Определение каталазной и пероксидазной активности в тканях высшего водного растения

Проанализировав данные рисунка  2.9 можно сказать, что после 3 суточного воздействия сочетанного действия ионов свинца (C – 100мкМ) и катионных СПАВ (1%)  каталазная активность в опытной группе растений, была достоверно выше контрольной группы в 5 раз.

       

Рис. 2.9. Динамика каталазной активности в период инкубации в среде, содержащей ионы свинца и катионные поверхностно-активные вещества, а также во время реабилитации.

* – степень  достоверности р‹ 0,001

 

После реабилитации растений роголистника в чистой воде каталазная активность в опытной группе еще более значительно повысилась относительно контроля, а также по сравнению с пробами, исследованными на 3 сутки эксперимента, – 14 и 3 раза соответственно. Одна из главных причин многократного повышения каталазной активности – индукция синтеза фермента.

Из экспериментальных  данных получено, что ионы свинца и  высокотемпературный стресс оказывают  разнонаправленное действие на каталазную активность C. demersum. После трёх суток инкубации в среде 100 мкМоль/л ионов свинца ферментативная активность снизилась на 46%, тогда как инкубация при температуре 36ºС в течение трёх суток привела к повышению каталазной активности в 34 раза, однако сочетанное действие стрессовых факторов вызвало снижение ферментативной активности в 33 раза.  Вероятной причиной повышения каталазной активности при высокотемпературном стрессе скорее всего связано с уменьшением энергии активации и ускорением ферментативной реакции вследствие повышения температуры. Температурный оптимум для C. demersum составляет 30ºС, 36ºС – уже стрессовая температура. В опыте с сочетанным действием каталазная активность многократно понизилась, так как повышенная температура увеличила растворимость соли свинца и активность ионов, что вызвало более выраженные повреждения молекул фермента.

О силе действия стрессоров следует судить по данным реабилитации. Реабилитация от высокотемпературного стресса привела к снижению ферментативной активности на 42%, что может быть связано с истощением пула фермента. Реабилитация от сочетанного действия стрессоров – высокой температуры (36⁰С) и  ионов свинца (100 мкМ)   прошла хуже: каталазная активность составила всего 20% от контрольных значений. Таким образом, сочетанное действие факторов приводит к малообратимым нарушения работы фермента.

Действие стрессовых факторов привело к снижению ПО активности опытной группы на 97% относительно контроля.

В период реабилитации ПО ниже, относительно контроля на 20 %, а по сравнению с 3сутками воздействия выше на 17 %.

Вероятная причина  снижения каталазной активности – повреждающее действие ионов свинца, более активных при повышении температуры.

В опыте с  сочетанным действием стрессоров -  высокой температуры (36⁰С) и катионных СПАВ (1%)  каталазная активность повысилась в 4 раза.

В период реабилитации каталазная активность выше, относительно контроля в 3 раза. Вероятно, причина многократного повышения каталзной активности – индукция синтеза фермента в связи с возросшими потребностями клетки в дыхании из-за плёнок ПАВ (рис. 2.10).

 

Рис. 2.10. Динамика каталазной активности в период инкубации при 36⁰С в присутствии катионных поверхностно-активных веществ и во время реабилитации,

          * – степень достоверности р‹ 0,01 

** – степень  достоверности р‹ 0,001

 

Действие стрессовых факторов привело к повышению каталазной активности опытной группы на 70% относительно контроля. Возможно, причина повышения ферментативной активности – компенсация возросших потребностей в дыхании и ликвидации АФК.

В период реабилитации каталазная активность вернулась к  контрольным значениям (рис. 2.11).

           

Рис. 2.11. Динамика каталазной активности в период инкубации при 36⁰С в присутствии ионов свинца, катионных поверхностно-активных веществ и во время реабилитации.

           * – степень достоверности р‹ 0,001

 

Действие ионов  свинца приводит к снижению пероксидазной и каталазной активности. Каталазная активность восстановилась на пятые сутки реабилитации, а ПО нет.

Действие ПАВ  приводит к многократному повышению  ПО и каталазной активности.

При сочетанном действие ионов свинца и ПАВ, ПАВ и температуры, ионов свинца, ПАВ и температуры, преобладающий негативный эффект – это эффект воздействия кПАВ. Это солюбилизация мембран и образование плёнок на границе раздела сред.

Ферментативная активность повысилась на 3 сутки инкубации и 5 сутки реабилитации.

Температура привела  к повышению ферментативной активности ПО и каталазной в пределах 50%.

Сочетанное  действие ионов свинца и температуры  привело к значительному снижению ферментативной активности до 10 раз.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВЫВОДЫ

1. В опыте  с ионами свинца в концентрации 100 мкМ было установлено понижение  пероксидазной активности в 3раза  после периода инкубации и  в 6 раз после периода реабилитации. Каталазная активность после трёх суток инкубации снизилась на 46%. После пяти суток реабилитации от среды с ионами свинца каталазная активность восстановила своё значение до контрольных и даже превысила его на 44%.

