Содержание к диссертации
Введение
1. Регуляторы роста растений как компоненты защитно-стимулирующих препаратов (обзор литературы)
1.1. Практическая значимость антистрессовых регуляторов роста 7
1.1.1. Фэтил - новый высокоэффективный регулятор роста 15 растений
1.2. Химические средства защиты сельскохозяйственных культур 23
1.2.1. Гербициды в борьбе с сорняками. Некоторые современные аспекты их молекулярного действия на растения 24
1.3. Стратегия использования защитно-стимулирующих препаратов в повышении устойчивости и продуктивности культурных растений 32
2. Материалы и методы 39
2.1. Компьютерный прогноз биологической активности синтезируемых 2-(фурил-2)-1,3-Диоксациклоалканов 39
2.2. Объект исследования 40
2.3. Постановка опытов 40
2.3.1. Постановка лабораторных опытов 40
2.3.2. Постановка полевых опытов 41
2.4. Экстрагирование фитогормоиов 41
2.5. Определение содержания фитогормоиов методом ИФА 42
2.6. Акцепторный метод определения генерации супероксид-аниона 43
2.7. Определение активности супероксиддисмутазы 44
2.8. Оценка выхода пероксида водорода в экстраклеточную среду 45
2.9. Использование микрометода для определения активности пероксид азы
2.10. Оценка выхода электролитов из растительных тканей 46
2.11. Анализ митотической активности клеток апикальной меристемы корней 47
3. Результаты исследований и их обсуждение 48
3.1. Механизмы действия 5-этил-5-гидроксиметил-2-(фурил-2)-1,3- диоксана (Фэтила) на растения пшеницы
3.1.1. Характеристика Фэтила как стимулятора ростовых процессов растений пшеницы 48
3.1.2. Механизмы защитного действия Фэтила на растения пшеницы в условиях водного стресса 56
3.1.2.1. Дефицит влаги. 57
3.1.2.2. Засоление 66
3.1.3. Анализ влияния препарата Фэтил на устойчивость пшеницы к возбудителю септориоза листьев Septoria nodorum 73
3.2. Компьютерный прогноз биологической активности 2-(фурил- 2)-1,3-диоксациклоалканов и изучение структуры молекулы Фэтила 80
3.2.1. Синтез и физико-химические характеристики 2-(фурил-2)- 1,3-диоксациклоалканов 82
3.3. Тестирование рострегулирующего и защитного действия фурилзамещенных 1,3-диоксациклоалканов - аналогов Фэтила - на растения пшеницы 85
3.4. Полевые испытания композиции Фэтила с наземным гербицидом Чисталан на посевах яровой пшеницы 89
Заключение 101
Выводы 105
Список литературы 106
- Гербициды в борьбе с сорняками. Некоторые современные аспекты их молекулярного действия на растения
- Стратегия использования защитно-стимулирующих препаратов в повышении устойчивости и продуктивности культурных растений
- Механизмы защитного действия Фэтила на растения пшеницы в условиях водного стресса
- Компьютерный прогноз биологической активности 2-(фурил- 2)-1,3-диоксациклоалканов и изучение структуры молекулы Фэтила
Введение к работе
Актуальность. К числу приоритетных направлений исследований в современном растениеводстве относится изучение молекулярных механизмов устойчивости растений к неблагоприятным факторам среды разной природы, реализация которых требует больших энергетических затрат, что отражается в снижении продуктивности. Поэтому использование регуляторов роста, обладающих четко выраженным антистрессовым эффектом, позволяет эффективно управлять защитными реакциями растений для повышения их устойчивости и продуктивности, что является актуальным в мировой практике. К таким регуляторам роста, характеризующимся потенциально высокой ростстимулирующей активностью, относятся препарат Краснодар-1 (действующее вещество 5-этил-5-гидроксиметил-2-(фурил-2)-1,3-диоксан) [Кульневич и др., 1969] и разработанный в Уфимском государственном нефтяном техническом университете на основе 5-этил-5-гидроксиметил-2-(фурил-2)-1,3-диоксана препарат Фэтил [Хлебникова и др., 1999]. Сравнительный анализ действия этих препаратов на различные культурные растения показал эффективность их практического применения, однако механизм их воздействия на растительный организм детально не изучался. В связи с имеющимися сведениями о повышении под влиянием обработки препаратом Фэтил продуктивности важнейших сельскохозяйственных культур [Хлебникова и др., 1999] можно предполагать, что он способен вызывать изменения в состоянии гормональной системы растений, играющей лидирующую роль в регуляции метаболизма клеток в ходе онтогенеза, и участвовать в реализации развития защитных реакций к неблагоприятным факторам среды разной природы. Эти исследования необходимы для целенаправленного отбора эффективных регуляторов роста для увеличения стресс-устойчивости и продуктивности растений при применении их в разных фазах онтогенеза в рамках существующих технологий производства культур и обоснования возможности их использования в композиции с химическими средствами защиты растений, что лежит в основе антистрессовой стратегии современного растениеводства.
