Физиология растений, 2021, T. 68, № 2, стр. 177-186

ВВЕДЕНИЕ

Формирование адаптивных реакций растений на действие стрессоров происходит с участием сети сигнальных посредников, среди которых важное место принадлежит газотрансмиттерам [1–3]. Помимо интенсивно исследуемых в настоящее время монооксида азота (NO) и сероводорода (H₂S), в процессах адаптации растений задействован монооксид углерода (CO) [1], функции которого исследованы слабо.

В растительных клетках, как и животных, монооксид углерода образуется преимущественно с помощью гемоксигеназы (К.Ф. 1.14.99.3), которая в присутствии молекул кислорода и НАДФ·H катализирует деградацию гема до биливердина IXα с высвобождением CO и ионов Fe²⁺ [4]. Среди четырех обнаруженных у растений генов гемоксигеназы наиболее интенсивно экспрессируется HO1. Именно экспрессия гена гемоксигеназы-1 обычно усиливается в стрессовых условиях, в частности, при обезвоживании [5], засолении [6] и гипертермии [7]. Действие этих стрессоров вызывает и увеличение эндогенного содержания CO в растительных объектах.

В ряде работ изучено влияние экзогенного монооксида углерода на устойчивость растений и функционирование протекторных систем при действии стрессоров различной природы. Для таких исследований обычно используют доноры CO, которые являются искусственными субстратами гемоксигеназы, в частности, гематин [8] и гемин [9]. Так, показано, что обработка гематином способствовала прорастанию семян пшеницы при действии 25% ПЭГ-6000 [5]. При этом происходило увеличение активности амилазы и антиоксидантных ферментов. Гематин вызывал повышение солеустойчивости Cassia oltusifolia, что выражалось в нормализации функционирования фотосинтетического аппарата в стрессовых условиях, уменьшении окислительных повреждений, усилении накопления пролина и сахаров, а также увеличении активности ключевых антиоксидантных ферментов [10]. У растений риса, подвергнутых токсическому действию цинка, при обработке гемином отмечалось смягчение ингибирования роста и угнетение экспрессии генов транспортеров цинка OsZIPs, что приводило к уменьшению его накопления в органах растений [9].

В настоящее время среди экологических стрессоров действие высоких температур считается одним из наиболее вредоносных [11]. Согласно современным климатическим моделям, потери урожая сельскохозяйственных растений, связанные с тепловым стрессом, в ближайшие десятилетия увеличатся до 40% [12]. В качестве перспективных приемов, индуцирующих теплоустойчивость растений, рассматривается и обработка донорами газотрансмиттеров [11, 13]. Однако роль CO в адаптации растений к экстремальным температурам изучена очень слабо, хотя такие сведения важны не только для решения прикладных задач, но и для понимания фундаментальных механизмов теплоустойчивости.

Показано увеличение эндогенного содержания CO в клетках табака при гипертермии [7], а также повышение их выживания при добавлении в среду гематина [8]. Данные же о влиянии доноров CO на теплоустойчивость интактных растений отсутствуют.

Совершенно не ясным остается и вопрос о том, какие посредники участвуют в реализации протекторных эффектов экзогенного CO при гипертермии. Известно, что АФК как сигнальные посредники задействованы в формировании устойчивости при тепловом закаливании растений, с их участием происходит активация систем, предотвращающих развитие окислительного стресса [14, 15]. Имеются и немногочисленные данные, указывающие на роль АФК в реализации отдельных физиологических эффектов монооксида углерода. Так, показано, что вызываемое экзогенным CO либо его донорами закрывание устьиц у бобов зависит от АФК, образующихся с участием НАДФ · H-оксидазы [16]. С другой стороны, ростстимулирующее влияние экзогенного СО на корни пшеницы угнетается антиоксидантами и салицилгидроксамовой кислотой – ингибитором пероксидазы, что указывает на возможную роль этого фермента в образовании АФК растительными клетками при действии монооксида углерода [17].

