Через посилення антропогенного впливу на навколишнє середовище продуктивність біоценозів знижується. В результаті застосування фосфорних мінеральних добрив ґрунти забруднюються мікродомішками кадмію. Розглянуто використання наночастинок металів-мікроелементів як альтернативне джерело підживлення важливих сільськогосподарських культур. Досліджено вплив 0,1 мМ розчину Cd2+ і передпосівної обробки сумішшю наночастинок Cu, Zn, Mn, Fe на рослини салату Lactuca sativa L. двох відмінних за рівнем накопичення фенольних метаболітів сортів: Лоло (зелений колір надземної частини), Лоло Росса (червоний колір). Досліджено адаптивну відповідь рослин салату за допомогою аналізу вмісту первинних продуктів пероксидного окиснення ліпідів (ПОЛ) та активування антиоксидантних систем ензиматичного (активність гваяколпероксидази, фенілаланінаміакліази) й неензиматичного характеру (вміст фенольних сполук). Визначено специфіку впливу наночастинок есенціальних металів і підвищеного вмісту кадмію. Додаткове до наночастинок металів навантаження кадмієм спричинювало накопичення фенольних метаболітів (36 %) і зростання активності фенілаланінаміакліази (вдвічі) у зеленого сорту Лоло на відміну від червоного Лоло Росса. В обох сортів знижувався рівень продуктів ПОЛ наприкінці 14-добової експозиції, нівелювального впливу нанообробки на токсичну дію кадмію у них не виявлено.
Ключові слова: Lactuca sativa L., іони кадмію, наночастинки есенціальних металів, гідропероксиди ліпідів, гваяколпероксидаза, фенольні сполуки, фенілаланінаміакліаза
Повний текст та додаткові матеріали
У вільному доступі: PDFЦитована література
1. Batsmanova, L.M. & Taran, N.Yu. (2010). Screening of plant adaptive capacity by indicators of oxidative stress. Kyiv: TOV Aveha [in Ukrainian].
2. Kosyk, O.I., Khomenko, I. M., Taran, N.Yu., Aidosova, S.S. & Sarsenbaev, K.N. (2016). Resistance features of mono- and dicotyledonous plants under the action of xenobiotics. ScienceRise: Biological Science, 3, iss. 3, pp. 37-45 [in Russian].
3. Azzi, V., Kazpard, V., Lartiges, B., Kobeissi, A., Kanso, A. & El Samrani, A. G. (2017). Trace metals in phosphate fertilizers used in Eastern Mediterranean countries. Clean Air Soil Water, 45, No. 1. doi: https://doi.org/10.1002/clen.201500988
4. Bradford, M.M. (1976). A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding. Anal. Biochem., 72, pp. 248-254. https://doi.org/10.1016/0003-2697(76)90527-3
5. Cuypers, A., Smeets, K., Ruytinx, J., Opdenakker, K., Keunen, E., Remans, T., Horemans, N., Vanhoudt, N., Van Sanden, S., Van Belleghem, F., Guisez, Y., Colpaert, J. & Vangronsveld, J. (2011). The cellular redox state as a modulator in cadmium and copper responses in Arabidopsis thaliana seedlings. J. Plant Physiol., 168, pp. 309-316. https://doi.org/10.1016/j.jplph.2010.07.010
6. Dias, A. & Kosta, M. (1983). Effect of low salt concentrations on nitrate reductase and peroxidase of sugar beet leaves. J. Exp Bot., 34, pp. 537-543. https://doi.org/10.1093/jxb/34.5.537
7. Eghbaliferiz, S. & Iranshahi, M. (2016). Prooxidant activity of polyphenols, flavonoids, anthocyanins and carotenoids: Updated review of mechanisms and catalyzing metals. Phytother. Res., 30, pp. 1379-1390. doi: https://doi.org/10.1002/ptr.5643
8. Fedenko, V.S., Shemet, S.A. & Struzhko, V.S. (2005). Complexation of cyanidin with cadmium ions in solution. Ukrainian Biochem J., 77, No. 1, pp. 104-109.
