Проблема биохимической адаптации живых организмов к постоянно меняющимся условиям внешней среды является одной из центральных в современных биологических исследованиях. Соответствующее направление сравнительно молодо и стало активно развиваться в последней четверти ХХ века. Исследования проблемы адаптации на биохимическом уровне позволяют вскрыть тонкие механизмы взаимоотношения организма с окружающей средой и сохранения гомеостаза [1]. Общие закономерности стратегии биохимической адаптации животных достаточно широко изучены, однако для растений, особенно культурных, обобщения такого масштаба отсутствуют.
К биохимическим тест-системам, пригодным для оценки окружающей среды относятся, прежде всего, ферменты, как универсальные катализаторы и регуляторы обменных процессов в живой природе. Именно с регуляции метаболических процессов формируются первичные адаптивные реакции организма. Отзывчивость ферментных систем к изменениям условий среды неоднократно отмечена в литературе [2, 3]. Поэтому обнаружение ферментов-маркеров важно для быстрого и доступного изучения процессов биохимической адаптации и решения практических задач селекции. Соя - важнейшая белково-масличная культура мирового значения. Основным районом возделывания сои в нашей стране является Амурская область.
Целью исследования явилось изучение влияния метеорологических условий года на изменчивость электрофоретических спектров некоторых ферментов в семенах сои.
Материалом для исследований служила коллекция тридцати сортообразцов семян сои различного эколого-географического происхождения, полученная из ГНЦ ВИР РАСХН (г. Санкт-Петербург). Сою выращивали в 2000-2002 годах в учебном хозяйстве Дальневосточного Аграрного Университета. Электрофоретические спектры ферментов выявляли методом энзимэлектрофореза в полиакриламидном геле по Дэвису [4]. Окрашивание на геле зон с ферментативной активностью проводили гистохимическими методами [5].
Вегетационные периоды в годы исследований имели некоторые отличия от среднемноголетних по температурному режиму и количеству осадков. В 2000 году в период вегетации стояла жаркая погода, почти на 2 оС выше нормы, поэтому сумма активных температур была на 14 % выше нормы. Недостаток влаги отмечен в течение всего вегетационного периода года, что сказалось на развитии сои. Но позднее наступление заморозков позволило получить физиологически зрелые семена. 2001 год по температурным условиям соответствовал среднемноголетним данным. Дефицит влаги в течение всего периода вегетации сои был в этом году основным лимитирующим фактором для формирования урожая. Вегетационный период 2002 года оказался благоприятным для роста и развития сои по сравнению с предыдущими годами и соответствовал среднемноголетним данным.
В результате исследования электрофоретических спектров пяти ферментов основных метаболических путей в семенах сои выявлено, что в условиях 2000 года пероксидаза отличалась самой низкой гетерогенностью. Среди сортообразцов установлено от 2 до 5 форм фермента. Наиболее распространенными были две формы со средней электрофоретической подвижностью, остальные были минорными. В 2001 году, самыми распространенными были пять форм с невысокой и одна со средней электрофоретической подвижностью. Среди исследованных сортообразцов сои установлено от 5 до 11 форм пероксидазы. В 2002 году большинство сортообразцов имели от 2 до 6 форм. В этом году часто встречаемыми были форма с невысокой и две формы со средней электрофоретической подвижностью. Вероятно, высокая гетерогеность пероксидазы в семенах сои в 2001 году, обусловлена значительными осадками.
Количественные и качественные изменения спектров выявлены и для каталазы. За годы исследований в семенах сортообразцов сои выявлено 8 форм каталазы. В условиях 2000 года установили, что больше половины исследованных сортообразцов содержат две формы фермента со средней электрофоретической подвижностью и четыре формы с невысокой электрофоретической подвижностью. В условиях 2001 года выявлена невысокая гетерогенность каталазы. В этом году для большинства сортообразцов сои установлена одна форма фермента с невысокой и две с низкой электрофоретической подвижностью. Остальные формы были минорными. В 2002 году для всех сортообразцов сои установлена одна форма каталазы с невысокой и одна со средней электрофоретической подвижностью. Остальные формы представлены для немногих исследованных сортообразцов.
