ЛЕСОВЕДЕНИЕ, 2019, № 2, С. 115-127

УЧАСТИЕ КАТАЛАЗЫ И ПЕРОКСИДАЗЫ В ПРОЦЕССАХ КСИЛОГЕНЕЗА У КАРЕЛЬСКОЙ БЕРЕЗЫ
К. М. Никерова, Н. А. Галибина, Ю. Л. Мощенская, Л. Л. Новицкая, М. Н. Подгорная, И. Н. Софронова
Федеральный исследовательский центр
«Карельский научный центр Российской академии наук»
Институт леса КарНЦ РАН
Россия, 185910 Республика Карелия, Петрозаводск, ул. Пушкинская, 11
E-mail: knikerova@yandex.ru

Поступила в редакцию 24.05.2017 г.
У растений карельской березы в тканях ствола изучена активность ферментов антиоксидантной системы (АОС) (каталазы (КАТ) и пероксидазы (ПОД)) и фермента, участвующего в утилизации избытка сахарозы, – апопластной инвертазы (АпИнв). Исследования проводили на 46-летних деревьях карельской березы, обладающих высокой степенью узорчатости древесины (узорчатые растения), и деревьев, у которых признак узорчатости не проявился (безузорчатые растения). Даты отбора были приурочены к протеканию различных фенофаз: период покоя, выход из состояния покоя, сокодвижение, рост листовой пластинки, камбиальный рост, подготовка к состоянию покоя. Для анализа отбирали ткани флоэмы и ксилемы. У исследуемых деревьев выявлена разница в преимущественном пути утилизации перекиси водорода. У безузорчатых растений во флоэме и ксилеме была выше активность КАТ, за исключением периода камбиального роста, когда происходит формирование древесины и отложение вторичной клеточной стенки. В этот период в ксилеме наблюдалась обратная тенденция: активность КАТ была выше у узорчатых растений. У узорчатых растений в тканях ствола на протяжении всего сезона была выше активность ПОД. Полученные данные подтверждают обнаруженную ранее в тканях ствола обратную корреляцию между ростовыми процессами и активностью ПОД и АпИнв. Наибольшая активность ПОД и АпИнв наблюдалась в периоды выхода растения из состояния глубокого покоя и интенсивного оттока метаболитов в ствол. В период камбиального роста активность ПОД и АпИнв в тканях ствола растений березы падала. Выявленная в течение всего сезона корреляция активностей КАТ и ПОД с активностью АпИнв подтверждает наше предположение, что изменение активности ферментов АОС у карельской березы может быть связано с нарушением углеводного обмена.
Ключевые слова: Betula pendula var. carelica, сезонная динамика, ксилема, флоэма, пероксидаза, каталаза, апопластная инвертаза.
Финансовое обеспечение исследований осуществлялось из средств федерального бюджета на выполнение государственного задания КарНЦ РАН (Институт леса КарНЦ РАН) и при финансовой поддержке РФФИ (проект № 16-04-100639_р_а).
DOI: 10.1134/S0024114819020086

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

• Барильская Л.А. Сравнительный структурный анализ древесины березы повислой и карельской березы: Дисс. канд. биол. наук. Петрозаводск: ИЛ Карельского филиала АН СССР. 1978. 202 с.


• Галибина Н.А., Новицкая Л.Л., Никерова К.М. Избыток экзогенных нитратов подавляет формирование аномальной древесины у карельской березы // Онтогенез. 2016а. Т. 47. № 2. С. 83–91.


• Галибина Н.А., Новицкая Л.Л., Софронова И.Н. Динамика сахаров в тканях ствола Betula pendula (Betulaceae) при выходе из зимнего покоя // Растительные ресурсы. 2012. Т. 48. № 4. С. 554–564.


• Галибина Н.А., Новицкая Л.Л., Красавина М.С., Мощенская Ю.Л. Активность инвертазы в тканях ствола карельской березы // Физиология растений. 2015а. Т. 62. № 6. С. 804–813.


• Галибина Н.А., Новицкая Л.Л., Красавина М.С., Мощенская Ю.Л. Активность сахарозосинтазы в тканях ствола карельской березы в период камбиального роста // Физиология растений. 2015б. Т. 62. № 3. С. 410–419.


• Галибина Н.А., Мошкина Е.В., Никерова К.М., Мощенская Ю.Л., Знаменский С.Р. Активность пероксидазы как индикатор степени узорчатости древесины карельской березы // Лесоведение. 2016б. № 4. С. 294–304.


• Галибина Н.А., Целищева Ю.Л., Андреев В.П., Софронова И.Н., Никерова К.М. Активность пероксидазы в органах и тканях деревьев березы повислой // Ученые записки ПетрГУ. Серия Естественные и технические науки. 2013. № 4 (133). C. 7–13.