9. Ghassemzadeh, F., Yousefzadeh, H. & Arbab-Zavar, M.H. (2008). Antioxidative and metabolic responses to arsenic in the common reed (Phragmites australis): implications for phytoremediation. Land Contam. Reclam., 16, pp. 213-222. https://doi.org/10.2462/09670513.872
10. Juбrez-Maldonado, A., Gonzбlez-Morales, S. & Cabrera-De la Fuente, M. (2018). Nanometals as promoters of nutraceutical quality in crop plants. Impact of Nanoscience in the Food Industry (pp. 277-310). Academic Press. doi: https://doi.org/10.1016/B978-0-12-811441-4.00010-8
11. Karimi, J. & Mohsenzadeh, S. (2017). Physiological effects of silver nanoparticles and silver nitrate toxicity in Triticum aestivum. Iranian Journal of Science and Technology, 41, No. 1, pp. 111-120. doi: https://doi:10.1007/s40995-017-0200-6 https://doi.org/10.1007/s40995-017-0200-6
12. Konotop, Ye.O., Kovalenko, M.S., Ulynets, V.Z., Meleshko, A.O., Batsmanova, L.M. & Taran, N.Yu. (2014). Phytotoxicity of colloidal solutions of metal-containing nanoparticles. Cytology and Genetics, 48, No. 2, pp. 37-42. doi: https://doi.org/10.3103/S0095452714020054
13. Kosyk, O.I., Khomenko, I.M., Batsmanova L.M. & Taran, N.Yu. (2017). Phenylalanine ammonia-lyase activity and anthocyanin content in different varieties of lettuce under the cadmium influence. The Ukrainian Biochemical Journal, 89, No. 2, pp. 85-91. doi: https://doi:10.15407/ubj89.02.085 https://doi.org/10.15407/ubj89.02.085
14. Liu, R., Zhang, H. & Lal, R. (2016). Effects of stabilized nanoparticles of copper, zinc, manganese, and iron oxides in low concentrations on lettuce (Lactuca sativa) seed germination: Nanotoxicants or nanonutrients? Water Air Soil Pollut., 227, No. 1, p. 42. doi: https://doi: 10.1007/s11270-015-2738-2 https://doi.org/10.1007/s11270-015-2738-2
15. Marchand, L., Grebenshchykova, Z. & Mench, M. (2016). Intra-specific variability of the guaiacol peroxidase (GPOD) activity in roots of Phragmites australis exposed to copper excess. Ecological Engineerin, 90, pp. 57-62. doi: https://doi: 10.1016/ j.ecoleng.2016.01.055 https://doi.org/10.1016/j.ecoleng.2016.01.055
16. Mika, A. & Lьthje, S. (2003). Properties of guaiacol peroxidase activities isolated from corn (Zea mays L.) root plasma membranes. Plant Physiol., 132, pp. 1489-1498. doi: https://doi: 10.1104/pp.103.020396 https://doi.org/10.1104/pp.103.020396
17. Park, Jong-Sug, Choung, Myoung-Gun, Kim, Jung-Bong, Hahn, Bum-Soo, Kim, Jong-Bum, Bae, Shin-Chul, Roh, Kyung-Hee, Kim, Yong-Hwan, Cheon, Choong-Ill, Sung, Mi-Kyung & Cho, Kang-Jin (2007). Genes up-regulated during red coloration in UV-B irradiated lettuce leaves. Plant Cell Rep., 26, pp. 507-516. https://doi.org/10.1007/s00299-006-0255-x
18. Park, Jong-Sug, Kim, Jung-Bong, Cho, Kang-Jin, Cheon, Choong-Ill, Sung, Mi-Kyung, Choung, Myoung-Gun & Kyung-Hee, Roh. (2008). Arabidopsis R2R3-MYB transcription factor AtMYB60 functions as a transcriptional repressor of anthocyanin biosynthesis in lettuce (Lactuca sativa). Plant Cell Rep., 27, pp. 985-994. https://doi.org/10.1007/s00299-008-0521-1
19. Smirnov, O.E., Kosyan, A.M., Kosyk, O.I. & Taran, N.Yu. (2015). Response of phenolic metabolism induced by aluminium toxicity in Fagopyrum esculentum Moench. plants. Ukr. Biochem. J., 87, No. 6, pp. 129-135. doi: https://doi.org/10.15407/ubj87.06.129
20. Taran, N., Batsmanova, L., Kovalenko, M. & Okanenko, A. (2016). Impact of metal nanoform colloidal solution on the adaptive potential of plants. Nanoscale Res Lett., 11, pp. 89-95. doi: https://doi:10.1186/s11671-016-1294-z https://doi.org/10.1186/s11671-016-1294-z
21. Zucker, M. (1969). Induction of phenylalanine ammonia-lyase in Xanthium leaf disks. Photosynthetic requirement and effect of daylength. Plant Physiol., 44, pp. 912-922. https://doi.org/10.1104/pp.44.6.912