Всероссийская конференция с международным участием «Биогеосистемная экология и эволюционная биогеография»

Новосибирск, 14-19 декабря 2015 г.

Антонова Е.В.   Чиркова А.А.   Орехова Н.А.   Позолотина В.Н.  

Изменчивость биохимических параметров в популяциях дремы белой в условиях действия малых доз радиации

Докладчик: Антонова Е.В.

Проведено исследование биохимического статуса дремы белой (Melandrium album (Mill.) Garcke = Silene latifolia Poirt) – двудомного растений из семейства Caryophyllaceae, длительное время произрастающей в градиенте загрязнения зоны Восточно-Уральского радиоактивного следа (ВУРСа) и за его пределами. Ранее нами была показана межгодовая изменчивость показателей жизнеспособности, мутабильности и радиочувствительности семенного потомства S. latifolia [Антонова и др., 2013], а также половая структура ее ценопопуляций [Антонова и др., 2015]. 

Для данного исследования в фоновой зоне было выбрано три площадки, в буферной и импактной – по две. Мощность поглощенной дозы (с учетом ЕРФ), оцененная с помощью ERICA Tool [Антонова и др., 2013], на фоновых площадках варьирует от 0,090 до 0,092 мкГр/ч, на буферных участках – от 0,195 до 1,628 мкГр/ч, а на импактных – от 30,19 до 38,39 мкГр/ч. В целом, дозовые нагрузки в буферной зоне ВУРСа превышают фоновый уровень в 2–18 раз, а в импактной – в 328–417 раз. Эти значения относятся к малым дозам для растительных организмов. 

Ранее нами [Каримуллина, Антонова, 2009; Каримуллина, Позолотина, 2009; Karimullina, 2008] было показано, что семенное потомство дремы белой из хронически облучаемых популяций обладало наиболее высоким суммарным содержанием НМАО. В данной работе для оценки биологических эффектов действия радиации исследовали содержание низкомолекулярных антиоксидантов (НМАО) в молодых и зрелых листьях, а также генеративных органах (цветках) материнских растениях дремы белой c помощью спектрофотометра DU-650 (Beckman Coulter, USA). Метод определения суммы НМАО основан на окислении антиоксидантов FeCl3. К данной группе веществ относятся вещества разной химической природы, способные обрывать цепи свободнорадикального окисления, разрушать гидропероксиды, распределять энергию возбуждения по структуре молекулы. Протекторная роль НМАО возрастает в условиях хронического облучения [Гуща и др., 2002; Храмова и др., 2006]. Для анализа использовали растения в генеративном состоянии (с учетом половой принадлежности). Всего было изучено 556 образцов мужских и женских растений, из них 134 и 232 молодых и зрелых листьев соответственно, а также 189 цветков. 

Дополнительно оценивали активность супероксид дисмутазы (СОД) и каталазы (КАТ), а также перекисного окисления липидов (ПОЛ), измеренного по содержанию малонового диальдегида (МДА) в проростках дремы белой, выращенных в ходе трехнедельного эксперимента методом рулонной культуры. Для каждой выборки была посеяно по 25 семян в 4 повторностях. Определение работы ферментов, непосредственно участвующих в нейтрализации супероксид-радикалов и разложении перекиси водорода, а также содержание МДА, проводили стандартными методами [Chance, Maehly, 1955; Uchiyama, Mihara, 1978; Paoletti, Macali, 1990]. Измерения оптической плотности осуществляли с помощью микропланшетного ридера SpectraMax Plus 384 (Molecular Devices, USA). 

Показано, что фактор «пол» не оказывал значимого влияния на содержание НМАО у дремы (F=1,653; df=1; p=0,199), поэтому дальнейшее рассмотрение данных приводится совместно для женских и мужских растений. Содержание антиоксидантов в вегетативных частях дремы (молодые и зрелые листья) было выше, чем в генеративных органах. В целом фактор «орган» оказывал значимое влияние на концентрацию НМАО у растений дремы (F=108,03; df=6; p<<0,001).Суммарное содержание антиоксидантов у растений дремы также изменялось в зависимости от места произрастания растений, фактор «мощность поглощенной дозы» значим, F=10,38; df=6; p<<0,001). Для молодых листьев (F_6;125=7,29; p<<0,001) наблюдали увеличение содержание НМАО с ростом мощности поглощенной дозы (см. рисунок). Для зрелых листьев (F_6;192=28,1; p<<0,001) отмечена противоположная тенденция: с увеличением дозовых нагрузок на растения содержание НМАО снижалось (за исключением максимальной дозовой нагрузки). Подтверждает это и корреляционный анализ для молодых (r = 0,435; р<<0,001) и зрелых листьев (r=-0,419; р<<0,001). Влияние места произрастания растений оказалось статистически значимым и для генеративных органов (F_6;175=7,86; p<<0,001), однако линейной зависимости «доза – эффект» выявлено не было.

В целом, в генеративных органах дремы белой содержание НМАО было ниже, чем в вегетативных органах. Аналогичная закономерность была показана у курильского чая (Pentaphylloides fruticosa (L.) O. Schwarz), произрастающего в зоне ВУРСа [Храмова и др., 2006], и у представителей семейства злаковые [Чупахина и др., 2013]. В последней работе были показаны противоположные зависимости на примере растений из  семейства бобовые.

Активность ферментов антиоксидантной защиты (СОД и КАТ), а также содержание МДА у потомков растений (проростков)  дремы белой, произрастающей в градиенте радионуклидного загрязнения ВУРСа изменялась  сходным образом. На примере активности СОД (см. рисунок) показано, что для фоновых выборок был характерен широкий диапазон изменчивости признака.  В условиях максимальной дозовой нагрузки активность ферментов у проростков дремы была минимальной (фактор «мощность поглощенной дозы» значим, H_5;23=18,42, p=0,0025). Одним из возможных объяснений нетипичного поведения ферментов, участвующих в нейтрализации супероксид-радикалов и разложении перекиси водорода, является компенсация их функций группой веществ, входящих в состав низкомолекулярных антиоксидантов. С другой  стороны, возможно наличие волнового характера изменчивости этого параметра, поскольку периодичные колебания были установлены в проростках Arabidopsis thaliana по содержанию НМАО [Nagata et al., 2003].

Таким образом, нами показано, что в условиях хронического окислительного стресса и материнские растения, и семенное потомство (проростки) дремы белой характеризуются высоких суммарным содержанием антиоксидантов. Эти данные негативно коррелируют с активностью ферментов супероксид дисмутазы, каталазы и перекисного окисления липидов на стадии проростков. Дальнейшее исследование будет дополнено анализом активности ферментов и процессов ПОЛ у материнских растений дремы белой.

Авторы выражают благодарность к.б.н. Э.М. Каримуллиной за помощь в сборе полевого материала. Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект №15-34-20639) и Программы развития ведущих научных школ (НШ-2840.2014.4).