Функціонування ферментів антиоксидантної системи захисту в репродуктивних органах Robinia pseudoacacia L. та Gleditsia triacanthos L. за впливу антропогенн

Реферат Лисенко Н. С. «Функціонування ферментів антиоксидантної системи захисту в репродуктивних органах Robinia pseudoacacia L. та Gleditsia triacanthos L. за впливу антропогенного забруднення». — Дніпропетровський національний університет ім. Олеся Гончара, кафедра фізіології та інтродукції рослин. — Дипломна робота. — 86 с, 6 рис., 111 джерело.

Вивчено зміни активності основних антиоксидантних ферментів у насінні рослин Robinia pseudoacacia L. та Gleditsia triacanthos L., які зростають в умовах урбоценозу м. Дніпропетровська. Дипломна робота виконана в лабораторії фізіології та молекулярної біології НДІ біології Дніпропетровського національного університету ім. О. Гончара в рамках держбюджетної теми № 1−259−12 «Фізіолого-біохімічні механізми стійкості рослин у зв’язку із збереженням фіторізноманіття за несприятливих умов середовища». З’ясовано, що за дії аерополютантів у процесі достигання насіння Robinia pseudoacacia L. та Gleditsia triacanthos L. адаптаційне пристосування до умов існування відбувається за рахунок збільшення активності супероксиддисмутази й каталази та захисного зниження активності ферменту-детоксикатора пероксиду водню (пероксидази).

Ключові слова: Robinia pseudoacacia L., Gleditsia triacanthos L., насіння, аерополютанти, супероксиддисмутаза, каталаза, пероксидаза.

ABSTRACT

Lysenko N.S. «Functioning of antioxidant enzymes in the protection of the reproductive organs Robinia pseudoacacia L. and Gleditsia triacanthos L. under the influence of anthropogenic pollution». — Dnipropetrovsk National University. Oles Gonchar, Department of Physiology and Plant Introduction. — Thesis. — 86 p., 6 fig., 111 source.

Changes of activity of the main antioxidant enzymes in plant seeds Robinia pseudoacacia L. and Gleditsia triacanthos L., who grow up in urbotsenozu Dnepropetrovsk. Thesis work was performed at the Laboratory of Physiology and Molecular Biology, Institute of Biology of Dnipropetrovsk National University. O. Gonchara in the state budget theme № 1−259−12 «Physiological and biochemical mechanisms of plant resistance at the persistence fitoraznoobraziya under adverse environmental conditions.» It was found that under the action aeropollyutantov during ripening seeds Robinia pseudoacacia L. and Gleditsia triacanthos L. adaptive adaptation to the conditions of existence is due to the increase in the activity of superoxide dismutase and catalase and decreased activity of the protective enzyme detoksikatora hydrogen peroxide (peroxidase).

Key words: Robinia pseudoacacia L., Gleditsia triacanthos L., seeds aeropollyutanty, superoxide dismutase, catalase, peroxidase.

• Вступ

1. Огляд літератури

1.1 Участь супероксиддисмутази в адаптаційних процесах рослинних організмів

1.2 Пероксидаза — як компонент ферментативного антиоксидантного захисту

1.3 Зміни активності каталази в рослинних об'єктах за дії стресорів

1.4 Реакція антиоксидантних ферментів на стрес-чинники

1.5 Стан рослинності за умов дії техногенних чинників

1.6 Джерела антропогенного забруднення. Їх класифікація

2. Матеріали і методи досліджень

2.1 Об'єкти та умови проведення досліджень

2.2 Методи досліджень

2.2.1 Визначення активності СОД

2.2.2 Визначення активності бензидин-пероксидази

2.2.3 Визначення активності каталази

2.2.4 Статистична обробка отриманих результатів

3. Фізико-географічна характеристика району досліджень

4. Результати та їх обговорення

4.1 Активність супероксиддисмутази репродуктивних органів Robinia pseudoacacia L. та Gleditsia triacanthos L. за різних умов існування

4.2 Вплив аеротехногенного забруднення на активність каталази у насінні Robinia pseudoacacia L. та Gleditsia triacanthos L.