В целом же, феноменология эффектов CO при гипертермии и участие в их реализации АФК как сигнальных посредников остаются практически неизученными. В связи с этим, цель работы состояла в изучении роли АФК и ферментативной антиоксидантной системы в проявлении предполагаемого влияния донора CO гемина на теплоустойчивость проростков пшеницы.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

В работе использовали 4-суточные этиолированные проростки пшеницы (Triticum aestivum L.) сорта Досконала, выращенные при температуре 18–20°С на водопроводной воде, очищенной с использованием системы водоподготовки, включающей в себя фильтр механической очистки, угольный фильтр и полупроницаемую обратноосмотическую мембрану с размером ячеек 1 нм. В среду инкубации корней добавляли гемин в концентрациях диапазона 0.05–50 мкМ и выдерживали проростки в течение 24 ч. Оптимальная экспозиция была выбрана в предварительных опытах.

При изучении влияния скавенджера CO гемоглобина (10 мкМ) [18], ингибиторов пероксидазы азида натрия (NaN₃, 1 мМ) [19], НАДФ·H-оксидазы имидазола (10 мкМ) [20], скавенджера пероксида водорода диметилтиомочевины (ДМТМ – 150 мкМ) [21] инкубация корней в растворах составляла 26 ч. При оценке совместного действия гемина и указанных антагонистов последние добавляли в среду инкубации корней за 2 ч до введения в нее гемина. Концентрации исследуемых соединений выбирали на основании предварительных опытов. В ряде экспериментов также сравнивали влияние 5 мкМ гемина с действием FeSO₄ в эквимолярной концентрации, время инкубации проростков на растворах составляло 24 ч.

Для определения теплоустойчивости проростков их подвергали повреждающему прогреву в водяном ультратермостате при температуре 45.0 ± 0.1°С в течение 10 мин. После этого проростки всех вариантов переносили на очищенную водопроводную воду. Через 3 сут оценивали относительное количество выживших проростков [15].

Все биохимические показатели определяли в корнях проростков, поскольку они более чувствительны к воздействиям экзогенных соединений [22]. Активность внеклеточной пероксидазы (ПО, КФ 1.11.1.7) определяли в корнях проростков путем получения экстраклеточного раствора [19]. Для этого корни исследуемых интактных проростков помещали в стаканчики с дистиллированной водой, pH которой при необходимости доводили до 6.2 с помощью NaOH. Через 20 мин проростки извлекали, корни отсекали, аккуратно обсушивали фильтровальной бумагой и взвешивали, а в инкубационной среде определяли активность фермента по реакции окисления гваякола пероксидом водорода [19].

Для определения содержания пероксида водорода корни на холоде гомогенизировали в 5% трихлоруксусной кислоте. Пробы центрифугировали при 8000 g в течение 10 мин при температуре 2–4°С на центрифуге MPW 350R (“MPW MedInstruments”, Польша) и в супернатанте определяли концентрацию H₂O₂ с помощью ферротиоцианатного метода [23].

При определении активности антиоксидантных ферментов навески корней гомогенизировали на холоде в 0.15 М K, Na-фосфатном буфере (pH 7.6), содержавшем ЭДТА (0.1 мМ) и дитиотрейтол (1 мМ) [22]. Для анализа использовали супернатант после центрифугирования гомогената при 8000 g в течение 10 мин при 4°С. Активность цитозольной супероксиддисмутазы (СОД, КФ 1.15.1.1) определяли при pH 7.6, используя метод, основанный на способности фермента конкурировать с нитросиним тетразолием за супероксидные анионы, образующиеся вследствие аэробного взаимодействия НАД·H и феназинметосульфата. Активность каталазы (КАТ, КФ 1.11.1.6) анализировали при рН 7.0 по количеству пероксида водорода, разложившегося за единицу времени. Активность растворимой внутриклеточной ПО определяли, используя в качестве донора водорода гваякол, в качестве субстрата – пероксид водорода. Активность СОД выражали в усл. ед./(г сырой массы мин), КАТ – в ммоль H₂O₂/( г сырой массы мин), ПО – в мкмоль гваякола/(г сырой массы мин).

