КУЗЬМИНА Саргылана Семеновна – к. б. н., доцент биологического отделения ИЕН
г. Якутск
Sargylana S. KUZMINA – Cand. Sci. (Biology), Associate Professor, Biological Department, Institute of Natural Science
Yakutsk
СОЛОВЬЕВА Марианна Иннокентьевна – к. б. н., доцент биологического отделения ИЕН
г. Якутск
Marianna I. SOLOVEVA – Cand. Sci. (Biology), Associate Professor, Biological Department, Institute of Natural Science
Yakutsk
В условиях современного изменения климата и антропогенного загрязнения почв изучение механизмов стрессоустойчивости сельскохозяйственных культур является актуальной задачей. Целью данного исследования был комплексный анализ реакций антиоксидантной системы проростков ячменя (Hordeum vulgare L.) на воздействие ключевых абиотических стрессоров: засухи, пониженной (4 °C) и повышенной (35 °C) температур, а также токсического действия сульфата меди (CuSO₄). В работе оценены физиологобиохимические показатели, включая концентрацию низкомолекулярных антиоксидантов (НМАО), активность пероксидазы и уровень малонового диальдегида (МДА) как маркера окислительного повреждения липидов. Установлено, что различные стрессы индуцируют качественно разные ответы антиоксидантной системы. Засуха вызывала резкое (более чем в 5 раз) увеличение пула НМАО, тогда как тепловой шок приводил к его истощению (минимум 9,9 мкг/г·экв) и компенсаторному росту пероксидазной активности (до 83,2 мкмоль/мин·г), что сочеталось с максимальным уровнем МДА (3,1 мкг/г). Холодовой стресс и низкие дозы меди активировали оба звена защиты, в то время как высокие концентрации CuSO₄ вызывали декомпенсацию с подавлением ферментативной активности. Показано, что наиболее глубокие повреждения клеток связаны с тепловым стрессом и интоксикацией медью, при которых происходит срыв антиоксидантной защиты. На основе расчетных коэффициентов (К1=НМАО/МДА, К2=Пероксидаза/МДА) выявлены доминирующие стратегии защиты: неферментативная – при засухе и ферментативная – при температурных шоках. Результаты работы важны для прогнозирования устойчивости злаков, произрастающих в неблагоприятных условиях.
In the context of modern climate change and anthropogenic soil pollution, the study of the mechanisms of stress resistance of agricultural crops is an urgent task. The purpose of this study was a comprehensive analysis of the reactions of the antioxidant system of barley seedlings (Hordeum vulgare L.) to the effects of key abiotic stressors: drought, low (4 °C) and high (35 °C) temperatures, as well as the toxic effects of copper sulfate (cuso₄). The work assessed physiological and biochemical parameters, including the concentration of low molecular weight antioxidants (NMAO), peroxidase activity and the level of malonic dialdehyde (MDA) as a marker of oxidative damage to lipids. It has been established that different stresses induce qualitatively different responses of the antioxidant system. Drought caused a sharp (more than 5-fold) increase in the NMAO pool, while heat shock led to its depletion (at least 9.9 micrograms/g·eq) and a compensatory increase in peroxidase activity (up to 83.2 micromol/ min·g), which was combined with a maximum level of MDA (3.1 micrograms/g). Cold stress and low doses of copper activated both protective links, while high concentrations of CUSO₄ caused decompensation with suppression of enzymatic activity. It has been shown that the most profound cell damage is associated with heat stress and copper toxicosis, which disrupt antioxidant protection. Based on the calculated coefficients (K1=NMAO/MDA, K2=Peroxidase/ The dominant protection strategies have been identified: non—enzymatic - in case of drought and enzymatic — in case of temperature shocks. The results of the work are important for predicting the stability of cereals in adverse conditions.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.