4.3 Активність пероксидази насіння Robinia pseudoacacia L. та Gleditsia triacanthos L, як критерій стійкості досліджуваних рослин до окислювального стресу

5. Охорона праці

Висновки Перелік посилань

Вступ Сучасну екологічну ситуацію в Україні можна охарактеризувати, як кризову, що формувалася впродовж тривалого періоду внаслідок зневажання об'єктивними законами розвитку і поновлення природно-ресурсного комплексу України. Проблеми охорони навколишнього середовища і раціонального використання природних ресурсів в останній час належать до найбільш актуальних. Особливу небезпеку для живих організмів представляє техногенне забруднення навколишнього середовища — фактор, який може здійснювати стресові ситуації для існування багатьох організмів на значних територіях (Коршиков и др., 1995; Бессонова, 1999; Більчук, 2005; Мильнікова, 2001). Внаслідок цього, відбувається зменшення біорізновидностей живих організмів як на міжвидовому, так і внутрішньовидовому рівнях із-за загибелі окремих популяцій або змін в їхній структурі за рахунок передчасної елімінації найменш стійких індивідів (Коршиков и др., 1995; Смит, 1985).

Суттєвий вклад в забруднення навколишнього середовища вносять транспортні засоби, які працюють на двигунах внутрішнього згорання. В 1990 році забруднення одного квадратного кілометра території України було в 6,5 рази вище, ніж в США, а території Донецько-Придніпровського регіону — в 6,3 рази вища, ніж в цілому по всій країні (Лук'янчук, 2007).

Зараз все більше значення приділяється детальним дослідам тонких ефектів дії аеротехногенного забруднення на природні екосистеми, які проявляються при близькій до фонової концентрації полютантів (Анохіна, 1995; Бессонова, 2008).

Найбільш небезпечними інгредієнтами аеротехногенного забруднення для рослин є оксиди сірки, нітрогену, карбону, а також аерозолі, які містять важкі метали — свинець, кадмій (Коршиков и др., 2005).

Токсичні гази можуть переноситися на великі відстані від промислових підприємств, тож через це страждають не тільки рослини, що зростають поряд, а й ті, що на відстані (Гнатів, 2000; Ловинская, 2011; Лихолат, 2001; Сергейчик, 1994).

В природі рослини постійно знаходяться під впливом несприятливих чинників оточуючого середовища. Підвищення концентрації важких металів та потепління клімату роблять проблему адаптації та стійкості живих організмів однією з центральних у сучасній фізіології рослин (Гнатів, 2000; Антипов, 2002; Вінниченко и др., 2001). Формування захисної відповіді рослинного організму забезпечується зміною метаболізму клітини та активацією генетичного апарату. Однією з реакцій на несприятливі умови є інтенсифікація пероксидного окислення ліпідів біомембран, що викликається підвищеною продукції активних форм кисню, що може призводити при сильних впливах до значних порушень внутріклітинного гомеостазу. Обмеження процесів пероксидації та підтримка структурно-функціонального стану мембранних ліпідів відбувається за рахунок роботи антиоксидантної системи захисту, ключову роль де відіграють спеціалізовані ферменти, як супероксиддисмутаза, пероксидаза та каталаза.

Серед екологічних проблем особливо важливими є дослідження реакцій рослин на токсичну дію органічних сполук, джерелом яких є викиди автотранспорту (Коршиков и др., 2005; Лук’янчук, 2007). Оскільки автомагістраль розташована всюди і не має санітарно-захисної зони і умов, необхідних для утилізації чи знешкодження вихлопних газів, то особливо важливою є наукова оцінка теперішнього і майбутнього стану рослинності в сфері впливу магістрального профілю, а також розробка заходів по оптимізації складних екологічних умов техногенних територій за допомогою формування стійких зелених насаджень з високою здатністю до поглинання і перетворення полютантів.

Метою роботи було проаналізувати літературні джерела по дії аерогенних забруднювачів на функціонування антиоксидантної системи у деревних порід за впливу антропогенного забруднення.

Завдання роботи полягали у визначенні у насінні ясеня звичайного таких показників:

1. Дослідити зміни динаміки активності супероксиддисмутази у насінні Robinia pseudoacacia L. та Gleditsia triacanthos L. за хронічної дії аерополютантів.

2. Визначити участь пероксидази в адаптації деревних порід до окисного стресу.

3. Встановити активність каталази в репродуктивних органах акації та гледичії.

Результати роботи розширюють наукові уявлення про реакцію ферментів-детоксикаторів вільних радикалів насіння на вплив аерополютантів та можуть бути використані при розробці тест-методів для визначення стійкості деревних рослин до антропогенного забруднення.