Для амилазного комплекса семян сои в 2000 - 2002 гг выявлены 10 форм. В условиях 2000 года установлена самая высокая гетерогенность фермента для всех исследованных сортообразцов сои. Наибольшей встречаемостью выделились две формы со средней и три с низкой электрофоретической подвижностью. В 2001 году амилазный комплекс наоборот отличился невысокой гетерогенностью. Наибольшей встречаемостью отличились одна форма амилазы со средней и одна с невысокой электрофоретической подвижностью. В 2002 году амилазный комплекс семян сои незначительно отличался от 2001 года.
Эстеразный комплекс в исследованных семенах сои коллекции ВИР представлен 14 формами. В результате исследования в 2000 году для всех сортообразцов сои установлены девять форм фермента с разнообразной электрофоретической подвижностью. Пять сортообразцов имели дополнительную форму эстеразы. Небольшое количество форм фермента установлено для сортообразцов, содержащих в родословной дикую сою. В 2001 году эстеразный комплекс семян сои имел самую низкую гетерогенность. Для большинства сортов, выращенных в условиях этого года характерна одна форма фермента с высокой электрофоретической подвижностью. Практически отсутствовали формы эстеразы со средней электрофоретической подвижностью, имевшие дополнительные формы в 2000 году. В 2002 году почти для всех сортообразцов сои выявлена одна форма с невысокой и две с высокой электрофоретической подвижностью.
В семенах исследуемых сортообразцов сои выявлены 13 форм кислой фосфатазы. В 2000 году установлена высокая гетерогенность фермента. Наибольшей встречаемостью отличились шесть форм этого фермента с невысокой электрофоретической подвижностью. В этом году каждый сортообразец сои также содержал формы с высокой электрофоретической подвижностью, которые были минорными в дальнейших исследованиях. В 2001 и 2002 году почти все исследованные сортообразцы содержали от 3 до 6 форм кислой фосфатазы, причем одна форма была с невысокой и одна со средней электрофоретической подвижностью.
В результате исследований установлено, что сложные метеорологические условия 2000 и 2001 года значительно повлияли на распределение электрофоретических спектров исследуемых ферментов. В условиях 2000 года, когда в течение вегетационного периода стояла жаркая погода, в семенах сои выявлена самая низкая гетерогенность пероксидазы и высокая гетерогенность каталазы, кислой фосфатазы, амилазного и эстеразного комплексов. Недостаток осадков в 2001 году наоборот вызвал увеличение множественных форм пероксидазы и снижение гетерогенности других исследуемых ферментов. В 2000 - 2001 гг., в условиях стресса, установлена обратная зависимость между количеством множественных форм пероксидазы и каталазы.
Таким образом, различные условия выращивания сои в исследуемые годы приводят к изменению гетерогенности ферментов основных метаболических путей, что свидетельствует о качественной стратегии биохимической адаптации растений, степень которой зависит от стрессора.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
- Хочачко П. Биохимическая адаптация / П. Хочачко, Дж. Сомеро. - М.: Мир, 1988. - 568 с.
- Лукъянова О.Н. Молекулярные биомаркеры / О.Н. Лукъянова. - Владивосток: Изд-во ДВГАЭУ, 2001. - 196 с.
- Цветков И.Л. Кислая фосфатаза гидробионтов как фермент индикатор биохимической адаптации к воздействиям токсических веществ / И.Л. Цветков, [и др.]. // Известия А.Н. (серия биология). - 1997.- № 5. - С. 539-545.
- Devis B. J. Disc electrophoresis. 11. Method and application to human serum proteinse / B.J. Devis. // Ann. N.Y.Acad. Sci. - 1964. - V. 121. - № 1. - P. 404-427.
- Левитес, Е. В. Генетика изоферментов растений / Е. В. Левитес. - Новосибирск: Наука, 1986. - 145 с.
Библиографическая ссылка
Иваченко Л.Е. РОЛЬ МНОЖЕСТВЕННЫХ ФОРМ ФЕРМЕНТОВ СОИ В ПРОЦЕССЕ БИОХИМИЧЕСКОЙ АДАПТАЦИИ К УСЛОВИЯМ ВЫРАЩИВАНИЯ // Успехи современного естествознания. – 2010. – № 9. – С. 96-98;URL: https://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=8820 (дата обращения: 19.04.2024).