Цель и задачи исследований. Цель работы состояла в выявлении роли гормональной и про-/антиоксидантной систем в реализации ростстимулирующего и антистрессового действия препарата Фэтил на растения пшеницы. Для решения этой цели были поставлены следующие задачи.
1. Исследовать характер влияния препарата Фэтил на рост и гормональный статус проростков пшеницы в норме и в условиях дефицита влаги.
2. Провести анализ баланса активных форм кислорода и активности антиоксидантных ферментов в предобработанных Фэтилом проростках пшеницы в условиях засоления.
3. Изучить влияние препарата Фэтил на устойчивость пшеницы к возбудителям грибных болезней.
4. В полевых опытах оценить эффективность совместной с гербицидом обработки растений препаратом Фэтил для увеличения продуктивности пшеницы.
Научная новизна. Впервые изучены механизмы ростстимулирующего и защитного действия нового перспективного для практического растениеводства синтетического регулятора роста растений Фэтила (д.в. 5-этил-5-гидроксиметил-2-(фурил-2)-1,3-диоксан) на проростки пшеницы при предпосевном способе обработки. Выявлено, что важный вклад в проявление ростстимулирующего действия препарата Фэтил на растения вносят обратимые сдвиги в балансе фитогормонов, главным образом, связанные с транзитным накоплением цитокининов. Обнаружено, что Фэтил реализует в растениях пшеницы свойство антиоксиданта. Сочетание в препарате Фэтил способности предотвращать существенные стресс-индуцированные перестройки в состоянии гормональной системы и дисбаланс про- и антиоксидантов способствует снижению степени повреждающего действия стрессовых факторов среды на ростовые процессы проростков пшеницы.
Практическая значимость работы. В полевых опытах показано, что совместное с гербицидом опрыскивание посевов пшеницы препаратом Фэтил позволяет получить дополнительную прибавку урожая зерна до 5 ц/га. Эти результаты со всей очевидностью демонстрируют эффективность введения регуляторов роста в композицию с химическими средствами защиты растений для уменьшения уровня негативного действия химических средств защиты растений на пшеницу, важнейшую хлебную культуру нашей страны, и получения дополнительного урожая зерна.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на XV Международной научно-технической конференции «Химические реактивы, реагенты и процессы малотоннажной химии» «Реактив-2002» (Уфа-Москва, 2002 г.); III Международной научно-практической конференции «Современная техника и технологии в медицине и биологии» (Новочеркасск. 2003); Всероссийской научно-практической конференции «Роль средств химизации в повышении продуктивности агроэкосистем» (Уфа, 2003 г.); V съезде общества физиологов растений России (Пенза, 2003).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, изложения методов исследований, результатов исследований и их обсуждения, заключения и выводов. Работа изложена на 127 страницах и иллюстрирована 20 рисунками и 11 таблицами. Список литературы включает 200 наименований, в том числе101 - на иностранных языках.
