Устойчивость растений к стрессовым факторам в значительной степени определяется их антиоксидaнтным статусом, т.е. способностью поддерживать балaнс между прооксидaнтными и aнтиоксидантными реaкциями, протекaющими в клетке. Под действием тяжелых металлов содержание aктивных форм кислородa (АФК) в клетке может резко увеличивaться, что приводит к нарушению рaвновесия и рaзвитию окислительного стресса [7].
Целью работы было исследование влияние ионов цинка на уровень антиоксидантов в проростках ржи посевной сорта Пуховчанка (Secale cereale L).
Актуальность работы не вызывает сомнений, потому что такой микроэлемент, как цинк в небольших количествах необходим для нормальной жизнедеятельности растений. Однако, в высоких концентрациях подавляет их рост и влияет на жизнеспособность рaстений, нaрушая физиолого-биохимические процессы в клетках.
Полученные данные позволяют рассматривать содержание различных антиоксидантов в растениях, с одной стороны, как индикаторов загрязнения окружающей среды, а с другой, дают возможность оценить адаптационный потенциал растений к неблагоприятным экологическим факторам.
Проведение эксперимента можно описать следующим образом. Исследовались 7-дневные проростки ржи посевной сорта Пуховчанка (Secale cereale L.). Семена ржи посевной проращивались в чашках Петри, содержащих водные растворы цинка различных концентраций: 5, 50, 100, 500, 1000 мкмоль/л. Влияние цинка на растения сравнивали с контрольным вариантом – семенами, пророщенными в бидистиллированной воде.
Дальнейшие исследования проводились с помощью 2 методов. Спектрофотометрическим методом определялось содержание антоцианов, лейкоантоцианов, катехинов, полифелонов и антирадикальная активность. Амперометрическим методом определось содержание водорастворимых антиоксидантов. Для сравнительной биологической оценки степени токсичности цинка были использованы такие показатели, как процент всхожести, длинна и биомасса проростков и корней.
Рассмотрим полученные результаты.
Изучение влияния различных концентраций цинка на прорастание семян показало, что максимальное количество проросших семян наблюдалось при концентрации цинка 50 мкмоль/л (рис. 1). При концентрациях свыше 500 мкмоль/л наблюдалось угнетение прорастания по сравнению с контролем.
Максимальная длина и биомасса проростков зафиксированы в контрольном варианте, максимальная длина и биомасса корней – при концентрации цинка 5 мкмоль/л.
Таким образом, соли цинка при невысоких концентрациях оказывают положительное влияние, так как цинк в небольших концентрациях является необходимым для растений, но при высоких концентрациях выступает как ТМ и подавляет развитие растения.
В ходе работы также изучалось влияние различных концентраций цинка на уровень антиоксидантов в проростках ржи посевной.
Уровень катехинов, антоцианов, полифенолов был наибольшим при концентрациях цинка 500-1000 мкмоль/л. Например, содержание катехинов в 5 раз превышало данный показатель по сравнению с растениями, пророщенными при других вариантах концентраций металла в растворе (рис. 2).
Рис. 1. Количество проросших семян ржи посевной при различных концентрациях ионов цинка
Рис. 2. Влияние различных концентраций ионов цинка на уровень катехинов в проростках ржи посевной
Рис. 3. Влияние различных концентраций ионов цинка на антирадикальную активность экстрактов проростков ржи посевной
Повышение содержания антоцианов, катехинов и полифенолов является ответной реакцией растения, которое направлено на снижение окислительных повреждений, вызванных действием цинка.
Кроме того, исследовалась антирадикальная активность экстрактов растений, выращенных при различных концентрациях цинка.
Максимальное содержание водорастворимых антиоксидантов, антирадикальная активность отмечены при концентрациях цинка 50 мкмоль/л (рис. 3), лейкоантоцианов – в контрольном варианте. Повышенные концентрации цинка оказывают ингибирующее действие на накопление растениями лейкоантоцианов [6].
Таким образом, доступность ионов цинка для растений определяет не только их способность расти и развиваться, но и влияет на уровень антиоксидантов в них. Действие избытка тяжелых металлов проявляется в угнетении роста, задержке прорастания семян, нарушении хода метаболических процессов в растительном организме [2, 4]. Однако первичные изменения под действием тяжелых металлов происходят на клеточном и субклеточном уровнях и выражаются в генерации активных форм кислорода (АФК) и возникновении окислительного стресса [1, 3, 5].