Оценка влияния свинца и кадмия на активность антиоксидантных ферментов ржи и пшеницы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Оренбургский государственный университет»

Оценка влияния свинца и кадмия на активность антиоксидантных ферментов ржи и пшеницы

Науменко О.А.

Бережная К.А.

Ильин И.С.

Жданов И.М.

Тяжелые металлы являются основными поллютантами на территории Оренбургской области. Впервые термин «тяжелые металлы» был введен немецким химиком Леопольдом Гмелиным (Leopold Gmelin) в 1817 году, который разделил известные в то время химические элементы на три группы: неметаллы, легкие и тяжелые металлы. Однако до сих пор не существует общего мнения, что же понимается под термином «тяжелые металлы». Более того, в техническом отчете IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry - Международного союза теоретической и прикладной химии) за 2002 год было отмечено, что термин «тяжелый металл» имеет неверное значение из-за противоречивых определений. В настоящее время выделены лишь критерии, по которым определяется принадлежность того или иного химического элемента к данной группе. К таким критериям относят: плотность, атомный вес и атомное число. Часто словосочетание «тяжелые металлы» рассматривается с точки зрения экологической безопасности, и тогда при включении химического элемента учитывают не столько его химические и физические свойства, а его биологическую активность, токсичность для живых организмом, его распространенность, и степень вовлеченности в природные и техногенные процессы.

К тяжелым металлам относятся преимущественно распространенные и весьма токсичные загрязняющие вещества. Они широко применяются в различных отраслях промышленного производства, поэтому, несмотря на созданные очистные мероприятия, концентрация тяжелых металлов достаточно велика. Наибольший интерес, представляют тяжелые металлы, которые наиболее часто и в больших объемах используются в производстве, и представляют наибольшую опасность с точки зрения их биологической активности и токсического эффекта. К тяжелым металлам относятся: ртуть, кадмий, свиней, висмут, цинк, кобальт, никель, висмут, олово, сурьма, ванадий, молибден, марганец, медь.

Многие тяжелые металлы относятся к микроэлементам, т.е. к химическим элементам содержащиеся в организме в очень малых концентрациях (менее 0,005%).

Значительное количество химических элементов оказывают определенный эффект на метаболические процессы и физиологические функции в живом организме. Помимо благоприятного влияния на процессы роста и развития, установлено специфическое воздействие ряда микроэлементов на важнейшие физиологические процессы, например на фотосинтез у растений.

При увеличении содержания металлов в почве снижается ее общая биологическая активность, и это резко отражается на росте и развитии растений, причем реакция растений на избыток металлов может быть разная. Металлы распределяются в тканях растений неравномерно. Преимущественно они накапливаются в листьях.

Токсичность тяжелых металлов, связана с их физико-химическими свойствами, со способностью образовывать прочные соединения с рядом функциональных групп на поверхности и внутри клеток растений. К основным симптомам «отравления» растений относят: задержку роста и развития, изменение цвета и увядание листьев, недоразвитость корневой системы.

На сегодняшний день изучение влияния тяжелых металлов на физиологию растительных организмов играет большую роль, так как эти организмы наиболее чувствительны к изменениям антропогенной нагрузки. Растения могут выступать в роли универсального биологического фильтра в оздоровлении микроклимата городов, способного предохранять окружающую среду от загрязнения. Они извлекают и концентрируют в своих тканях различные элементы. Поэтому их используют для выявления уровня накопления химических элементов как одного из источников техногенного загрязнения.

Химический состав растений отражает элементный состав почв, но не повторяет его, так как они избирательно поглощают необходимые элементы в соответствии с физиологическими и биохимическими потребностями.

Поэтому целью данной работы являлось проведение экспериментального исследования по изучению содержания тяжелых металлов и активности каталазы в растениях на территории Оренбургской области [1, 2].

Объектами исследования были: растения Secale cereale L. (рожь озимая) и Triticum (пшеница яровая).

