Thermostability of antioxidant enzymes in tissues of scots pine in heat shock conditions | Термоустойчивость антиоксидантных ферментов в тканях сосны обыкновенной в условиях теплового шока

English. Samples of needles from the middle part of the crown and cambial zone scrapings, which includes cambium cells and nonlignified xylem cells from five stems of 15 years old Scots pine (Pinus sylvestris L.) trees from green moss-forb groups stands on sod-podzolic soil in Krasnoyarsk forest steppe were studied. Thermal stability of the antioxidant enzymes was studied: superoxide dismutase (SOD), peroxidase, catalase, glutathione reductase (GR); enzymes of carbohydrate and phenolic metabolism: amylase, invertase and phenylalanine ammonia-lyase (PAL) involved in xylogenesis process; and markers of oxidative stress: hydrogen peroxide and malondialdehyde (MDA) in the temperature interval of 20–80 deg C. It was found that the positive effect on the antioxidant enzymes activity mainly appears when the temperature is below 40 deg C. As the temperature increases antioxidant protection weakens. The mechanisms of oxidative stress in cambium zone and needles in condition of pyrogenic heat shock are distinguished due to different thermal stability of antioxidant enzymes in these tissues. The most sensitive to elevated temperatures was catalase both in cambium zone and needles. In cambium zone peroxidase and GR detect low resistance to high temperature, while SOD has a higher level of heat resistance. In the needles on the contrary, peroxidase and GR show high thermal stability, whereas SOD activity rapidly reduces at higher temperatures. The thermal stability of amylase, invertase and PAL exceeds that of examined antioxidant enzymes, which allows to quickly restore carbohydrate and phenolic metabolism after pyrogenic heat shock for xylogenesis process.

Russian. Исследовали образцы хвои из средней части кроны и соскоб прикамбиальной зоны, включающий клетки камбия и нелигнифицированные клетки ксилемы, с пяти стволов 15-летних деревьев из насаждения сосны обыкновенной Pinus sуlvestris L. зеленомошно-разнотравной группы типов леса на дерново-подзолистой почве в Красноярской лесостепи. Изучали термоустойчивость антиоксидантных ферментов: супероксиддисмутазы (СОД), пероксидазы, каталазы, глутатионредуктазы (ГР); ферментов углеводного и фенольного обмена: амилазы, инвертазы и фенилаланин-аммиак-лиазы (ФАЛ), участвующих в обеспечении ксилогенеза; и маркеров окислительного стресса: пероксида водорода и малонового диальдегида (МДА) в интервале температур от 20 до 80 град. С. Установлено, что положительный эффект от деятельности антиоксидантных ферментов в основном проявляется до 40 град. С. С повышением температуры антиоксидантная защита ослабевает. Механизмы возникновения окислительного стресса в прикамбиальной зоне и в хвое в условиях пирогенного теплового шока различаются в связи с различной термостойкостью антиоксидантных ферментов в этих тканях. Наиболее чувствительна к повышению температуры каталаза как в прикамбиальной зоне, так и в хвое. В прикамбиальной зоне низкую устойчивость обнаруживают пероксидаза и ГР, тогда как СОД отличается более высоким уровнем термоустойчивости. В хвое, наоборот, пероксидаза и ГР обнаруживают высокую термоустойчивость, а СОД быстро снижает активность при повышении температуры. Амилаза, инвертаза и ФАЛ по термоустойчивости превосходят исследованные антиоксидантные ферменты, что позволяет после пирогенного теплового шока быстро восстановить углеводный и фенольный обмены для обеспечения ксилогенеза.