Гербициды в борьбе с сорняками. Некоторые современные аспекты их молекулярного действия на растения
Неотъемлемой составляющей современного растениеводства является широкое применение гербицидов, основной характеристикой действия которых является избирательная токсичность для растений разной систематической принадлежности. В целом избирательность действия гербицида как токсического агента может быть обусловлена тем, что вредные организмы (сорняки) преимущественно его накапливают, либо действующее вещество преимущественно взаимодействует со структурными компонентами клеток и внеклеточного пространства вредного вида растений, либо токсический агент способен повреждать какую-либо жизненно важную систему для вредного вида, не имеющей большого значения для жизнедеятельности полезных видов (Альберт, 1971; Крутьков, 2002). Гербицидам, как правило, свойственно системное действие: попадая при обработке главным образом на листовые поверхности, они проявляют свой токсический эффект не только в листьях, но и стеблях и корнях. Процесс взаимодействия гербицида с растением наиболее полно изучен для гербицида 2,4-Д, который включает: удерживание гербицида листьями; проникновение гербицида во внутренние ткани листа; иммобилизация токсина; транспорт в листе; транспорт из листьев в стебли и корни; возможный возвратный транспорт из стебля в листья; возможная экскреция гербицида клетками корпя в почву; взаимодействие гербицида в тканями, клетками и субклеточными структурами (Крутьков, 2002). Токсическое действие гербицидов на двудольные растения обусловлено высокой чувствительностью к ним разных тканей: эпидермиса и паренхимы листа, \у клеток проводящей пучков листьев и стеблей, первичных меристем, камбия, лубяной и лучевой паренхимы, перицикла и боковых зачатков корня и проявляется на всех фазах развития клеток (деление, растяжение, дифференцировка, патологическая дедифференцировка). Поскольку злаки лишены камбия и лубяной паренхимы, с таким различием в анатомии однодольных и двудольных, в частности, связывают повышенную гербицид-устойчивость злаков.
Необходимость широкого применения гербицидов в производстве зерновых культур требует постоянной работы по созданию новых препаратов с высокой избирательностью действия именно в отношении двудольных, которые и составляют подавляющее большинство сорных растений (Hwang et al., 2005). В связи с этим встает вопрос о критериях скрининга на токсичность и высокую избирательность действия этих химических средств защиты, а также способности растений их метаболизизировать. Поэтому столь важны исследования механизмов действия гербицидов на растения разных систематических групп и выявление молекулярных основ их чувствительности и толерантности.
Так, гербициды сульфонилуразной и имидазолиноноиой природы применяются для борьбы с широким спектром трав и сорняков и их токсическое действие на растения обусловлено иигибированием под их влиянием некоторых путей биосинтеза аминокислот, опосредованных специфическим связыванием гербицидов с сайтами каталитических центров ацетолактат синтазы (McCourt et al., 2005). Однако вследствие селекции и мутагенеза у некоторых растений выявлены устойчивые к имидазолиноновым гербицидам гены ацетолактат синтазы, которые можно использовать при создании толерантных культур кукурузы, пшеницы, риса, рапса и подсолнечника (Tan et al., 2005).
Анализ способности растений табака, люцерны и моркови к деградации L-фосфипотрицина (глюфосипата) выявил в них кроме самой молекулы гербицида наличие трех стабильных метаболитов, легко транспортируемых по растению, преимущественно в верхние его части, однако, если в эти растения вводили ген ацетилтрансферазы L-фосфинотрицина, то трансгепные растения, экспрессирующие этот ген, приобретали способность деградировать гербицид и становились устойчивыми к нему (Droge-Laser et al., 1994). Позднее, исследования, проведенные с этим же гербицидом на растениях рапса, показали, что он транспортируется по флоэме в цветочные почки и цветки и, аккумулируясь в пыльниках, действует как индуктор стерильности пыльцы (Beriault et al., 1999).
Пебулат, гербицид тиокарбаматной природы, ингибирует формирование длинных жирных кислот, что является важным условием для биосинтеза восков и суберина - компонентов клеточных стенок растений, что указывает на важное значение эффекта гербицида на липидный обмен в проявлении его токсичности (Baldwin et al., 2003). Показано, что гербициды 2,6-дихлоробензонитрил и CGA 325 615, созданный на основе тиатриазина, нарушают нормальный синтез целлюлозы (Peng et al., 2001). Сильно выраженный дефект роста при ингибировании биосинтеза и уменьшения содержания целлюлозы наблюдается и у растений арабидопсиса (Desprez et al., 2002).
