Betula pendula: var. pendula and B. pendula var. carelica (Mercklin)]. Sibirskiy lesnoy zhurnal [Siberian Journal of Forest Science] (appear).

Nikolaeva N. N., Novitskaya L. L. Strukturnyie osobennosti assimilyatsionnogo apparata i formirovanie anomalnoy drevesiny karelskoj berezy [Structural peculiarities of the assimilatory apparatus and formation of anomalous wood in the Karelian birch]. Lesovedenie [Russian Journal of Forest Science]. 2007. No. 1. P. 70–73.

Novitskaya L. L. Karelskaya bereza: mekhanizmy rosta i razvitiya strukturnykh anomaliy [The Karelian birch: mechanisms of growth and development of structural abnormalities]. Petrozavodsk: Verso, 2008. 144 p.

Polesskaya O. G., Kashirina E. I., Alekhina N. D. Changes in the activity of antioxidant enzymes in wheat leaves and roots as a function of nitrogen source and supply. Russ. J. Plant Physiol. 2004. Vol. 51, no. 5. P. 615–620. doi: 10.1023/B:RUPP. 0000040746.66725.77

Polovnikova M. G., Voskresenskaya O. L. Activities of antioxidant system components and polyphenol oxidase in ontogeny of lawn grasses under megapolis conditions. Russ. J. Plant Physiol. 2008. Vol. 55, no. 5. P. 699–705. doi: 10.1134/S1021443708050154

Shelyakin M. A., Zakhozhiy I. G., Golovko T. K. Ontogenetic aspects of plant respiration (by the example of Rubus chamaemorus L.). Russ. J. Plant Physiol. 2016. Vol. 63, no. 1. P. 92–100. doi: 10.1134/S1021443716010167

Sin’kevich M. S., Deryabin A. N., Trunova T. I.

Characteristics of oxidative stress in potato plants with

modified carbohydrate metabolism. Russ. J. Plant Physiol. 2009. Vol. 56, no. 2. P. 168–174. doi: 10.1134/

S1021443709020046

Zagoskina N. V., Nazarenko L. V. Aktivnyie formy kisloroda i antioksidantnaya sistema rasteniy [Active oxygen species and antioxidant system of plants]. Vestnik Moskovskogo gorodskogo pedagogicheskogo universiteta. Seriya Estestvennyie nauki [Bulletin of Moscow State Pedagogical University. Natural Sciences Series]. 2016. No. 2 (22). P. 9–23.

Agati G., Azzarello E., Pollastri S., Tattini M. Flavonoids as antioxidants in plants: location and functional significance. Plant Sci. 2012. Vol. 196. P. 67–76. doi:10.1016/j.plantsci.2012.07.014

Apel K., Hirt H. Reactive oxygen species: metabolism, oxidative stress, and signal transduction. Annu. Rev. Plant Biol. 2004. Vol. 55. P. 373–399. doi:10.1146/annurev.arplant.55.031903.141701

Beers R. F. Jr., Sizer I. W. A spectrometric method for measuring the breakdown of hydrogen peroxide by catalase. J. Biol. Chem. 1952. Vol. 195. P. 133–140.

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. Vol. 72, no. 1–2. P. 248–254.

Couée I., Sulmon C., Gouesbet G., El Amrani A. Involvement

of soluble sugars in reactive oxygen species balance and responses to oxidative stress in plants. J. Exp. Bot. 2006. Vol. 57, no. 3. P. 449–459. doi:10.1093/jxb/erj027

Desikan R., Mackerness S. A.‑H., Hancock J. T., Neill S. J. Regulation of the Arabidopsis transcriptome by oxidative stress. Plant Physiol. 2001. Vol. 127, no. 1. P. 159–172. doi: 10.1104/pp.127.1.159

Duroux L., Welinder K. G. The peroxidase gene family in plants: a phylogenetic overview. J. Mol. Evol. 2003. Vol. 57, no. 4. P. 397–407. doi: 10.1007/s00239‑003‑2489‑3

Jansen M. A. K., Van den Noort R. E., Tan M. Y., Prinsen E., Lagrimini L. M., Thorneley R. N. Phenoloxidizing peroxidases contribute to the protection of plants from ultraviolet radiation stress. Plant Physiol. 2001. Vol. 126, no. 3. P. 1012–1023. doi: 10.1104/pp.126.3.1012

Mhamdi A., Queval G., Chaouch S., Vanderauwera S., Van Breusegem F., Noctor G. Catalase function in plants: a focus on Arabidopsis mutants as stress-mimic models. J. Exp. Bot. 2010. Vol. 61, no. 15. P. 4197–4220. doi: 10.1093/jxb/erq282

Prochazkova D., Sairam R. K., Srivastava G. C., Singh D. V. Oxidative stress and antioxidant activity as the basis of senescence in maize leaves. Plant Sci. 2001. Vol. 161, no. 4. P. 765–771. doi: 10.1016/S0168-9452(01)00462-9

Rizhsky L., Hallak-Herr E., Van Breusegem F., Rachmilevitch

S., Barr J. E., Rodermel S., Inzé D., Mittler R. Double antisense plants lacking ascorbate peroxidase and catalase are less sensitive to oxidative stress than single antisense plants lacking ascorbate peroxidase or catalase. Plant J. 2002. Vol. 32, no. 3. P. 329–342. doi:10.1046/j.1365-313X.2002.01427.x

Sairam R. K., Singh D. V., Srivastava G. C. Changes in activity of activity of antioxidant enzymes in sunflower leaves of different ages. Biol. Plant. 2003. Vol. 47, no. 1. P. 61–66. doi: 10.1023/A:1027328814591

Wellen K. E., Thompson C. B. Cellular metabolic stress: Considering how cells respond to nutrient excess. Mol. Cell. 2010. Vol. 40, no. 2. P. 323–332. doi: 10.1016/j. molcel. 2010.10.004

Willekens H., Inzé D., Van Montagu M., Van Camp W. Catalases in plants. Molecular Breeding. 1995. Vol. 1, no. 3. P. 207–228. doi: 10.1007/BF02277422




DOI: http://dx.doi.org/10.17076/eb460

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.


© Труды КарНЦ РАН, 2014-2019