Антиоксидантная активность ферментов в листьях груши в летний период

   Актуальность. В полевых условиях в течение летнего периода негативное воздействие на рост и развитие растений оказывают высокие температуры воздуха, дефицит влаги и повышенный уровень УФ-излучения. Данные стрессфакторы способны инициировать нарушение окислительно-восстановительного баланса в растительных клетках, что приводит к повышению уровня содержания активных форм кислорода, запускающих цепь окислительных реакций. Для сдерживания развития окислительного стресса растения активизируют антиоксидантную ферментативную систему защиты.

   Материалы и методы. Исследования были проведены в летний период в южном регионе РФ на трех сортах груши – ‘Вильямс’, ‘Люберская’ и ‘Фламенко’. Активность основных антиоксидантных ферментов – полифенолоксидазы, супероксиддисмутазы, каталазы и пероксидазы – была определена в листьях.

   Результаты. Полученные данные показали, что для изученных сортов была характерна изменчивость в течение исследованного периода. Контрольный европейский сорт ‘Вильямс’ имел более низкий уровень активности ферментов в летний период 2021 г. по сравнению с отечественными сортами ‘Люберская’ и ‘Фламенко’. В 2022 г его показатели активности полифенолоксидазы и супероксиддисмутазы значительно превосходили значения сорта ‘Люберская’ только в начале лета.

   Заключение. Согласно представленным в работе результатам, в течение исследованного периода сорта груши проявили разные уровни активности ферментов, причем максимальный их рост и поддержание высоких показателей соответствовали наиболее жаркому и засушливому месяцу. Отечественные сорта характеризовались большей однородностью в динамике активности изученных ферментов по сравнению с европейским сортом ‘Вильямс’.

1. Ahmad P., Jaleel C.A., Salem M.A., Nabi G., Sharma S. Roles of enzymatic and non-enzymatic antioxidants in plants during abiotic stress. Critical Reviews in Biotechnology. 2010;30(3):161-175. DOI: 10.3109/07388550903524243

2. Бараненко В.В. Супероксиддисмутаза в клетках растений. Цитология. 2006;48(6):465-474.

3. Bradford M.M. A rapid and sensitive methods for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein–dye binding. Analytical Biochemistry. 1976;72:248-254. DOI: 10.1006/abio.1976.9999

4. Gong Z., Xiong L., Shi H., Yang S., Herrera-Estrella L.R., Xu G. et al. Plant abiotic stress response and nutrient use efficiency. Science China. Life Sciences. 2020;63(5):635-74. DOI: 10.1007/s11427-020-1683-x

5. Hasanuzzaman M., Bhuyan M.H.M.B., Zulfiqar F., Raza A., Mohsin S.M., Mahmud J.A. et al. Reactive oxygen species and antioxidant defense in plants under abiotic stress: revisiting the crucial role of a universal defense regulator. Antioxidants. 2020;9(8):681. DOI: 10.3390/antiox9080681

6. Ji W.W., Qiu C.H., Jiao Y., Guo Y.P., Teng Y.W. Effects of high temperature and strong light on photosynthesis, D1 protein, and the Deg1 protease in pear (Pyrus pyrifolia) leaves. Journal of Fruit Science. 2012;29(5):794-799.

7. Keshavarzi M., Shekafandeh A. The responses of enzymatic and non-enzymatic antioxidant systems of scion on different rootstocks under water stress deficit. Advances in Horticultural Science. 2019;33(2):161-170. DOI: 10.13128/ahs-23363

8. Колупаев Ю.Е., Карпец Ю.В., Кабашникова Л.Ф. Антиоксидантная система растений: клеточная компартментация, защитные и сигнальные функции, механизмы регуляции (обзор). Прикладная биохимия и микробиология. 2019;55(5):419-440. DOI: 10.1134/S0555109919050088

9. Liu D.F., Zhang D., Liu G.Q., Hussain S., Teng Y.W. Influence of heat stress on leaf ultrastructure, photosynthetic performance, and ascorbate peroxidase gene expression of two pear cultivars (Pyrus pyrifolia). Journal of Zhejiang University. Science B. 2013;14(12):1070-1083. DOI: 10.1631/jzus.B1300094

10. Mittler R. Oxidative stress, antioxidants and stress tolerance. Trends in Plant Science. 2002;7(9):405-410. DOI: 10.1016/s1360-1385(02)02312-9

11. Niu T., Zhang T., Qiao Y., Wen P., Zhai G., Liu E. et al. Glycinebetaine mitigates drought stress-induced oxidative damage in pears. PLoS ONE. 2021;16(11):e0251389. DOI: 10.1371/journal.pone.0251389

12. Qiu D., Guo J., Yu H., Yan J., Yang S., Li X. et al. Antioxidant phenolic compounds isolated from wild Pyrus ussuriensis Maxim. fruit peels and leaves. Food Chemistry. 2018;241:182-187. DOI: 10.1016/j.foodchem.2017.08.072

13. Queiroz C., da Silva A.J.R., Lopes M.L.M., Fialho E., Valente-Mesquita V.L. Polyphenol oxidase activity, phenolic acid composition and browning in cashew apple (Anacardium occidentale, L.) after processing. Food Chemistry. 2011;125(1):128-132. DOI: 10.1016/j.foodchem.2010.08.048

14. Радюкина Н.Л., Иванов Ю.В., Шевякова Н.И. Методы оценки содержания активных форм кислорода, низкомолекулярных антиоксидантов и активностей основных антиоксидантных ферментов. В кн.: Молекулярно-генетические и биохимические методы в современной биологии растений / под ред. Вл.В. Кузнецова, В.В. Кузнецова, Г.А. Романова. Москва: БИНОМ; 2012. С.345-363.

15. Rao M. V., Paliyath G., Ormrod D.P. Ultraviolet-B- and ozoneinduced biochemical changes in antioxidant enzymes of Arabidopsis thaliana. Plant Physiology. 1996;110(1):125-136. DOI: 10.1104/pp.110.1.125

16. Sharma S., Sharma N. Effect of rootstocks on leaf water potential, water relations, antioxidant activities and drought to le rance in Flemish Beauty pear under water stress conditions. Indian Journal of Plant Physiology. 2008;13(3):266-271.

17. Shevyakova N.I., Stetsenko L.A., Meshcheryakov A.B., Kuznetsov Vl.V. The activity of the peroxidase system in the course of stress-induced CAM development. Russian Journal of Plant Physiology. 2002;49:598-604. DOI: 10.1023/A:1020224531599

18. Wei Z., Gao T., Liang B., Zhao Q., Ma F., Li C. Effects of exogenous melatonin on methyl viologen-mediated oxidative stress in apple leaf. International Journal of Molecular Sciences. 2018;19(1):316. DOI: 10.3390/ijms19010316

19. Yang S., Bai M., Hao G., Zhang X., Guo H., Fu B. Transcriptome survey and expression analysis reveals the adaptive mechanism of ’Yulu Xiang’ pear in response to long-term drought stress. PLoS ONE. 2021;16(2):e0246070. DOI: 10.1371/journal.pone.0246070

20. Zarafshar M., Akbarinia M., Askari H., Hosseini S.M., Rahaie M., Struve D. et al. Morphological, physiological and biochemical responses to soil water deficit in seedlings of three populations of wild pear tree (Pyrus boisseriana). Biotechnology, Agronomy, Society and Environment. 2014;18(3):353-366.