Мишенью для многих гербицидов в тканях растений является протопорфириноген оксидаза, вызывающая генерацию синглетного кислорода, который оказывает сильный повреждающий эффект на мембранные структуры клеток (Graham, 2005). Сайтом действия многих гербицидов является фермент, задействованный в биосинтезе жирных кислот, ацетил-коэнзим А карбоксилаза (Ruiz-Santaella et al., 2006). Так, изучение механизмов избирательного токсического действия гербицида арилоксифеноксипропионата, проведенное на растениях риса и сорняков, показало, что вклад в толерантность риса к обработке вносит меньшая чувствительность его ацетил-Ко А карбоксил азы к гербициду, сниженная абсорбция гербицида тканями растений через кутикулу, ускорение и усиление метаболизма гербицида с образованием не токсичных продуктов (Ruiz-Santaeila et al., 2006).
Стратегия использования защитно-стимулирующих препаратов в повышении устойчивости и продуктивности культурных растений
Технологические приемы растениеводства предусматривают использование целого комплекса мероприятий, направленных на повышение продуктивности ценных сельскохозяйственных культур, которые, в частности, включают применение удобрений, ряда химических препаратов, таких как фунгициды и гербициды, а также регуляторов роста стимулирующего типа действия, эффективных при использовании в крайне низких концентрациях, обладающих широким спектром защитного действия.
Поиск и разработка эффективных биопрепаратов для повышения устойчивости и продуктивности сельскохозяйственных культур является важнейшей задачей современного растениеводства. С этой целью ряд исследователей (Тютерев, 2000; 2002) считает перспективным создание композиций на основе химических средств защиты растений (фунгициды, гербициды, инсектициды), регуляторов роста, микроэлементов, аминокислот и др. компонентов, которые называют защитно-стимулирующими составами. Эти препараты могут сочетать в себе анти патогенную, рост- и иммуностимулирующую активности, а кроме того обладать свойствами индукторов устойчивости к засухе, высоким и низким температурам и другим природным неблагоприятным факторам среды, что позволяет их рассматривать в качестве антистрессовых препаратов.
Создание такого рода комплексных препаратов диктует сама практика сельского хозяйства в связи с тем, что химические средства защиты являются высокотоксичными не только по отношению к вредным организмам, но и проявляют негативное действие на защищаемые от них культурные растения (Озерецковская, Васюкова, 2002).
Поэтому не случайно в настоящее время разрабатывается антистрессовая стратегия развития растениеводства, которая включает целенаправленное использование фунгицидов, гербицидов и других пестицидов совместно с микроэлементами и регуляторами роста. При этом нужно подчеркнуть, что для уменьшения токсического действия пестицидов на растительные объекты, защищаемых от вредных организмов, необходимо сочетать их не с любыми регуляторами роста, а с теми, которые обладают свойством индуцирования неспецифической устойчивости растений к различным стрессовым факторам, в том числе и к химическим соединениям.
Так, с целью уменьшения токсического воздействия пестицидов на растения могут быть использованы природные регуляторы роста при совместной с ними обработке, к которым можно отнести салициловую кислоту (Сахабутдинова и др., 20046; Исаев и др., 2005), гуминовые кислоты (Шаяхметов и др., 2000; Исаев и др., 2005), брассиностероиды (Ремне и др., 1999), эффективность применения которых в совместной с химическими средствами защиты растений четко продемонстрирована. При этом, действие названных регуляторов роста в защитно-стимулирующих составах не ограничивается их свойством стимулировать ростовые процессы растений, кроме того, они реализуют и способность снижать токсический эффект пестицидов по отношению к растению. Об одновременном проявлении этими регуляторами роста свойства стимуляторов роста и детоксикантов указывает оценка спектра их физиологических функций в растениях.
Например, уже с самых первых опытов практического применения брассиностероидов, наряду с высокой ростстимулирующей активностью в крайне низких концентрациях, был выявлен их ярко выраженный антистрессовый эффект по отношению к разнообразным стрессовым факторам среды (Авальбаев и др., 2006). В частности, обнаружено, что брассиностероиды повышают устойчивость культурных растений к повреждающему действию гербицидов, воздействию патогенов, предотвращают поступление ионов тяжелых металлов и радиоактивных элементов в растения в зонах загрязнения поллютантами (Khripach et al., 2000). Другой эндогенный регулятор роста растений, ОС, характеризующийся ярко выраженным ростстимулирующим действием, играет ключевую роль в индукции системной приобретенной устойчивости к фитопатогенным грибам, бактериям, вирусам, а вместе с тем, повышает неспецифическую устойчивость растений, способствуя снижению повреждающего действия на растительный организм дефицита влаги, засоления, гипо- и гипертермии, ионов тяжелых металлов (Шакирова, 2000; 2001), что в совокупности приводит к заметной прибавке урожая зерна (Безрукова и др., 2001; Shakirova et al., 2003; Исаев и др., 2004) и свидетельствует о перспективности применения СК в растениеводстве как регулятора роста с широким спектром антистрессовой активности.
