Фізіологія рослин і генетика 2018, том 50, № 1, 29-38, doi: https://doi.org/10.15407/frg2018.01.029

ВПЛИВ ДОНОРА СІРКОВОДНЮ НА СТАН АНТИОКСИДАНТНОЇ СИСТЕМИ ПРОРОСТКІВ ПШЕНИЦІ ЗА ОСМОТИЧНОГО СТРЕСУ

Колупаєв Ю.Є.1,2, Фірсова К.М.1, Швиденко М.В.1, Ястреб Т.О.1

  1. Харківський національний аграрний університет ім. В.В. Докучаєва 62483 Харків, п/в Докучаєвське-2
  2. Харківський національний університет ім. В.Н. Каразіна 61022 Харків, майдан Свободи, 4

Досліджували вплив донора сірководню гідросульфіду натрію (NaHS) на стійкість етіольованих проростків пшениці (Triticum aestivum L.) до осмотичного стресу, спричинюваного 12 %-м ПЕГ 6000. Обробка NaHS концентраціями 0,1; 0,5; 1 мМ ослаблювала пригнічення росту коренів і пагонів під дією ПЕГ, підвищувала вміст води у проростках. Найпомітніший осмопро­текторний ефект донор сірководню чинив за концентрації 0,5 мМ. Під його впливом у звичайних умовах та за осмотичного стресу підвищувалась активність антиоксидантних ферментів каталази і гваяколпероксидази, водночас активність супероксиддисмутази (СОД) істотно не змінювалась. Осмотичний стрес спричинював дворазове збільшення вмісту проліну в пагонах проростків, обробка NaHS додатково його підвищувала. Під впливом донора сірковод­ню вміст антоціанів у пагонах зростав за звичайних умов і стабілізувався за стресових. Обробка проростків NaHS ослаблювала спричинюваний дією ПЕГ окиснювальний стрес, що виявлялося у зниженні вмісту пероксиду водню і малонового діальдегіду (МДА) в проростках. Зроблено висновок, що індуковане донором Н2S підвищення стійкості проростків пшениці до осмотичного стресу пов’язане з активуванням антиоксидантної та осмопротекторної систем.

Ключові слова: Triticum aestivum L., сірководень, осмотичний стрес, антиоксидантні ферменти, пролін, антоціани

Фізіологія рослин і генетика
2018, том 50, № 1, 29-38

Повний текст та додаткові матеріали

У вільному доступі: PDF  

Цитована література

1. Zagoskina, N.V., Olenichenko, N.A. & Nazarenko L.V. (2011). The effect of short-term action of hypothermia on the activity of antioxidant enzymes and the content of phenolic compounds in the leaves of seedlings of spring and winter wheat. Vіsnik Harkіvskogo natsіonalnogo unіversitetu. Biolohiia, 3(24), pp. 25-34 [in Russian].

2. Kolupaev, Yu.E. (2016). Antioxidants of the plant cell, their role in ROS signaling and plant resistance. Uspehi sovremennoy biologii., 136, No 2, pp. 181-198.

3. Morgun, V.V., Dubrovna, O.V. & Morgun, B.V. (2016). Modern biotechnologies for wheat-resistant plants. Fiziol. rast. genet., 48, No 3, pp. 196-214 [in Ukrainian].

4. Ostapchenko, L.I., Sinelnik, T.B. & Kompanets, I.V. (2016). Biological membranes and bases of intracellular signaling. Theoretical aspects. K.: VPTS «Kiyivskiy universitet» [in Ukrainian].

5. Shakirova, F.M. (2001). Nonspecific resistance of plants to stress factors and its regulation. Ufa: Gilem.

6. Bates, L.S., Walden, R.P. & Tear, G.D. (1973). Rapid determination of free proline for water stress studies. Plant Soil., 39, pp. 205-210 [in Russian]. https://doi.org/10.1007/BF00018060

7. Chen, J., Shang, Y.T., Wang, W.H., Chen, X.Y., He, E.M., Zheng, H.L. & Shangguan, Z. (2016). Hydrogen sulfide-mediated polyamines and sugar changes are involved in hydrogen sulfide-induced drought tolerance in Spinacia oleracea seedlings. Front. Plant Sci. 7: 1173. https://doi.org/10.3389/fpls.2016.01173