Состояние мембран клеток корней оценивали через 24 ч после повреждающего прогрева по выходу веществ, поглощающих в ультрафиолетовой области спектра (преимущественно свободных нуклеотидов) [24]. Корни интактных проростков погружали в стаканчики с дистиллированной водой на 1 ч, после чего отсекали от проростков и взвешивали. Оптическую плотность инкубационного раствора определяли при A₂₅₂ и A₂₆₄ на спектрофотометре СФ 46 (“ЛОМО”, Россия). Выход веществ рассчитывали в условных единицах как отношение усредненной величины, измеренной при указанных длинах волны, к массе корней и выражали в процентах к величинам, вычисленным для корней проростков, не подвергнутых повреждающему прогреву.

Опыты проводили в 4–5-кратной биологической повторности и каждый независимо воспроизводили 3 раза. На рисунках приведены средние величины и их стандартные ошибки. Достоверность различий определяли с помощью дисперсионного анализа. Кроме специально оговоренных случаев, обсуждаются эффекты, достоверные при P ≤ 0.05.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Обработка гемином повышла выживание проростков пшеницы после повреждающего прогрева (рис. 1а). Тенденция к повышению теплоустойчивости проростков отмечалась при воздействии минимальной исследуемой концентрации – 0.05 мкМ. Достоверный эффект наблюдался при использовании донора CO в концентрациях диапазона 0.5–10 мкМ. Более высокая концентрация гемина (50 мкМ) защитного действия не оказывала. В дальнейших экспериментах гемин использовали в концентрации 5 мкМ, которая была наиболее эффективной.

Рис. 1.

Влияние гемина на выживание (%) проростков пшеницы после 10-минутного повреждающего прогрева при 45°C: а – концентрационная зависимость протекторного эффекта гемина; б – нивелирование эффекта гемина скавенджером CO гемоглобином: 1 – контроль; 2 – гемин (5 мкМ); 3 – гемоглобин (10 мкМ); 4 – гемин (5 мкМ) + гемоглобин (10 мкМ). Одинаковыми латинскими буквами отмечены величины, различия между которыми не достоверны при P ≤ 0.05.

Обработка проростков гемоглобином не влияла на их теплоустойчивость (рис. 1б). При этом гемоглобин, обладающий способностью связывать CO, в комбинации с гемином полностью устранял стресс-протекторное действие последнего. Этот результат в определенной степени указывает на специфичность действия гемина как донора монооксида углерода.

Уже через 1 ч после начала инкубации проростков в присутствии гемина в их корнях отмечалось заметное повышение содержания пероксида водорода (рис. 2а). Его количество достигало максимума к 2 ч наблюдений, затем постепенно снижалось и через 24 ч возвращалось к значениям контроля.

Рис. 2.

Динамика содержания пероксида водорода (а) и активности внеклеточной ПО (б) в корнях проростков пшеницы. 1 – контроль; 2 – гемин (5 мкМ). Одинаковыми латинскими буквами обозначены величины, различия между которыми не достоверны при P ≤ 0.05.

Тенденция к увеличению активности внеклеточной ПО в корнях наблюдалась уже через 30 мин после начала инкубации (рис. 2б), однако этот эффект не был достоверным при P ≤ 0.05. Наиболее существенное повышение активности фермента отмечалось через 1.5 ч от начала воздействия гемина, затем активность фермента немного снижалась, а через 24 ч инкубации почти не отличалась от контроля.

Обработка проростков гемоглобином существенно не влияла на содержание пероксида водорода в корнях, хотя и вызывала незначительное повышение активности внеклеточной ПО (рис. 3). При этом гемоглобин полностью устранял вызываемый обработкой гемином эффект повышения содержания H₂O₂ и в значительной степени нивелировал увеличение активности внеклеточной ПО, происходящее в присутствии донора CO.

Рис. 3.