1. Огляд літератури

1.1 Участь супероксиддисмутази в адаптаційних процесах рослинних організмів Супероксиддисмутза (СОД, ЕС 1.15.1.1) — фермент, який каталізує реакцію дисмутації супероксидних радикалів. Він є гомодимером, який складається з двох однакових субодиниць по 16, 5 кДж кожна, з'єднаних дисульфідними зв’язками. Характеризується тим, що в своєму складі може мати різні метали перехідної валентності: Zn, Fe, Mn, Cu, в той момент, коли амінокислотний склад мало змінний (Бараненко, 2006; Fridovich, 1981; Bowler, 1992; Zhang, 1994).

В рослинах присутні декілька СОД, які містять в активних центрах іони Cu-Zn, Fe або Mn. Mn-СОД локалізована в основному в мітохондріях, Cu-Zn-СОД — в цитоплазмі, хлоропластах та пероксисомах, Fe-СОД — в хлоропластах. Таким чином, найбільш висока концентрація супероксиддисмутази в хлоропластах. СОД є центральною сполукою антиоксидантної системи та виконує захисну роль клітини від активних форм кисню.

Вперше СОД була виявлена в рослинах кукурудзи, з неї ж був вперше клонований ген Sod (Бараненко, 2006). Пізніше поліморфні СОД були виявлені і в інших рослинах (овес, горох, ячмінь, соя, амарант, люпин), причому в кожному з них різну кількість форм СОД. Так, в кукурудзі знайдено 7 форм, тоді як у вівсі та горосі - тільки 3. В останніх двох рослинах були присутні лише форми СОД з високою електрофоретичною рухливістю, а в кукурудзі - ще й з середньою і низькою рухливістю. Кількість ізоформ змінюється в залежності від стадії розвитку рослини. Так у амаранту на стадії п’яти листів присутня одна, а на стадії 10 листів — дві форми СОД (Власов та ін., 2000). На стадії насіння виявлені дві ізоформи ферменту, а активність СОД у різних зразків амаранту досягає максимального значення у дорослої рослини, мінімальне значення характерно для стадії 5 листя. У люпину жовтого виявлено 6 ізоформ СОД, у різних сортів винограду — від 3 до 8, причому, чим стійкіше сорт до карбонатного хлорозу, тим різноманітніший ізоферментний склад СОД в листі. На підставі цього припущено, що фермент відіграє певну роль в адаптації підщеп винограду та до карбонатних ґрунтів і збільшення активності СОД є способом захисту пігментного апарату при хлорозі. У процесі роботи з ярим ячменем встановлено, що в період наливу зернівок з 8-го дня після запилення і до воскової стиглості ізоферментний склад СОД не змінюється. У швидкорухомій зоні (SOD F) виявлено 7 варіантів ізоферменту. Вивчення поліморфізму за іншими тканинами (листя, пилок та ін.) істотно збільшує число ідентифікованих локусів. На ячмені нами були вивчені дві форми СОД, обумовленні двома локусами: Sod S і Sod F, якi контролюють фермент в повільноі швидкорухомій зоні зімограмми. Повільнорухома зона представлена локусом Sod S і виділена з коренів рослин ячменю. Швидкорухома зона контролюється локусами Sod F і виділена з зернівок, що достигають.

Точна характеристика ізоферментного складу СОД дозволяє вирішувати ряд теоретичних і прикладних завдань, однією з яких є вивчення походження та систематики різних видів рослин. Виявлення сортового поліморфізму ферментів відкриває перспективи використання його для ідентифікації сортів і гібридів, дослідження їх гетерогенності і цілеспрямованого підбору батьківських пар для схрещувань. У вищих рослин СОД усуває кисневі радикали. У збудженому стані молекули кисню неактивні, однак здатні під впливом металів або квантів світла перетворюватися у вільні радикали, що з’являються під впливом біотичних, абіотичних та антропогенних (важкі метали, пестициди) стресорів.