8. Es-Safi, N.E., Ghidouche, S. & Ducrot, P.H. (2007). Flavonoids: hemisynthesis, reactivity, characterization and free radical scavenging activity. Molecules, 12, pp. 2228-2258. https://doi.org/10.3390/12092228

9. 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. Journal of Plant Physiology, 59, pp. 333-338. https://doi.org/10.1134/S1021443712030065

10. Fu, P.N., Wang, W.J., Hou, L.X. & Liu, X. (2013). Hydrogen sulfide is involved in the chilling stress response in Vitis vinifera L. Acta Soc. Bot. Pol., 82, pp. 295-302. https://doi.org/10.5586/asbp.2013.031

11. Gadalla, M.M. & Snyder, S.H. (2010). Hydrogen sulfide as a gasotransmitter . J. Neurochem, 113, pp. 14-26. https://doi.org/10.1111/j.1471-4159.2010.06580.x

12. Hancock, J.T. & Whiteman, M. (2014). Hydrogen sulfide and cell signaling: Team player of feferee?. Plant Physiol. Biochem., 78, pp. 37-42. https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2014.02.012

13. Islam, M.M., Hoque, M.A., Okuma, E., Banu, M.N., Shimoishi, Y., Nakamura, Y & Murata, Y. (2009). Exogenous proline and glycinebetaine increase antioxidant enzyme activities and confer tolerance to cadmium stress in cultured tobacco cells. Journal of Plant Physiology, 166, pp. 1587-1597. https://doi.org/10.1016/j.jplph.2009.04.002

14. Jin, Z.P., Shen, J.J., Qiao, Z.J., Yang, G., Wang, R. & Pei, Y. (2011). Hydrogen sulfide improves drought resistance in Arabidopsis thaliana. Biochem. Biophys. Res. Commun, 414, pp. 481- 486. https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2011.09.090

15. Karpets, Yu.V., Kolypaev, Yu.E., Lugovaya, A.A. & Oboznyi, A.I. (2014). Effect of jasmonic acid on the pro-/antioxidant system of wheat coleoptiles as related to hyperthermia tolerance. Russian Journal of Plant Physiology, 61, pp. 339-346. https://doi.org/10.1134/S102144371402006X

16. Khlestkina, E.K. (2013). The adaptive role of flavonoids: emphasis on cereals // Cereal Res. Commun, 41, pp. 185—198. doi: https://doi.org/10.1556/CRC.2013.0004. https://doi.org/10.1556/CRC.2013.0004

17. Kolupaev, Yu.E., Firsova, E.N., Yastreb, T.O. & Lugovaya, A.A. (2017). The participation of calcium ions and reactive oxygen species in the induction of antioxidant enzymes and heat resistance in plant cells by hydrogen sulfide donor. Applied Biochemistry Microboilogy, 53, pp. 573-579. https://doi.org/10.1134/S0003683817050088

18. Kolupaev, Yu.E., Karpets, Yu.V., Yastreb, T.O., Firsova, E.N. Protective effect of inhibitors of succinate dehydrogenase on wheat seedlings during osmotic stress // Ibid. — P. 353—358.

19. Lai, D.W., Mao, Y., Zhou, H., Li, F., Wu, M., Zhanq, J., He,Z., Cui, W. & Xie, Y. (2014). Endogenous hydrogen sulfide enhances salt tolerance by coupling the reestablishment of redox homeostasis and preventing salt-induced K+ loss in seedlings of Medicago sativa. Plant Sci., 225, pp. 117-129. https://doi.org/10.1016/j.plantsci.2014.06.006

20. Li, H., Li, M., Wei, X., Zhanq, X., Xue, R., Zhao, Y. & Zhao, H. (2017). Transcriptome analysis of drought responsive genes regulated by hydrogen sulfide in wheat (Triticum aestivum L.) leaves. Mol. Genet. Genomics. doi: https//doi:10.1007/s00438-017—1330—4. https://doi.org/10.1007/s00438-017-1330-4

21. Li, Q., Wang, Z., Zhao, Y., Zhanq, X., Zhanq, S., Bo, L., Wanq, Y., Dinq, 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. doi: https//doi: 10.1007/s00299-016—1952—8. https://doi.org/10.1007/s00299-016-1952-8