• Гарифзянов А.Р., Жуков Н.Н., Иванищев В.В. Образование и физиологические реакции активных форм кислорода в клетках растений // Современные проблемы науки и образования. 2011. № 2. С. 1–21.


• Донцов В.И., Крутько В.Н., Мрикаев Б.М., Уханов С.В. Активные формы кислорода как система: значение в физиологии, патологии и естественном старении // Труды Института системного анализа Российской академии наук. 2006. Т. 19. С. 50–69.


• Еремин А.Н., Метелица Д.И. Каталитические свойства каталазы в микроэмульсиях поверхностно-активных веществ в октане // Биохимия. 1996. Т. 61. № 9. С. 1672–1686.


• Ермаков В.И. Механизмы адаптации березы к условиям севера. Л.: Наука, 1986. 144 с.


• Исаева Е.В., Рязанова Т.В. Групповой состав углеводов почек тополя // Химия растительного сырья. 2006. № 1. С. 33–36.


• Карасев В.Н., Карасева М.А., Серебрякова Н.Е., Абрамова Д.А. Активность каталазы как показатель жизненного состояния древесных растений в городских условиях // Актуальные проблемы лесного комплекса. 2015. № 43. С. 88–90.


• Колупаев Ю.Е. Антиоксиданты растительной клетки и их роль в АФК-сигналинге и устойчивости растений // Успехи современной биологии. 2016. Т. 136. № 2. С. 181–198.


• Коровин В.В., Новицкая Л.Л., Курносов Г.А. Структурные аномалии стебля древесных растений. М.: Московский гос. университет леса, 2002. 258 с.


• Крамер П.Д., Козловский Т.Т. Физиология древесных растений. М.: Лесн. пром-сть, 1983. 464 с.


• Креславский В.Д., Лось Д.А., Аллахвердиев С.И., Кузнецов Вл.В. Сигнальная роль активных форм О₂ при стрессе у растений // Физиология растений. 2012. Т. 59. №. 2. С. 163–178.


• Любавская А.Я. Карельская береза. М.: Лесн. пром-сть, 1978. 158 с.


• Мазей Н.Г., Шиленков А.В., Вяль Ю.А. Влияние низких температур на дыхание прорастающих семян гречихи // Известия Пензенского государственного педагогического университета им. В.Г. Белинского. 2009. № 18. С. 36–38.


• Машкина О.С., Табацкая Т.М., Исаков Ю.Н. Клональное размножение березы карельской // Лесн. хоз-во. 2000. № 4. С. 33–34.


• Мирошниченко О.С. Биогенез, физиологическая роль и свойства каталазы // Biopolymers and Cell. 1992. Т. 8. № 6. С. 3–25.


• Мощенская Ю.Л., Галибина Н.А., Топчиева Л.В., Новицкая Л.Л. Экспрессия генов, кодирующих изоформы сахарозосинтазы, в ходе аномального ксилогенеза карельской березы // Физиология растений. 2017. Т. 64. № 3. С. 301–310.


• Мощенская Ю.Л., Галибина Н.А., Новицкая Л.Л., Никерова К.М. Активность ферментов диссимиляции сахарозы в раннем онтогенезе разных форм березы повислой // Труды Карельского научного центра Российской академии наук. 2016. № 11. С. 78–87.


• Никерова К.М., Галибина Н.А. Влияние нитратного азота на пероксидазную активность в тканях Betula pendula Roth var. pendula и B. pendula var. carelica (Mercklin) // Сибирский лесной журнал. 2017. № 1. С. 15–24.


• Никерова К.М., Галибина Н.А., Мощенская Ю.Л., Новицкая Л.Л., Подгорная М.Н., Софронова И.Н. Каталазная активность в листовом аппарате у сеянцев березы повислой разных форм (Betula pendula Roth): var. pendula и var. carelica (Mercklin) // Труды Карельского научного центра Российской академии наук. 2016. № 11. С. 68–77.


• Новицкая Л.Л., Галибина Н.А., Никерова К.М. Транспорт и запасание сахаров во флоэме Betula pendula Roth var. pendula и var. carelica // Труды Карельского научного центра Российской академии наук. 2015. № 11. С. 35–47.


• Павлова В.А., Нефедьева Е.Э., Лысак В.И., Шайхиев И.Г. Влияние импульсного давления на некоторые биохимические процессы семян гречихи при прорастании // Вестник Казанского технологического университета. 2014. Т. 17. № 21. С. 199–203.


• Полесская О.Г., Каширина Е.И., Алехина Н.Д. Изменение активности антиоксидантных ферментов в листьях и корнях пшеницы в зависимости от формы и дозы азота в среде // Физиология растений. 2004. Т. 51. № 5. С. 686–691.