2. В опыте  с катионами СПАВ в концентрации 1% было установлено повышение пероксидазной активности в 3 раза после периода инкубации, а после периода реабилитации понижение в 2 раза. Каталазная активность после 3 суток инкубации превысила контрольные значения в 19 раз. В период реабилитации каталазная активность снизилась и составила 72% от контрольного значения.

3. После 3 суточного воздействия сочетанного действия ионов свинца (C – 100мкМ) и катионных СПАВ (1%) ПО активность в опытной группе растений была  выше контрольной группы в 3 раза после периода инкубации. После реабилитации ПО активность в опытной группе еще более значительно повысилась относительно контроля, и по сравнению с пробами, исследованными на 3 сутки эксперимента, – 19 и 6 раз соответственно. Каталазная активность после 3 суточного воздействия в опытной группе растений, была достоверно выше контрольной группы в 5 раз. После реабилитации растений роголистника в чистой воде ПО активность в опытной группе еще более значительно повысилась относительно контроля, а также по сравнению с пробами, исследованными на 3 сутки эксперимента, – 14 и 3 раза соответственно.

4. Высокотемпературный стресс снизил ПО активность на 11%, а после реабилитации ПО активность повысилась на 32 %. Инкубация при температуре 36ºС в течение трёх суток привела к повышению каталазной активности в 34 раза, а реабилитация от высокотемпературного стресса привела к снижение каталазной активности на 42%.

5. ПО активность  после 3-суточного сочетанного  действия стрессоров – высокой температуры (36⁰С) и  ионов свинца (100 мкМ) в опытной группе растений была ниже значений контрольной группы на 73 %, а в период реабилитации ПО ниже, относительно контроля на 99%, а также ниже по сравнению к третьим сутками воздействия на 27%. Каталазная активность после 3 суток инкубации была ниже контрольных значений в 33 раза.

6. После 3 суточного  воздействия сочетанного действия стрессоров – высокой температуры (36⁰С) и катионных СПАВ (1%) ПО активность в опытной группе растений, была достоверно выше контрольной группы на 20%, а в период реабилитации значения ПО активности вернулись к контрольным значения. Каталазная активность после 3 суточного воздействия в опытной группе растений, была выше контрольной группы в 4 раза, а в период реабилитации каталазная активность выше относительно контроля в 3 раза.

7. После 3 суточного воздействия сочетанного действия стрессоров – высокой температуры (36⁰С), ионов свинца (100 мкМ) и катионных СПАВ (1%)  ПО активность в опытной группе растений, была ниже контрольной группы на 24%, а в период реабилитации ниже на 21%. Действие стрессовых факторов привело к повышению каталазной активности опытной группы на 70% относительно контроля, а в период реабилитации  каталазная активность вернулась к контрольным значениям.

 

 

 

 

 

 

 

СПИСОК  ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Абрамзон А.  А., Бочаров В. В., Гаева Г. М. ПАВ. Л.: Химия, 1979. 376 с.

2. Айздайчер  Н.А., Маркина Ж.В. Токсическое действие детергентов на водоросль Plagioselmis prolonga (Cryptophyta) // Биол. моря , 2006. Т. 32. № 1. С. 50–54.

3. Алехина Н.  Д. Физиология растений. М.: «Академия», 2005. 640 с.

4. Андреева В.А. Фермент пероксидаза. Участие в защитном механизме растений. М.: наука,1988. 128 с.

5. Анисимова А. А., Леонтьева А. Н. Основы биохимии. М.: Высшая школа, 1986. 551 с.

6. Астафьева Л. С. Экологическая химия. М.: «Академия», 2006. 224 с.

7. Башкин В. Н. Оценка экологического риска при расчетах критических нагрузок поллютантов на экосистемы // География и природные ресурсы. 1999. №1. 39 с.

8. Будников Г. К. Тяжёлые металлы в экологическом мониторинге водных систем // Соросовский образовательный журнал, 1998. №5. С. 23-29.

9. Веселова Т. В., Веселовский В. А. Стресс у растений. М.: Изд-во Московского ун-та, 1993. 144 с.

10. Владимиров Ю.А. Свободные радикалы в биологических системах // Соросовский образовательный журнал, 2000. Т. 6. № 12. С. 13-19.

11. Воронков Л.А., Живописцева И.В. Изучение каталитических свойств пероксидазы хлоропластов // Физиология и биохимия здорового и больного растения. М.: Изд-во МГУ, 1970. С. 305–311.

12. Вронский В. А. Прикладная экология. Ростов н/Д.: Феникс, 1996. 512 с.

13. Газарян И. Г. Хушпульян Д. М. Особенности структуры  и механизма действия пероксидаз растений // Успехи биологической химии , 2006. Т. 46. 322 с.