Для реализации поставленной цели решались следующие задачи:

- изучение активности фермента каталазы, двух видов растений: Secale cereale L. и Triticum в зависимости от различной концентрации свинца;

Определение активности каталазы проводилось титрометрическим методом [3]. Активность фермента оценивалась в мкмоль перекиси водорода, которая разложилась под действием каталазы по отношению к 1 г исследуемого материала за одну минуту (формула 1):

(1)

где Х - активность каталазы, Е/г;

(а-b) - разность между объемами раствора с концентрацией перманганата калия 0,02 моль/л, пошедшего на титрование контрольной (а ) и опытной (b) проб, мл;

Т - титр примененного для титрования раствора перманганата калия;

50 - коэффициент пересчета на мкмоль H2O2;

100 - общий объем приготовленного экстракта;

m - масса взятого для анализа материала, г;

20 - объем фильтрата, взятого для анализа, мл;

30 - время инкубации, мин.

Определение активности пероксидазы проводилось фотоэлектроколориметрическим методом, основанном на измерении времени, за которое опытный раствор достигает определенной оптической плотности [3]. В качестве субстрата использовался бензидин, в результате окисления которого, образуется соединения синего цвета. Активность пероксидазы рассчитывалась по формуле 2:

(2)

где Д - оптическая плотность (0,1-0,2);

Е - разведение (на 1 г сырой массы);

t - время, с;

d - толщина слоя жидкости, толщина кюветы (1 см).

Титрометрическое определение активности каталазы растений проводилось после воздействия различных концентраций свинца от 0,001 до 1 г/дм³ на проростки ржи и пшеницы. По разности между опытной и контрольной пробой находилось количество перманганата, эквивалентное количеству разложенного ферментом пероксида водорода.

Результаты исследования активности каталазы представлены в таблице 1.

Таблица 1. Активность каталазы Secale cereale L. и Triticum

Как следует из представленной таблицы активность каталазы уменьшалась с увеличением концентрации свинца от 2,823 Е до 0,583 Е у Secale cereale L. и от 1,75 Е до 0,33 Е у Triticum, что свидетельствует об угнетении фермента каталазы в ответ на увеличение токсичной дозы свинца.

Выводы: таким образом при сравнительной оценке активности каталазы в зависимости от концентрации подвижных форм тяжелых металлов, установлено, что активность антиоксидантного фермента уменьшалась с увеличением концентрации свинца от 2,823 Е до 0,583 Е у Secale cereale L. и от 1,75 до 0,33 Е у Triticum, что свидетельствует об угнетении фермента.

Список использованных источников

металл растение каталаза клетка

1. Науменко, О.А. Исследование механизма повреждающего действия избыточных концентраций кадмия на состояние антиоксидантных ферментов кресс-салата [Электронный ресурс] / Науменко О.А., Саблина Е.В., Кабышева М.И., Костенецкая Е.А. // Вестник Оренбургского государственного университета. Электрон. дан. Оренбург 2013. С. 205-207. Режим доступа: https://elibrary.ru (дата обращения:11.01.2019).

2. Соколова, О.Я. Валовое содержание свинца и его подвижных форм в почвах районов оренбургской области [Электронный ресурс] / Соколова О.Я., Науменко О.А., Бибарцева Е.В., Евстифеева Т.А. // Вестник Оренбургского государственного университета. Электрон. дан. Оренбург 2015. С. 189-191. Режим доступа: https://elibrary.ru (дата обращения:11.01.2019).

3. Соколова, О.Я Биохимические основы биологических процессов лабораторный практикум [Электронный ресурс] / Соколова О.Я., Бибарцева Е.В., Науменко О.А. // учебное пособие для студентов, обучающихся по программам высшего профессионального образования по направлению подготовки 020400.62 Биология, профиль подготовки Биохимия / Оренбургский государственный университет. Электрон. дан. Оренбург 2014. С. 55-57. Режим доступа: https://elibrary.ru (дата обращения:11.01.2019).

Размещено на Allbest.ru