У процесі адаптації рослини до окислювального стресу рівень вмісту СОД може збільшуватися в залежності від виду рослини, стадії його розвитку та ступеня стресового впливу. Наявність ізоензимів СОД забезпечує стресову стійкість рослини. При дії низьких і високих температур (теплового шоку) в клітинах рослин посилюється генерація активних форм кисню, при цьому активність ключових ферментів — каталази і СОД знижується (Колупаев и др., 2003, 2010). Зниження активності ферментів антиоксидантів на тлі ослаблення антиоксидантної системи рослинних клітин призводить до підвищення вмісту активних кисневих радикалів (Колупаев и др., 2003). Збільшення прооксидантів може бути передумовою (сигналом) для зміни генної активності в клітині при різних стресах. Відомо, що тепловий шок репресує біосинтез багатьох білків, за винятком білків теплового шоку. Дія високих і низьких температур на рослинний організм істотно зміщує рівновагу антиоксиданти — прооксиданти. У редокс відновленого стресу в клітинах накопичуються у великій кількості денатуровані білки, продукти пероксидного окислення ліпідів (ПОЛ), які можуть бути не тільки первинними медіаторами стресового впливу температурного чинника, але й індукторами відповідних захисних механізмів у рослинних клітинах.

Фізіологічну функцію СОД пов’язують із захистом клітин від радикального її пошкодження. Супероксиддисмутаза каталізує реакцію відновлення супероксидного радикалу до пероксиду водню:

2О₂+2Н⁺>Н₂О₂+О₂

Механізм дії СОД полягає в послідовному відновленні та окисленні супероксидними аніон-радикалами металу активного центру ферменту (Колупаев и др., 2010).

Спочатку одна молекула супероксида взаємодіє з активним центром ферменту, при цьому метал, який входить в активний центр, відновлюється, а радикал окисляється до молекулярного кисню:

СОД-Meⁿ⁺ + O₂^- > O₂ +СОД-Me^(n-1)+;

Після чого при участі другої молекули О₂ здійснюється зворотна реакція окислення метала, при цьому утворюється пероксид водню:

СОД — Me^(n-1)+ +О₂ +2Н⁺ > Н₂О₂ + СОД — Meⁿ⁺.

Подальше перетворення пероксида води і молекулярного кисню здійснюється при участі глутатіон-аскорбатного циклу, який здійснюється в результаті спряженої дії ряду ферментів, враховуючи глутатіонредуктазу (ГР).

Швидкість взаємодії СОД з O₂^- в значній мірі визначається в’язкістю мембран.

Дисмутація O₂^- може відбуватись спонтанно без участі СОД. Швидкість спонтанної дисмутації 2 * 10⁵ М^-1/с^-1 при рН 7,0, тоді, як в присутності СОД — 2 * 10⁹ М^-1/с^-1, тобто приблизно в 10⁴ рази швидше.

Вивченню СОД приділяється велика увага, оскільки їй належить важлива роль на захисті клітин і тканин від окисної деструкції. Супероксидні радикали — первинні продукти одно електронного відновлення молекулярного кисню — є джерелом утворення інших, в тому числі й більш реакційно здатних активних форм кисню (Соколовська-Сергієнко и др., 2010). Пероксид водню, гідроксильні та гідроперекисні радикали, синглетний кисень є продуктами перетворень радикалів O₂^-. Оскільки ці сполуки активно окислюють білкові молекули, специфічних ферментів дезактиваторів даних АФК не існує, рівень їх в клітині опосередковано регулюється СОД шляхом прибирання супероксидних радикалів — джерела їх утворення. З цієї причини СОД є первинною ланкою захисту від окислювальних ушкоджень, обриваючи окислення клітинних макромолекул ще на стадії ініціювання.

В рослинах присутні декілька СОД, які мають в активних центрах іони Cu-Zn, Fe або Mn. В основному Mn-СОД локалізована в мітохондріях, Cu-Zn-СОДв цитоплазмі, хлоропластах та в пероксисомах, Fe-СОД — в хлоропластах. Таким чином, сама висока концентрація супероксиддисмутази в хлоропластах. СОД являє собою центральне з'єднання антиоксидантної системи і виконує захисну роль клітини від активних форм кисню.

Фермент присутній в клітинах рослин там, де відбуваються окислювально-відновні процеси, тобто практично у всіх її компонентах, а також в апопласті. Порівняння даних про локалізацію різних форм СОД показує, що найбільш різноманітною в клітинах рослин є CuZn С0Д. Вона виявлена у всіх внутрішньоклітинних компартментах — у цитозолі, хлоропластах, мітохондріях, а також у апопласті (Шугаєв та ін., 2010). Що стосується МnСОД і FеСОД, вони виявлені лише в окремих органелах. Зокрема, МnСОД знаходиться в мітохондріях та пероксисомах, а FеСОД — в хлоропластах і цитоплазмі бульб деяких бобових. Розглянемо більш детально локалізацію ізоформ СОД в клітинах рослин.