Влияние гемина, гемоглобина, ДМТМ, азида натрия, имидазола и FeSO₄ на содержание пероксида водорода (а) и активность внеклеточной ПО (б) в корнях пшеницы. (а): 1 – контроль; 2 – гемин (5 мкМ); 3 – гемоглобин (10 мкМ); 4 – гемин (5 мкМ) + гемоглобин (10 мкМ); 5 – ДМТМ (150 мкМ); 6 – гемин (5 мкМ) + ДМТМ (150 мкМ); 7 – азид натрия (1 мМ); 8 – гемин (5 мкМ) + азид натрия (1 мМ); 9 – имидазол (10 мкМ); 10 – гемин (5 мкМ) + имидазол (10 мкМ); 11 – FeSO₄ (5 мкМ); (б): 1 – контроль; 2 – гемин (5 мкМ); 3 –гемоглобин (10 мкМ); 4 – гемин (5 мкМ) + гемоглобин (10 мкМ); 5 – азид натрия (1 мМ); 6 – гемин (5 мкМ) + азид натрия (1 мМ); 7 – FeSO₄ (5 мкМ). Одинаковыми латинскими буквами обозначены величины, различия между которыми не достоверны при P ≤ 0.05. Примечание. Содержание пероксида водорода в корнях определяли через 2 ч после начала обработки гемином и/или через 4 ч от начала обработки другими соединениями, активность внеклеточной пероксидазы анализировали через 1.5 ч после начала действия гемина и/или через 3.5 ч после начала обработки другими соединениями.

Как уже отмечалось, при разложении гемина гемоксигеназой наряду с CO образуются ионы Fe²⁺, отличающиеся редокс-активностью. В связи с этим, для дополнительного подтверждения связи эффектов гемина именно с образованием CO сравнивали его влияние на содержание пероксида водорода и активность внеклеточной ПО с действием FeSO₄. Сульфат железа в концентрации, эквимолярной концентрации гемина, не оказывал влияния ни на содержание H₂O₂ в корнях, ни на активность внеклеточной ПО (рис. 3).

Как и следовало ожидать, обработка проростков ингибитором ПО азидом натрия снижала активность внеклеточной формы фермента. При этом под действием NaN₃ полностью устранялось повышение активности ПО, вызываемое донором CO (рис. 3б). Также азид натрия снижал содержание пероксида водорода в корнях и полностью устранял его повышение в присутствии гемина (рис. 3а). В то же время ингибитор НАДФ · H-оксидазы имидазол практически не влиял на вызываемый донором CO эффект повышения содержания H₂O₂ в корнях.

В присутствии скавенджера пероксида водорода ДМТМ его содержание в корнях снижалось, также при обработке ДМТМ не регистрировалось повышение содержания пероксида водорода в варианте с гемином (рис. 3а).

В целом, полученные результаты указывают, что гемин, действуя как донор CO, оказывал достаточно специфическое влияние на генерацию пероксида водорода корнями проростков пшеницы. Этот эффект, по всей вероятности, обусловлен повышением активности внеклеточной ПО, которая может генерировать АФК, в том числе пероксид водорода (рис. 2, 3).

В связи с обнаруженным влиянием донора CO на генерацию АФК оценивали его действие и на активность ключевых антиоксидантных ферментов. При обработке гемином в корнях постепенно, к 24 ч наблюдений, повышалась активность СОД (рис. 4а). Аналогичным образом изменялась активность КАТ (рис. 4б) и растворимой ПО (рис. 4в).

Рис. 4.

Динамика активности СОД (а), КАТ (б) и растворимой ПО (в) в корнях проростков пшеницы при обработке гемином. 1 – контроль; 2 – гемин (5 мкМ). Одинаковыми латинскими буквами обозначены величины, различия между которыми не достоверны при P ≤ 0.05.

Для доказательства причинно-следственной связи между вызываемым обработкой гемином повышением содержания пероксида водорода в корнях и увеличением активности антиоксидантных ферментов оценивали влияние донора CO на их активность в присутствии скавенджера H₂O₂ ДМТМ. Обработка этим соединением сама по себе не влияла на активность СОД, но устраняла ее повышение, вызываемое действием гемина (рис. 5а).

Рис. 5.

