Кадмий является одним из наиболее токсичных антропогенных загрязнителей, негативно влияющих на рост и развитие растений. Фитотоксичность тяжелого металла проявляется через ингибирование ряда физиологических и биохимических процессов жизнедеятельности растения, в том числе и путем образования активных форм кислорода (АФК), вызывающих деградацию белков, повреждение нуклеиновых кислот и пероксидацию липидов [1]. Митохондрии играют центральную роль во всех аэробных эукариотических клетках, будучи центрами дыхания и синтеза АТФ в цикле окислительного фосфорилирования [2, 3].

Кадмий является сравнительно новым загрязнителем биосферы, содержание которого в окружающей среде связано в первую очередь с деятельностью человека. С этой точки зрения, общие механизмы защиты растений от токсического воздействия тяжелого металла еще до конца не изучены. В связи с этим целью данной работы было изучение влияния малых концентарций ионов CdCl2 (10 μМ, 20 μΜ, 30μМ при 250C, 5 мин.) на интенсивность перекисного окисления липидов (ПОЛ), активность АТФазы и объем митохондрий, выделенных из проростков пшеницы для выявления возможной вовлеченности кадмия в индукцию окислительного стресса в митохондриях.

Митохондрии выделяли из 7-идневных проростков озимой пшеницы (Triticum aestivum L.) сорта “Безостая”, выращенных в чашках Петри на фильтровальной бумаге в термостате (при 230С) в темноте. Митохондрии получали методом дифференциального центрифугирования в градиeнте перколла (18, 23 и 35%), приготовленного на основе среды промывания (300 мМ сахарозы, 1 мМ EDTA, 0.1% БСА, 10 мМ К-фосфатного буфера, рH 7.5) [4]. Интенсивность процессов ПОЛ определяли по накоплению малонового диальдегида-МДА, по тесту с тиобарбитуровой кислотой. Активность АТФазы определяли по концентации выделенного неорганического фосфата по методу [5]. Измерения изменения объема или набухания митохондрий проводили при 250C на спектрофотометре СФ -65 (СССР) по изменению поглащения суспензии митохондрий при λ=520 нм. [6].

Согласно полученным данным, в присутствии кадмия по мере увеличения концентрации тяжелого металла, возрастает активность ПОЛ, то есть содержание МДА. В контрольных образцах митохондрий была зарегистрирована высокая АТФазная активность. Добавление растворов кадмия различной концентрации к суспензии митохондрий приводило к статистически достоверному (Р<0.05) ингибированию АТФазной активности вплоть до 60%. А при концентрации кадмия 30μМ скорость гидролиза АТФ практически сводилась нулью. Аналогичные изменения поглашения суспензии митохондрий при λ=520 нм, связанные с изменением объема органелл, наблюдались при концентрации ионов кадмия 20 μΜ, 30μМ .

Таким образом, согласно полученным результатам, ионы кадмия индуцируют в изолированных митохондриях пшеницы концентарционно зависимый окислительный стресс, что выражается в повышении содержания МДА, в угнетении АТФазной активности и в набухании митохондрий.





1. Irfan M., Hayat S., Alyemeni M. Soil Cadmium enrichment: Allocation and plant physiological manifestations, Saudi J. Sci., 2013, 20(1), p. 1-10.

2. Morelli A., Rosano C. A True Symbiosis for the Mitochondria Evolution, Bioenergetics, 2016, v. 5, № 2, p. 137, DOI: 10.4172/2167-7662. 1000137.

3. Pastore D. The Enigmatic Metabolic Transport in Plant Mitochondria Lacking Proton Motive Force- news from Durum Wheat Mitochondria, Bioenergetics, 2014, 3:3, DOI: 10.4172/2167-7662. 1000e121.

4. ШугаевА. Г., Выскребенцева Э. И. Выделение интактных митохондрий из корнеплодов сахарной свеклы, Физиол. растений, 2018, т. 29, с. 799-803.

5. Ames B. N. Methods in Enzymology, 1966, № 8, p. 115-118.

6. Chagra A., Djabar R., Rouabhi R., Berrebbah H. Cadmium Induced Changes in Metabolic Function of Mitochondlial Isolated from Potato Tissue (Solanum tuberosum L.), Amer. J. of Biochem. And Biotech., 2009, 5 (1). p. 35-39.

The heavy metal cadmium (Cd) is one of the most toxic anthropogenic pollutants that adversely affect the growth and development of plants. The phytotoxicity of a heavy metal manifests itself through the inhibition of a number of physiological and biochemical processes of plant life, including the formation of reactive oxygen species (ROS), which cause protein denaturation, damage to nucleic acids, and lipid peroxidation [1]. Mitochondria play a central role in all aerobic eukayotic cells, being the site of respiration and synthesis of ATP via Oxidative phosphorylation [2, 3].

Cadmium is a relatively new biosphere pollutant, the content of which in the environment is primarily associated with human activities. From this point of view, the general mechanisms of plant protection from the toxic effects of heavy metal have not yet been fully studied. In this regard, the purpose of this work was to study the influence of low concentrations of CdCl2 (10 μM, 20 μM, 30μM at 250C, 5 min.) on the intensity of lipid peroxidation (LPO), ATPase activity and volume of mitochondria isolated from wheat seedlings to reveal the possible involvement of cadmium in the induction of oxidative stress in mitochondria.

Mitochondria were isolated from 7-day-old seedlings of winter wheat (Triticum aestivum L.), cv. Bezostaya, grown in Petri dishes on filter paper in a thermostat (at 23°C) in the dark. Mitochondria were obtained by differential centrifugation in a percoll gradient (18, 23, and 35%) prepared on the basis of a medium (300 mM sucrose, 1 mM EDTA, 0.1% BSA, 10 mM K-phosphate buffer, pH 7.5) [4]. The intensity of LPO processes was determined by the accumulation of malondialdehyde-MDA, according to the method [5]. ATPase activity was determined by the concentration of isolated inorganic phosphate according to the method [6]. Changes in the volume or swelling of mitochondria were measured at 250C, using the UV-visible Spectrophotometer (model SF-46, USSR) by changing the absorption of of mitochondrial suspension at λ=520 nm. [7].

According to the data obtained, in the presence of cadmium, whit increasing heavy metal concentration, the LPO activity, that is, the content of MDA, increases. In the control samples of mitochondria, high ATPase activity was registered. The addition of cadmium solutions of various concentrations to the mitochondrial suspension resulted in a statistically significant (P < 0.05) inhibition of ATPase activity up to 60%. And at a cadmium concentration of 30μM, the rate of ATP hydrolysis was practically reduced to zero. Similar changes in the agreement of the mitochondrial suspension at λ=520 nm, associated with a change in the volume of organelles, were observed at a concentration of cadmium ions of 20 μM and30 μM.

Thus, according to our results obtained, cadmium ions induce concentration-dependent oxidative stress in isolated wheat mitochondria, which is expressed in an increase in the MDA content, inhibition of ATPase activity, and swelling of mitochondria.