В России пока нет официальных рекомендаций, предусматривающих ослабление токсического действия пестицидов на культурные сельскохозяйственные растения. Тем не менее, анализ эффективности ряда регуляторов роста, которые могли бы быть рекомендованы в качестве добавок к практически используемым химическим средствам защиты растений необходимо проводить.
На сегодняшний день в ряде регионов России уже применяются антидоты к гербицидам. К ним, в частности, относится препарат Агат-25К, являющийся продуктом метаболизма бактерий Pseadomonas fluorescens, содержащий биостимуляторы, флавоноиды, микроэлементы (Вакуленко, 2004). Агат-25К стимулирует рост разнообразных культур (зерновые, овощные, ягодные, декоративные культуры, деревья и кустарники), повышает их стресс-устойчивость и продуктивность. Этот препарат нашел применение в качестве антистрессового регулятора роста в баковых смесях с гербицидами, а также используется при предпосевном протравливании семян. При этом на фоне урожайности яровой пшеницы в контрольном варианте в 20-25 ц/га получается прибавка в 1.5-2.0 ц/га (Гусманов и др., 2003в).
Механизмы защитного действия Фэтила на растения пшеницы в условиях водного стресса
Инкубирование 3-сут проростков в течение трех суток на растворе 12%-пого маннита, моделирующего водный дефицит в клетках растений, приводило к существенному торможению роста, о котором судили по уменьшению линейных размеров корней и побегов проростков и показателей их сырой и сухой массы в сравнении с контрольными растениями (рис. 8). Такой ответ вполне характерен для растений при нарушении водного режима, что сопровождается существенными изменениями в скорости протекания важнейших физиолого-биохимических процессов и отражается в снижении интенсивности ростовых процессов (Kage et al., 2004; Redly et al., 2004; Slama et al., 2005; Pagter et al., 2005; Lui, Huang, 2005).
В то же время, видно, что предпосевная обработка семян Фэтилом, хоть и не предотвращала повреждающего действия дефицита влаги на ростовые показатели растений пшеницы, но значительно снижала его уровень. Эти данные указывают на защитный эффект от предобработки Фэтилом на рост проростков в условиях дефицита влаги. Обращает на себя внимание факт более сильно выраженного ипгибирующего действия стресса па ростовые процессы побегов, по сравнению с корнями, что согласуется с данными литературы (Костюк и др., 1994; Equiza et al., 1997; Wu, Cosgrove, 2000; Hsiao, Xu, 2000; Чиркова, 2002). Особенно значимо это проявляется в варианте с предобработкой Фэтилом (рис. 8).
Вероятно, это также обусловлено большей интенсивностью митотической активности клеток апикальной меристемы корней проростков, предобработанных Фэтилом, в условиях дефицита влаги. Для проверки этого предположения мы провели опыты по оценке интенсивности деления клеток корней проростков пшеницы, предобработанных и не обработанных Фэтилом, и подвергнутых кратковременному (7 ч) воздействию 18%-ного маннита.
Как видно из рис. 9, воздействие маннита вызывало ингибирование митотического индекса клеток апикальной меристемы корней, что указывает на повреждающий эффект водного стресса на ростовые процессы растений (Kage et al., 2004). Более того, сутки спустя после удаления стрессора из среды МИ корневых клеток сохранялся на столь же низком относительно контроля уровне. В то же время, меристем этические клетки корней пред обработанных Фэтилом проростков характеризовались заметно большим значением этого показателя, хотя он и снижался в условиях дефицита влаги, однако через сутки после удаления стрессора МИ клеток корней этих растений был уже на уровне контроля (рис. 9).