Влияние гемина, ДМТМ и FeSO₄ на активность СОД (а), КАТ (б) и растворимой ПО (в) в корнях проростков пшеницы. 1 – контроль; 2 – гемин (5 мкМ); 3 – ДМТМ (150 мкМ); 4 – гемин (5 мкМ) + + ДМТМ (150 мкМ); 5 – FeSO₄ (5 мкМ). I – перед повреждающим прогревом; II – через 24 ч после 10 мин прогрева при 45°С. Одинаковыми латинскими буквами обозначены величины, различия между которыми не достоверны при P ≤ 0.05. Примечание. Перед прогревом корни проростков инкубировали в течение 24 ч на растворах гемина или FeSO₄, инкубация на растворе ДМТМ – 26 ч, при комбинированной обработке ДМТМ и гемином ДМТМ вносили в среду инкубации за 2 ч до введения в нее гемина.

Через 24 ч после повреждающего прогрева в контроле активность СОД не изменялась, а в варианте с гемином несколько снижалась. В вариантах с ДМТМ и его комбинацией с гемином активность СОД после повреждающего прогрева существенно не изменялась. Обработка проростков сульфатом железа не влияла на активность СОД как до, так и после повреждающего прогрева (рис. 5а).

В присутствии ДМТМ активность КАТ в корнях не изменялась, при этом скавенджер пероксида водорода устранял ее повышение, вызываемое обработкой гемином (рис. 5б). Сульфат железа не оказывал влияния на активность фермента в корнях проростков. После повреждающего прогрева активность КАТ во всех вариантах опыта снижалась до приблизительно одинаковых величин, но в варианте с гемином абсолютные ее значения были несколько выше, чем в контроле (рис. 5б).

Активность ПО в присутствии ДМТМ не изменялась, однако скавенджер H₂O₂ в значительной степени нивелировал ее повышение, вызываемое обработкой проростков гемином (рис. 5в). Под действием FeSO₄ активность фермента не изменялась.

После повреждающего прогрева активность ПО в корнях проростков контрольного варианта несколько повышалась, а в варианте с обработкой гемином не изменялась (рис. 5в). При этом абсолютные величины в варианте с донором CO достоверно превышали значения контроля. Во всех остальных вариантах опыта отличия активности ПО от соответствующих значений контроля были несущественными.

В течение первых суток после повреждающего прогрева проростки оставались живыми, их повреждения не визуализировались. Однако выход соединений, поглощающих в ультрафиолетовой области спектра, из клеток корней через сутки после прогрева в контрольном варианте увеличивался почти в два раза по сравнению с соответствующим показателем у проростков, которые не подвергались прогреву (рис. 6а). Обработка гемином значительно снижала выход веществ из корней проростков после повреждающего прогрева. Под влиянием ДМТМ, обладающего антиоксидантными свойствами, выход соединений, поглощающих в ультрафиолетовой области, немного уменьшался, однако этот эффект не был достоверным при P ≤ 0.05. В то же время воздействие ДМТМ практически полностью устраняло положительное влияние гемина на стабильность мембран клеток корней. Обработка сульфатом железа не оказывала влияния на вызываемый повреждающим прогревом выход из клеток корней соединений, поглощающих в ультрафиолетовой области спектра (рис. 6а).

Рис. 6.

Выход веществ, поглощающих в ультрафиолетовой (УФ) области спектра, из корней проростков пшеницы (а) и выживание проростков (б) после повреждающего прогрева. 1 – контроль; 2 – гемин (5 мкМ); 3 – ДМТМ (150 мкМ); 4 – гемин (5 мкМ) + ДМТМ (150 мкМ); 5 – FeSO₄ (5 мкМ). Одинаковыми латинскими буквами обозначены величины, различия между которыми не достоверны при P ≤ 0.05. Примечание. Выход веществ, поглощающих в УФ, определяли через 24 ч, выживание проростков – через 3 сут после повреждающего прогрева.

Интегральный показатель выживания проростков через 3 сут после стрессового воздействия вполне соответствовал показателю выхода веществ, поглощающих в ультрафиолетовой области спектра, который определяли раньше – через 1 сут после прогрева (рис. 6б). Так, под влиянием гемина выживание проростков значительно увеличивалось, при обработке ДМТМ почти не изменялось, а при комбинированном действии скавенджера пероксида водорода и гемина защитное действие последнего не проявлялось. Обработка проростков FeSO₄ не оказывала влияния на их выживание после повреждающего прогрева.