22. Lisjak, M., Teklic, T., Wilson, I.D., Whiteman, M. & Hancock, J.T. (2013). Hydrogen sulfide: environmental factor or signalling molecule?. Plant Cell Environ, 36, pp. 1607-1616. https://doi.org/10.1111/pce.12073

23. Li, S.P., Hu, K.D., Hu, L.Y., Li, Y.H., Jianq, A.M., Xiao, F., Han, Y., Liu, Y.S. & Zhanq, H. (2014). Hydrogen sulfide alleviates postharvest senescence of broccoli by modulating antioxidant defense and senescencerelated gene expression. J. Agric. Food Chem., 62, pp. 1119-1129. https://doi.org/10.1021/jf4047122

24. Li, Z.G., Luo, L.J. & Sun, Y.F. (2015). Signal crosstalk between nitric oxide and hydrogen sulfide may be involved in hydrogen peroxide induced thermotolerance in maize seedlings. Russian Journal of. Plant Physiology, 62, pp. 507-514. https://doi.org/10.1134/S1021443715030127

25. Li, Z.G. (2015). Synergistic effect of antioxidant system and osmolyte in hydrogen sulfide and salicylic acid crosstalk-induced heat tolerance in maize (Zea mays L.) seedlings. Plant Signal. Behav. 10:9. — e1051278.

26. Li, Z.G., Yang, S.Z., Long, W.B., Yang, G.X & Shen, Z.Z. (2013). Hydrogen sulfide may be a novel downstream signal molecule in nitric oxide-induced heat tolerance of maize (Zea mays L.) seedlings. Plant Cell Environ, 36, pp. 1564-1572. https://doi.org/10.1111/pce.12092

27. Liu, J., Zhang, H., Yin, Y. & Chen, H. (2017). Effects of exogenous hydrogen sulfide on antioxidant metabolism of rice seed germinated under drought stress. Journal of Southern Agriculture. 48, pp. 31-37.

28. Ma, D., Ding, H., Wang, C., Qin, H., Han, Q., Hou, J., Lu, H., Xie, Y & Guo, T. (2017). Alleviation of drought stress by hydrogen sulfide is partially related to the abscisic acid signaling pathway in wheat. PLoS One.

29. Nogues, S.& Baker, N.R. (2000). Effects of drought on photosynthesis in Mediterranean plants grown under UV-B radiation. J. Exp. Bot., 51, pp. 1309-1317. https://doi.org/10.1093/jexbot/51.348.1309

30. Radyukina, N.L., Toaima, V.I.M. & Zaripova, N.R. (2012). The involvement of low-molecular antioxidants in cross-adaptation of medicine plants to successive action of UV-B radiation and salinity. Russian Journal of Plant Physiology, 59, pp. 71—78. https://doi.org/10.1134/S1021443712010165

31. Sagisaka, S. (1976). The occurrence of peroxide in a perrennial plant, Populus gelrica. Plant Physiology, 57, pp. 308-309. https://doi.org/10.1104/pp.57.2.308

32. Shan, C., Zhang, S. & Zhou, Y. (2017). Hydrogen sulfide is involved in the regulation of ascorbate-glutathione cycle by exogenous ABA in wheat seedling leaves under osmotic stress. Cereal Research. Communications, 45, pp. 411-420. doi: https//doi.org/10.1556/0806.45.2017.021. https://doi.org/10.1556/0806.45.2017.021

33. Tian, B., Qiao, Z., Zhang, L., Li, H. & Pei, Y. (2016). Hydrogen sulfide and proline cooperate to alleviate cadmium stress in foxtail millet seedlings. Plant Physiol. Biochem., 109, pp. 293-299. https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2016.10.006

34. Yu, L., Zhang, C., Shang, H., Wang, X., Wei, M., Yang, F & Shi, Q. (2013). Exogenous hydrogen sulfide enhanced antioxidant capacity, amylase activities and salt tolerance of cucumber hypocotyls and radicles. Journal of Integrative Agriculture, 12, pp. 445-456. https://doi.org/10.1016/S2095-3119(13)60245-2

35. Zhang, H., Wang, M.J., Hu, L.Y., Wang, S.H., Hu, K.D., Bao, L. J & Luo, J.P. (2010). Hydrogen sulfide promotes wheat seed germination under osmotic stress. Russian Journal of Plant Physiology, 57, pp. 532-539. https://doi.org/10.1134/S1021443710040114