Следовательно, предобработка Фэтилом способствовала ускорению репарации ростовых процессов клеток корней в пост-стрессовый период. Эти данные свидетельствуют о явном антистрессовом действии препарата на растения пшеницы, которое проявляется в существенном снижении степени негативного действия стресса на митотическую активность клеток корней и рост проростков в целом.
Поскольку известно, что гормональная система чутко реагирует на любые изменения условий произрастания, далее важно было провести сравнительное исследование баланса фитогормонов в условиях дефицита влаги в необработанных и предобработанных Фэтилом растениях. Следует отметить, что одновременный анализ разных групп фитогормонов в одних и тех же растениях позволяет получить комплексную картину изменений в состоянии гормональной системы, вызванных продолжительным обезвоживанием.
Из рис. 10. видно, что необработанные препаратом растения, подвергнутые воздействию 12%-ного маннита в течение трех дней, характеризовались значительно более низким по сравнению с контролем содержанием ИУК и цитокипинов и вдвое большим уровнем АБК.
Выявленные нами перестройки в балансе исследованных гормонов в ответ на дефицит влаги, связанные как с накоплением АБК в растениях, так и уменьшением в них содержания гормонов - активаторов роста, в частности, ауксинов и цитокининов, вполне закономерны и согласуются с многочисленными данными литературы (Jackson, 1997; Nan et al., 2002; I erales et al., 2005; Liu, Huang, 2005). В то же время анализ уровня фитогормонов в предобработаиных Фэтилом растениях показал (рис. 9), что столь резких сдвигов в содержании ИУК и цитокининов при дегидратации в них не наблюдалось. Вероятно, эти данные могут служить аргументом в пользу предадаптирующего действия анализируемого нами регулятора роста на растения пшеницы к возможным стрессовым ситуациям, что отражается в снижении уровня повреждающего действия водного стресса. Аналогичные результаты в отношении гормонов цитокининовой природы были получены, например, и при обработке растений паклобутразолом в условиях засухи (Zhuetal.,2004).
Вместе с тем, видно (рис. 10), что в предобработаиных препаратом и подвергнутых водному стрессу растениях содержание АБК оставалось повышенным, хотя оно было заметно меньше, чем у необработанных. Это, вероятно, указывает на важное значение поддержания повышенной концентрации АБК в обработанных и подвергнутых стрессу растениях для реализации антистрессовых программ, что, однако, не находится в «конфликте» с «ростовыми» программами, контролируемыми ауксином и цитокининами. Кроме того, имеются данные о том, что индуцированное засухой накопление АБК может играть важную роль в поддержании роста первичного корпя кукурузы путем активации фермента ксилоглюканэндотрансглюкозилазы, способствующего растяжению клеточной стенки (Wu et al., 1994).
Компьютерный прогноз биологической активности 2-(фурил- 2)-1,3-диоксациклоалканов и изучение структуры молекулы Фэтила
К защитным реакциям, в первую очередь, можно отнести усиление синтеза и активности антиоксидантных ферментов и накопление соединений, со свойствами антиоксидантов, объединенных в единую антиоксидантную систему. Таким образом, антиоксидантная система является ключевой системой детоксикации АФК, включающей низкомолекулярные соединения (витамины С и Е, восстановленный глутатион, каротиноиды, различные полифенолы) и антиоксидантные ферменты, такие как супероксиддисмутаза (СОД), превращающая супероксид-анион в перекись водорода, а также каталаза и различные пероксидазы, преобразующие Н202 в воду и молекулярный кислород (Zhu, 2001; Чиркова, 2002; Минибаева, Гордон, 2003; Blokhina et al., 2003; Kuk ct al., 2003).