ОБСУЖДЕНИЕ

Полученные нами результаты свидетельствуют о положительном влиянии обработки проростков пшеницы донором CO гемином на их теплоустойчивость. Этот эффект проявлялся как в сохранении целостности мембран, определяемой по выходу веществ, поглощающих в ультрафиолетовой области спектра [24], так и в повышении интегрального показателя – выживания проростков через 3 сут после повреждающего прогрева (рис. 1, 6). Есть основания утверждать, что стресс-протекторные эффекты гемина в условиях наших экспериментов связаны с его действием именно как донора CO. Так, его защитное влияние на проростки при гипертермии полностью устранялось скавенджером монооксида углерода гемоглобином (рис. 1б). Кроме того, другой редокс-активный продукт реакции разложения гемина – Fe²⁺, как показали специальные опыты с использованием FeSO₄ в концентрации 5 мкМ (эквимолярной концентрации гемина), не оказывал влияния на состояние мембран клеток корней после прогрева проростков и на их выживание после трехсуточного отращивания (рис. 6). Также обработка 5 мкМ FeSO₄ не влияла и на другие исследуемые показатели: содержание пероксида водорода (рис. 3) и активность антиоксидантных ферментов в корнях (рис. 5). Следует отметить, что соли Fe²⁺ используются в экспериментах в качестве агентов окислительного стресса. Однако, как показано нами ранее, FeSO₄ при обработке проростков пшеницы вызывал заметное проявление эффекта окислительного стресса в концентрации 5 мМ [25], то есть на три порядка превышающей используемую в настоящей работе.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что физиологические эффекты донора CO гемина, по-видимому, реализуются с участием пероксида водорода как сигнального посредника. Так, под влиянием гемина происходило транзиторное повышение содержания H₂O₂ в корнях проростков (рис. 2а). Похожую динамику имела и активность внеклеточной ПО (рис. 2б), которую рассматривают в качестве одного из важных продуцентов пероксида водорода [26]. При этом максимальное увеличение активности фермента немного опережало временной максимум содержания H₂O₂ (рис. 2), что указывает на причинно-следственную связь между активацией под влиянием обработки донором CO внеклеточной ПО и повышением содержания пероксида водорода в корнях.

Результаты ингибиторного анализа также свидетельствуют в пользу предположения об участии внеклеточной ПО в образовании АФК в корнях под влиянием доноров CO. Так, ингибитор ПО азид натрия как вызывал угнетение активности внеклеточной формы этого фермента (рис. 3б), так и устранял повышение содержания пероксида водорода в корнях проростков, обработанных донором CO (рис. 3а). Необходимо отметить, что NaN₃, помимо ингибирования ПО, может подавлять цитохромное дыхание через цитохромоксидазный комплекс. Хотя обычно для достижения такого эффекта на растительные клетки действуют этим метаболическим ядом в концентрациях, существенно превышающих использованную в наших опытах [27]. Тем не менее, побочных эффектов азида натрия, в том числе связанных с подавлением цитохромного дыхания, полностью исключить нельзя, хотя есть основания полагать, что их проявление в кратковременных экспериментах относительно незначительное. При этом данные по временной динамике активности внеклеточной ПО и содержания пероксида водорода в корнях проростков пшеницы при их обработке донором CO (рис. 2) и устранению азидом натрия как активации ПО, так и накопления H₂O₂ (рис. 3), позволяют предполагать важную роль именно этого фермента в образовании АФК, индуцируемом обработкой гемином.

По крайней мере, один из механизмов образования пероксида водорода с участием внеклеточной ПО может заключаться в окислении НАД(Ф) · Н молекулярным кислородом в присутствии фенольных кофакторов, происходящий по суммарному уравнению: 2НАД(Ф)·Н + + О₂ → 2НАД(Ф) + Н₂О₂ [26]. Полученные данные о возможной роли внеклеточной ПО в генерации АФК клетками корней при действии донора CO согласуются с другим эффектом, изученным в работе Xuan и соавт. [17]. В ней показано устранение вызываемого гематином усиления роста корней проростков пшеницы при их обработке не только скавенджером пероксида водорода иодидом калия, но и ингибитором ПО салицилгидроксамовой кислотой. При этом, однако, вопрос о механизмах индуцирования монооксидом углерода образования АФК, зависимого от внеклеточной ПО, остается открытым.

