Catalase activity of herbs in conditions of urban environment pollution

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Pollutants entering plants cells are able to cause biochemical malfunction, including lipid peroxidation, which leads to the change in antioxidant system activity. Sustaining redox balance in cells is a required condition of plants survival in conditions of anthropogenic pollution. The goal of this research was the investigation of catalase activity in meadow grass, wild vetch, red clover, coltsfoot and chamomile near various factories of Tyumen. Plants were gathered near the highway as well as close to the metallurgical plant, engine factory, oil refinery and accumulator plants. The change in catalase activity in the cells of plants turned out to be species-specific. The decrease in catalase activity was observed in the meadow grass and wild vetch cells, while in coltsfoot, red clover and chamomile both decrease and increase in enzyme activity was obtained. Pollutants from all the examined factories affected more or less on the catalase activity, but the greatest effect was registered near the metallurgical factory, that probably related to high heavy metal concentration in plants. The lowest effect on catalase activity, compared to control, was observed near the highway.

About the authors

Alexander Sergeevich Petukhov

Tyumen State University

Email: gpetuhova1@mail.ru

master student of Organic and Ecological Chemistry Department

Russian Federation, Tyumen

Nikolay Aleksandrovich Khritokhin

Tyumen State University

Email: kna@utmn.ru

candidate of chemical sciences, professor of Inorganic and Physical Chemistry Department