Считается, что стратегия нейтрализации АФК антиоксидантами вносит значительный вклад в развитие устойчивости растений к стрессам и она является неспецифической (Zhu, 2001). Действительно, с быстротой индукции генов, кодирующих антиоксидантные ферменты, и образования их белковых продуктов связывают стресс-устойчивость растений (Wu et al., 1999) и важная роль в регуляции этого процесса принадлежит самим АФК. Так, показано, что перекись водорода посредством активации протеипкиназы участвует в индукции экспрессия генов защитных белков (Тарчевский, 2002; Чиркова, 2002), среди которых идентифицированы гены, кодирующие цитозольные антиоксидантные белки и ферменты (Foyer, Noctor, 2003; Moons, 2005). Это указывает на то, что «какая-то доля» из пула вызываемой стрессовыми воздействиями продукции АФК выполняет сигнальную роль и запуске синтеза защитных белков. О защитном эффекте АФК на растения свидетельствуют, например, данные о том, что Н2О2 задействована в сигналинге АБК при закрытии устьиц (Zhang et al., 2001), что является одной из характерных защитных реакций растений в ответ на стрессовые факторы, нарушающие водный режим. Н2О2 как стрессовая сигнальная молекула может оказывать предадаптирующий эффект на растения к последующим стрессовым воздействиям. В пользу этого заключения, в частности, могут служить данные о том, что предпосевная обработка семян пшеницы Н202 повышает устойчивость проростков к засолению, которая, по-видимому, обусловлена активацией антиоксидантов, уменьшающих уровень индуцированного хлоридом натрия оксидативного стресса, и отражается в усилении экспрессии защитных белков и снижении уровня негативного действия стресса на растения (Wahid et al., 2006). Вероятно, важную роль в вызванной стрессовыми воздействиями активации антиоксидантных ферментов играет АБК, накопление которой обычно наблюдается в ответ на стрессовые факторы, вызывающих водный стресс (Jiang, Zhang, 2001). В чем же проявляется повреждающее действие стресс-индуцированного окислительного взрыва?
К числу наиболее сильно выраженных повреждающих эффектов АФК на растения, наблюдаемых при стрессовых воздействиях, можно отнести нарушение целостности клеточных мембран, в частности за счет свободиорадикального перекисного окисления липидов (ПОЛ), затрагивающего полиненасыщенные жирные кислоты (Веселов и др., 2002; Mittova et al., 2004), вследствие чего изменяется физико-химическое и функциональное состояние клеточных мембран, о котором можно судить по увеличение уровня продукта ПОЛ - малонового диальдегида (МДА) (Чиркова, 2002; Нага et al., 2003; Farrant et al., 2004). Изменяется проницаемость мембран для ионов и органических веществ, поэтому в стрессовых условиях наблюдается увеличение выхода электролитов из клеток растений (Чиркова, 2002; Талиева и др., 2003). АФК способны оказывать повреждающий эффект даже на антиоксидантные ферменты (Mittova et al., 2004). Так, в условиях засухи в растениях табака сначала наблюдалась инактивация аскорбатпероксидазы и супероксиддисмутазы в хлоропластах, а позднее - инактивация аскорбатпероксидазы и гваяколовой пероксидазы в цитозоле (Mano et al., 2001). Стресс-индуцированное накопление АФК приводило к нарушениям в функционировании некоторых ферментов фотосинтеза (Kingston-Smith, Foyer, 2000). Кроме того, АФК могут вызывать повреждения ДНК и усиливать повреждения белковых молекул (Rao et al., 1995).
Следовательно, генерация АФК и активация системы детоксикации АФК относится к числу характерных ответных реакций растений на неблагоприятные воздействия среды, что включает проявление их повреждающего действия па клетки и в то же время развитие в них системы защиты. Именно в связи с этим при оценке степени повреждающего действия стрессовых факторов важно, на наш взгляд, проводить комплексный анализ состояния про- и антиоксидантной систем растительного организма. 3.1.2.2. Засоление. Засоление среды, как известно, приводит не только к нарушению водного режима в растениях, но и оказывает токсическое действие на них. Мы исследовали влияние предпосевной обработки Фэтилом на устойчивость растений пшеницы к засолению среды, вызываемому внесением в среду инкубирования проростков 2%-ного NaCI. Основываясь на полученных данных о повышении под влиянием Фэтила устойчивости пшеницы к дефициту влаги, моделируемому маннитом, можно было ожидать, что он окажет протекторное действие на интенсивность ростовых процессов пшеницы при засолении.
Действительно, как видно из рис. 11, воздействие 2%-ного NaCI в течение 24 ч приводило к торможению роста как обработанных, так и необработанных Фэтилом проростков. Однако нужно подчеркнуть, что предобработанные Фэтилом 4-сут растения до воздействия стрессора характеризовались существенно большими показателями роста, о которых судили по длине корней и побегов, а также их сырой и сухой массе.