По-видимому, усиление образования H₂O₂ в корнях проростков при обработке донором CO является процессом, важным для активации антиоксидантной системы. Так, вызываемое донором CO повышение активности СОД, КАТ и ПО в корнях практически не проявлялось при их обработке скавенджером пероксида водорода ДМТМ (рис. 5). Эффекты повышения под влиянием экзогенного монооксида углерода активности антиоксидантных ферментов у растений разных таксономических групп, особенно в стрессовых условиях, к настоящему времени обнаружены во многих исследованиях. Так, под влиянием водного раствора CO в корнях проростков пшеницы, подвергнутых действию NaCl, происходило усиление экспрессии гена Mn-СОД и повышение общей активности СОД [28]. У растений Cassia obtusifolia, подвергнутых действию стрессовых концентраций хлорида натрия, при обработке гематином отмечено увеличение активности СОД, КАТ, неспецифической ПО, аскорбатпероксидазы и глутатионредуктазы [10]. Следует, однако, отметить, что в контексте устойчивости растений к гипертермии влияние доноров монооксида углерода на состояние ферментативной антиоксидантной системы до сих пор специально не исследовалось.

Таким образом, в нашей работе впервые показана роль пероксида водорода, вероятно, генерируемого с участием внеклеточной ПО, в активации ферментативной антиоксидантной системы и развитии теплоустойчивости проростков пшеницы под действием донора CO.

Вполне очевидно, что обнаруженная в наших экспериментах АФК-опосредованная активация антиоксидантной системы при действии донора CO не единственный механизм, способствующий повышению теплоустойчивости проростков пшеницы. К настоящему времени также получены данные об усилении донорами CO накопления в растениях ряда мультифункциональных низкомолекулярных протекторных соединений. Так, у растений пшеницы при солевом стрессе обнаружено усиление донором CO экспрессии гена Δ¹-пирролин-5-карбоксилатсинтазы и снижение экспрессии гена пролиндегидрогеназы, приводящее к накоплению пролина [29]. При осмотическом стрессе, обусловленном действием ПЭГ-6000, у проростков пшеницы, обработанных гематином, усиливалось накопление сахаров [5]. С участием монооксида углерода может активироваться и синтез алкалоидов. Недавно показано, что действие гипертермии на растения табака вызывало зависимый от гемоксигеназы-1 биосинтез CO в корнях, что индуцировало усиление образования жасмоновой кислоты. В результате этого активировался жасмонатный сигнальный каскад, что, в свою очередь, приводило к термоиндуцированному усилению синтеза никотина [7].

Обсуждая полученные в нашей работе результаты, нельзя исключить, что физиологические эффекты экзогенного CO отчасти могут быть связаны с изменением функционирования митохондрий как одного источников АФК [14]. Однако, насколько нам известно, специальных исследований регуляторного действия CO на образование АФК в митохондриях до сих пор не проводилось, хотя, по аналогии с клетками животных, предполагается возможность усиления генерации АФК за счет ингибирования монооксидом углерода комплекса IV (цитохромоксидазы) [30]. Для выяснения влияния CO на дыхательный метаболизм и возможного вклада этого метаболизма в формирование устойчивости растений необходимы специальные исследования.

Как сигнальная молекула CO, по-видимому, находится в сложном функциональном взаимодействии не только с АФК, но и многими другими посредниками и фитогормонами [2]. Получены доказательства участия ионов кальция [2], оксида азота [5] и сероводорода [8] в реализации стресс-протекторных эффектов доноров монооксида углерода. Известно, что основные газотрансмиттеры – NO, H₂S и CO – функционально связаны друг с другом, а также с АФК [2]. Однако исследования по выяснению этих связей при формировании индуцированной CO устойчивости растений к гипертермии и другим абиотическим стрессорам пока находятся на начальной, в основном феноменологической, стадии.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов. Настоящая статья не содержит каких-либо исследований с участием людей и животных в качестве объектов исследований.