Wpływ arsenu(V) na aktywność katalazy i peroksydazy askorbinianowej w wybranych genotypach kalusa jodły kaukaskiej Abies nordmanniana (Steven) Spach

Katalaza (CAT) i peroksydaza askorbinianowa (APX) należą do enzymów systemu antyoksydacyjnego chroniącego komórki roślinne przed uszkodzeniem spowodowanym podwyższonym poziomem reaktywnych form tlenu (RFT). Arsen jako jeden z najbardziej toksycznych pierwiastków powoduje podwyższenie poziomu RFT (H2O2, •OH czy O2•-) w komórkach roślinnych. W poniższej pracy badano wpływ As(V) na trzy genotypy kalusa (6, 11 i 22) jodły kaukaskiej Abies nordmanniana (Steven) Spach, poprzez pomiar aktywności enzymów antyoksydacyjnych, tj. APX i CAT. Tkankę kalusa hodowano na podłożu Schenka-Hildebrandta (SH) bez dodatku oraz z dodatkiem As(V) przez okres dwóch tygodni, po czym materiał pobierano i zamrażano. Materiał do oznaczania aktywności enzymów rozmrażano, wirowano z buforem do ekstrakcji i pobierano ekstrakt z kalusa. Substraty reakcyjne: ekstrakt, bufor do oznaczania aktywności enzymu oraz H2O2 mieszano i dokonywano pomiaru spadku absorbancji przy 290 nm dla APX oraz 240 nm dla CAT przez 200–300 s. Aktywności enzymów normalizowano na zawartość białek rozpuszczalnych w próbce, zmierzoną dla każdego genotypu metodą Lowry’ego. W pracy pokazano również procentowe uwodnienie oraz zawartość białka w suchej i świeżej masie poszczególnych genotypów kalusa. Zawartość białka w suchej masie była odmienna od zawartości w świeżej masie, a średnia procentowa zawartość wody dla wszystkich genotypów wynosiła blisko 97%. Aktywność APX zaobserwowano tylko w genotypach nietraktowanych As(V), a największa wartość była przypisana do genotypu 11. Aktywność CAT zaobserwowano zarówno w genotypach traktowanych jak i nietraktowanych As(V), przy czym aktywność CAT dla próbek poddanych czynnikowi stresowemu była wyższa niż w tych nietraktowanych As(V). Uzyskane wyniki aktywności APX pozwalają sądzić, iż As(V) wpływa hamująco na aktywność tego enzymu, która wydaje się być zależna od genotypu. Zwiększona aktywność CAT dla genotypów traktowanych As(V) mogłaby wskazywać na uruchomienie mechanizmów obronnych przed stresem oksydacyjnym, jednak brak różnic istotnych statystycznie między grupą badaną (traktowaną As(V)), a kontrolną (nietraktowaną As(V)) wyklucza możliwość potwierdzenia tej hipotezy. Przeciwnie do aktywności APX, aktywność CAT nie wydaje się zależeć od genotypu kalusa. Analizowane parametry nie wskazują na to, by jodła kaukaska była drzewem odpornym na wysokie stężenia As(V), co obniża jej potencjał aplikacyjny w bioremediacji terenów skażonych tym pierwiastkiem.

Catalase (CAT) and ascorbate peroxidase (APX) belong to the enzymes of the antioxidant system that protects plant cells from damage caused by elevated levels of reactive oxygen species (ROS). Arsenic as one of the most toxic elements causes an increase in the level of ROS (H2O2, • OH or O2• -) in plant cells. The following study examines the effect of As(V) on three callus genotypes (6, 11 and 22) of Caucasian fir Abies nordmanniana (Steven) Spach, by measuring the activity of the APX and CAT antioxidant enzymes. Callus tissue was cultured on Schenk-Hildebrandt (SH) medium with and without the addition of As(V), for a period of two weeks, after which material was collected and frozen. The material for determining enzyme activity was thawed, centrifuged with extraction buffer and callus extract was taken. The reaction substrates: extract, enzyme activity buffer and H2O2 were mixed and the absorbance drop was measured for 200–300 s, at 290 nm for APX and 240 nm for CAT. The enzyme activities were normalized to the content of soluble proteins in the sample, measured for each genotype by the Lowry method. The work also shows the percentage hydration and protein content in the dry and fresh mass of individual callus genotypes. The protein content in the dry mass was different from the content in the fresh mass, and the average percentage water content for all genotypes was close to 97%. APX activity was observed only in control group and the highest value was assigned to genotype 11. CAT activity was observed in both control (not treated with As(V)) and experimental group (treated with As(V)), however the results for samples exposed to the stress factor were higher. The obtained results of APX activity suggest that As(V) inhibits the activity of the this enzyme and seems to depend on the tested genotype. Increased CAT activity for As(V) treated genotypes could indicate the activation of defense mechanisms against oxidative stress, however the lack of statistical significant differences between control and experimental group excludes the possibility of confirming this hypothesis. Unlike APX activity, CAT activity does not appear to depend on callus genotype. The analyzed parameters do not indicate that Caucasian fir is a tree resistant to high concentrations of As(V), which reduces its potential application in the bioremediation of areas contaminated with this element.