• Половникова М.Г., Воскресенская О.Л. Активность компонентов антиоксидантной защиты и полифенолоксидазы у газонных растений в онтогенезе в условиях городской среды // Физиология растений. 2008. Т. 55. № 5. С. 777–785.


• Рогожин В.В. Пероксидаза как компонент антиоксидантной системы живых организмов. СПб.: ГИОРД, 2004. 240 с.


• Синькевич М.С., Дерябин А.Н., Трунова Т.И. Особенности окислительного стресса у растений картофеля с измененным углеводным метаболизмом // Физиология растений. 2009. Т. 56. № 2. С. 186–192.


• Способ диагностики узорчатой текстуры древесины карельской березы: Патент 2596013 Российской Федерации. № 2015114510/13; заявл. 17.04.2015; опубл. 27.08.2016. Бюл. № 24. 4 с.


• Федорков А.Л. Адаптация хвойных пород к бореальному климату Северной Европы // Лесоведение. 2007. № 3. С. 46–51.


• Almagro L., Gómez Ros L.V., Belchi-Navarro S., Bru R., Ros Barceló A., Pedreño M.A. Class III peroxidases in plant defense reactions // Journal of Experimental Botany. 2009. V. 60. N 2. P. 377–390.


• Apel K., Hirt H. Reactive oxygen species: metabolism, oxidative stress, and signal transduction // Annual Review of Plant Biology. 2004. V. 55. P. 373–399.


• Bi Y.-M., Kenton P., Mur L., Darby R., Draper J. Hydrogen peroxide does not function downstream of salicylic acid in the induction of PR protein expression // The Plant Journal. 1995. V. 8. N 2. P. 235-245.


• Chen Y., Zhang M., Chen T., Zhang Y., An L. The relationship between seasonal changes in anti-oxidative system and freezing tolerance in the leaves of evergreen woody plants of Sabina // South African Journal of Botany. 2006. V. 72. N 2. P. 272–279.


• Couée I., Sulmon C., Gouesbet G., El Amrani A. Involvement of soluble sugars in reactive oxygen species balance and responses to oxidative stress in plants // Journal of Experimental Botany. 2006. V. 57. N 3. P. 449–459.


• Fernández-García N., Carvajal M., Olmos E. Graft union formation in tomato plants. Peroxidase and catalase involvement // Annals of Botany. 2004. V. 93. N 1. P. 53–60.


• Kinkema M., Fan W., Dong X. Nuclear Localization of NPR1 Is Required for Activation of PR Gene Expression // The Plant Cell. 2000. V. 12. N 12. P. 2339–2350.


• Mittler R. ROS are good // Trends in Plant Science. 2017. V. 22. N 1. P. 11–19.


• Novitskaya L., Nikolaeva N., Galibina N., Tarelkina T., Semenova L. The greatest density of parenchyma inclusions in Karelian birch wood occurs at confluences of phloem flows // Silva Fennica. 2016. V. 50. N 3. Article 1461, DOI: 10.14214/sf.1461.


• Novitskaya L.L., Kushnir F.V. The role of sucrose in regulation of trunk tissue development in Betula pendula Roth // Journal of Plant Growth Regulation. 2006. V. 25. N 1. P. 18–29.


• Olson P.O., Varner J.E. Hydrogen peroxide and lignification // The Plant Journal. 1993. V. 4. N 5. P. 887–892.


• Pellinen R.I., Korhonen M.-S., Tauriainen A.A., Palva E.T., Kangasjärvi J. Hydrogen peroxide activates cell death and defense gene expression in birch // Plant Physiology. 2002. V. 130. N 2. P. 549-560.


• Ros Barceló A. Xylem parenchyma cells deliver the H₂O₂ necessary for lignification in differentiating xylem vessels // Planta. 2005. V. 220. N 5. P. 747–756.


• Sairam R.K., Singh D.V., Srivastava G.C. Changes in activity of activity of antioxidant enzymes in sunflower leaves of different ages // Biologia Plantarum. 2003. V. 47. N 1. P. 61–66.


• Van Loon L.C., Rep M., Pieterse C.M.J. Significance of inducible defence-related proteins in infected plants // Annual Review of Phytopathology. 2006. V. 44. P. 135–162.


• Wellen K.E, Thompson C.B. Cellular metabolic stress: Considering how cells respond to nutrient excess // Molecular Cell. 2010. V. 40, N 2. P. 323–332.


• Zhang C. Han L., Slewinski T.L., Sun J., Zhang J., Wang Z.-Y., Turgeon R. Symplastic Phloem Loading in Poplar // Plant Physiology. 2014. V. 166. N 1. P. 306–313.