14. Гарифзянов А.Р., Жуков Н.Н., Иванищев В.В. Образование и физиологические реакции активных форм кислорода в клетках растений // Актуальные вопросы науки и образования, 2012. №2. 350 с.

15. Гейнрих Д., Гергт М. Экология. М.: Рыбари, 2003. 287 с.

16. Горышина Т. К. Экология растений. М.: Высшая школа, 1979. 368 с.

17. Губанов И. А., Киселёва К. В. Определитель сосудистых растений центра Европейской России. М.: АРГУС, 1995. 561 с.

18. Давыдова С. Л. О токсичности ионов металлов. М.: Знание, 1991. 32 с.

19. Давлетшин А. И., Калабина Н. А., Зайцев С. Ю., Егоров В. В. Влияние поверхностно-активных веществ на активность пероксидазы. II. Влияние катионных ПАВ // Биоорган. Химия, 1998. Т. 24. № 6. С. 430–432.

20. Давлетшин А. И., Сильвестрова И. Г., Зубов В. П, Егоров В.В. Влияние ПАВ различной природы на активность пероксидазы и трипсина // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 2. Химия, 1998. Т. 39. № 4. С. 272–275.

21. Давыдова С. Л. Тагасов В. И. Тяжёлые металлы как супертоксиканты XXI века. М.: Издательство Российского университета дружбы народов, 2002. 420 с.

 22. Дмитриев Л. Ф., Иванова М. В., Давлетшина Л. Н. Биохимия,  Молекулярно-клеточные механизмы инактивации свободных радикалов в   биологических системах, 1993. Т. 58, N 2. C. 255-260.

23. Ермаков А. И., Арасимович В. В., Ярош Н. П. Методы биохимического исследования растений. Л.: «Агропромиздат», 1987. 430 с.

24. Жданов В. С. Аквариумные растения. М.: Лесная пром – сть, 1987. 294 с.

25. Ипатова В. И. Адаптация водных растений к стрессовым факторам среды. М.: Графикон – принт, 2005. 224 с.

26. Киселёва К. В., Майоров С. Р. Флора средней полосы России. М.: ЗАО «Фитон +», 2010. 544 с.

27. Клёнова Н. А. Большой спецрактикум по биохимии. Самара: Самарский университет, 1996. 88 с.

28. Козюкина Ж. Т. Устойчивость растений к отрицательным факторам среды. Днепропетровск: ДГУ, 1980. 104 с.

 29. Корабанова А.  И., Сорокина Н. С., Молоднина Н. Н. и соавторы. Свинец и его действие на организм // Мед. Труда и промышленная экология, 2001. №5. 124 с.

30. Красноборов И. М. Определитель растений республики Тывы. Новосибирск СОРАН, 2007. 706 с.

31.  Кретович В. Л. Биохимия растений. М.: Высшая школа, 1986. 503 с.

32.  Кузнецов В. В. Физиология растений. М.: Высшая школа, 2006. 742 с.

33.  Ланге К. Р. Поверхностно-активные вещества. СПб.: Профессия, 2005. 430 с.

34.  Лебедев С. И. Физиология растений. М.: «Агропромиздат», 1988. 544 с.

35.  Ленинджер А. Биохимия. Молекулярные основы структуры и функции клетки. М.: «Мир», 1999. С. 390-422.

36. Ливанов П. А., Собонев М. Б., Ревич Б. А. Свинцовая опасность и здоровье населения // Рос. сем. Врач.1999, №2. С. 12.

37. Лисицына  Л. И., Папченков В. Г. Флора  водоёмов России. М.: Наука, 2000. 237 с.

38.  Лотова Л. И. Ботаника: Морфология и анатомия высших растений. М.: КомКнига, 2007. 512 с.

39. Маевский П. Ф. Флора средней полосы европейской части России. М.: Товарищество науч. изд-й КМК, 2006. 600 с.

40. Майстренко В. Н., Хамитов Р. З. Эколого-аналитический мониторинг супертоксикантов. М.: Химия, 1996. 319 с. 

41.  Маленовский В. И. Физиология растений. Владивосток: ДВГУ, 2004. 106 с.

42.  Малышев И. Ю., Манухина Е. Б. Стресс, адаптация и оксид азотa  // Биохимия, 1998. Т. 63.,вып. 7. 1006 с.

43.  Медведев С. С. Физиология растений. С. – Петерб., 2004. 336 с.

44.  Мерзляк М. Н. Активированный кислород и жизнедеятельность растений // Соросовский образовательный журнал, 1999. № 9. С. 20-26.

45. Мирошниченко О. С. Биогенез, физиологическая роль и свойства каталазы // Научно-теоритический журнал. Академия наук Украины. 1992. Т.8. №6. 230 с.

46.  Мур Дж.В. Тяжелые металлы в природных водах . М.: Мир, 1987. 378 с .