Russian Federation, Tyumen

Tatyana Anatolyevna Kremleva

Tyumen State University

Email: kreml-ta@yandex.ru

doctor of chemical sciences, head of Organic and Ecological Chemistry Department

Russian Federation, Tyumen

Galina Aleksandrovna Petukhova

Tyumen State University

Author for correspondence.
Email: gpetuhova1@mail.ru

doctor of biological sciences, professor of Ecology and Genetics Department

Tyumen

References

  1. Титов А.Ф., Казнина Н.М., Таланова В.В. Тяжелые металлы и растения. Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 2014. 194 с.
  2. Skorzynska-Polit E. Lipid peroxidation on plant cells, its physiological role and changes under heavy metal stress // Acta Societatis Botanicorum Poloniae. 2007. № 74. P. 49-54.
  3. Чеснокова Н.П., Понукалина Е.В., Бизенкова М.Н. Механизмы структурной и функциональной дезорганизации биосистем под влиянием свободных радикалов // Фундаментальные исследования. 2007. № 4. С. 110-121.
  4. Blokhina O., Virolainen E., Fagerstedt K.V. Antioxidants, oxidative stress and oxygen deprivation stress: a review // Annals of Botany. 2001. № 91. P. 179-194.
  5. Anjum N.A., Sofo A., Scopa A., Roychoudhury A. Lipids and proteins - major targets of oxidative modifications in abiotic stressed plants // Environmental Science and Pollution Research. 2015. № 22. P. 4099-4121.
  6. Владимиров Ю.А. Свободнорадикальное окисление липидов и физические свойства липидного слоя биологических мембран // Биофизика. 1987. Т. 32, № 5. С. 830-844.
  7. Gratao P.L., Polle A., Lea P.J., Azevedo R.A. Making the life of heavy metal-stressed plants a little easier // Functional Plant Biology. 2005. Vol. 32. P. 481-494.
  8. Hosseini R.H., Khanlarian M., Ghorbanli M. Effect of lead on germination, growth and activity of catalase and peroxidase enzyme in root and shoot of two cultivars of Brassica napus L. // Journal of Biological Sciences. 2007. № 7. P. 592-598.
  9. Колесниченко В.В., Колесниченко А.В. Изучение влияния высокой концентрации кадмия на функционирование антиоксидантных систем этиолированных проростков пшеницы разной длины // Journal of Stress Physiology and Biochemistry. 2011. Vol. 7, № 3. P. 212-221.
  10. Kachout S.S., Ben Mansoura A., Leclerc J.C., Mechergui R., Rejeb M.N., Ouerghi Z. Effects of heavy metals on antioxidant activities of Artiplex hortensis and A. rosea // Journal of Food, Agriculture and Environment. 2009. Vol. 7. P. 938-945.
  11. Devi Chinmayee M., Anu M.S., Mahesh B., Mary Sheeba A., Mini I., Swapna T.S. A comparative study of heavy metal accumulation and antioxidant responses in Jatropha curcas L. // Journal of Environmental Science, Toxicology and Food Technology. 2014. Vol. 8, № 7. P. 58-67.
  12. Кобринец Л.А. Изменение активности ферментов антиоксидантной системы у проростков люпина, вызванной действием соединений свинца // Вестник Брестского государственного технического университета. 2012. № 2. С. 86-89.
  13. Науменко О.А., Саблина Е.В., Кабышева М.И., Костенецкая Е.А. Исследование механизма повреждающего действия избыточных концентраций кадмия на состояние антиоксидантных ферментов кресс-салата // Вестник Оренбургского государственного университета. 2013. Т. 159, № 10. С. 205-207.
  14. Zhang F.Q., Wang Y.S., Lou Z.P., Dong J.D. Effect of heavy metal stress on antioxidant enzymes and lipid peroxidation in leaves and roots of two mangrove plant seedlings (Kandelia candel and Bruguiera gymnorrhiza) // Chemosphere. 2007. Vol. 67. P. 44-50.
  15. Anjum S.A., Tanveer M., Hussain S., Bao M., Wang L., Khan I. Cadmium toxicity in maize (Zea mays L.): consequences on antioxidatie systems, reactive oxygen species and cadmium accumulation // Environmental Science and Pollution Research. 2015. № 21. P. 17022-17030.
  16. Еремченко О.З., Кусакина М.Г., Голева Т.Н. Активность компонентов антиоксидантной защиты Raphanus sativus L. при выращивании на почве, загрязненной сульфатами свинца и кадмия // Вестник Пермского университета. Биология. 2014. № 1. С. 10-16.
  17. Казнина Н.М., Батова Ю.В., Титов А.Ф., Лайдинен Г.Ф. Роль отдельных компонентов антиоксидантной системы в адаптации растения Eletrigia repens (L.) Nevski к кадмию // Труды Карельского научного центра РАН. 2016. № 11. С. 17-26.
  18. Мурзаева С.В. Накопление тяжелых металлов и активность антиоксидантных ферментов в пшенице при воздействии сточных вод // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2002. Т. 4, № 2. С. 260-269.
  19. Ясар Ф., Элиальтиглу С., Ильдис К. Действие засоления на антиокислительные защитные системы, перекисное окисление липидов и содержание хлорофилла в листьях фасоли // Физиология растений. 2008. Т. 55, № 6. С. 869-873.
  20. Buyuk I., Gunduzer E., Kandemir I., Cansaran-Duman D. Effects of lead and cadmium elements on lipid peroxidation, catalase enzyme activity and catalase gene expression profile in tomato plants // Journal of Agricultural Sciences. 2016. Vol. 22. P. 539-547.
  21. Королюк М.А., Иванова Л.И., Майорова Н.О., Токарев В.Е. Метод определения активности каталазы // Лабораторное дело. 1988. № 1. С. 16.
  22. Petukhov A.S., Khritokhin N.A., Petukhova G.A., Kudryavtsev A.A. Biochemical response of the oat to accumulation of iron and manganese // Pollution Research. 2017. Vol. 36, № 1. P. 1-7.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Figure 1 - Catalase activity in bluegrass cells from the study areas.

Download (14KB)
3. Figure 2 - Catalase activity in mouse pea cells from the study areas

Download (13KB)
4. Figure 3 - Catalase activity in the cells of coltsfoot from the study areas

Download (12KB)
5. Figure 4 - Catalase activity in chamomile cells from the study areas

Download (14KB)
6. Figure 5 - Catalase activity in red clover cells from the study areas

Download (12KB)

Copyright (c) 2019 Petukhov A.S., Khritokhin N.A., Kremleva T.A., Petukhova G.A.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».