Цитозольна форма CuZnCOД виявлена біля або на тонопласті, а також у самому ядрі, що вказує на утворення супероксидних радикалів у середині ядра. Припускають, що в ядро фермент потрапляє через ядерні пори. У ядрі СОД (до 80%) сполучена з ДНК-філаментами, захищаючи їх від окисних ушкоджень. Дана ізоформа виявлена також біля або на цитоплазматичній мембрані. У хлоропластах СuZпСОД локалізована в мембранах тилакоїдів і стромі. Зокрема, близько 70% CuZnСОД прикріплено до стромальної поверхні мембрани тилакоїдів, де розташований комплекс фотосистеми. Відмічено, що локальна концентрація ферменту в мембранах тилакоїдів становить близько 1 мМ, тоді як в стромі - близько 20 мкМ. Таким чином, більша кількість СОД прикріплена до тилакоїдних мембран, і це свідчить про те, що продукція в них супероксидних радикалів вища в порівнянні з стромою. Фермент виявлений також у внутрішньотилакоїдному просторі хлоропластів (близько 4% хлоропластної CuZn-СОД). Оскільки основна кількість CuZnСОД у клітинах листів рослин локалізовано в хлоропластах, очевидно, що останні є важливим джерелом супероксидних радикалів в клітині. Крім хлоропластів, CuZnCOД виявлена в матриксі пероксисом На частку пероксисомних CuZnСОД припадає близько 18% загальної активності СОД в клітинах рослин. У апопласті дана ізоформа бере участь в лігніфікації клітинних стінок і захисту клітинних тканин рослин від патогенів.

МnСОД виявлена в матриксі мітохондрій і пероксисомах. Відмічено значну гомологію амінокислотних послідовностей ферменту в мітохондріях, а також в пероксисомах.

FеСОД в клітинах рослин розташована в хлоропластах — як у стромі, так і на мембранних тилакоїдах. Крім хлоропластів виявлена локалізація ферменту в нефотосинтезуючих органелах і тканинах: в пероксисомах листя Lycopersicon esculenrum, пероксисомах пелюсток гвоздики, а також у цитозолі бульб деяких бобових — конюшини, сої і квасолі. Проте не у всіх бобів виявлений фермент в цитозолі бульб: у люцерни і гороху він локалізований тільки в хлоропластах. Таким чином, існує декілька типів FeCOД в клітинах рослин.

Волкова із співавторами вказує, що фенілпропаноїди екстракту коренів Rhodiola rosea L. в умовах абіотичного стресу зменшують активність СОД, Dioscorea deltoidea Wall. (Волкова та ін., 2013). Пригнічення активності супероксиддисмутази установлено у насінні Frаxinus excеlsior L. з урбофітоценозу м. Дніпропетровська (Россихіна-Галича, 2013).

Зростання активності цього ферменту відмічено у роботах Г. С. Россихіної для рослин А. negundo L. і A. pseudoplatanus L. (Россихіна-Галича, 2012) та Еlytrigia repens (L.) Nevski і Аvena fatua L. (Россихіна та ін., 2011). Адаптивна здатність гібридів кукурудзи до впливу гербіцидів Харнес, Стеллар, Майстер, Пропоніт реалізується завдяки підвищенню саме активності супероксиддисмутази (Більчук та ін., 2013; Россихіна-Галича та ін., 2013; Россихіна, 2010; Лашко, Россихіна, 2011). Підвищення СОД фіксували Ю.Е. Колупаєв із співавторами (2013) за гіпертермії у коренях і пагона Triticum aestivum L. Індукцію активності СОД відзначено за дії цинку у хвої сіянців сосни звичайної (Иванов та ін., 2012, 2013), у Taxus baccata L., Pinus sylvestris L., Medicago rigidula L. та Zea mays L. за дії іонів Са²⁺ і Zn²⁺ (Bakardjieva et al, 2000); в умовах гідропоніки за дії різних концентрацій цинку в коренях Sedum alfredii Hance (Ли и др., 2008); у проростків сої за впливу сірки (Ситар, 2010); у рослин гороху за дії кадмію (Балахнина и др., 2005) та високої температури (Колупаев, 2010); за впливу цинкового стресу в листках Alternanthera philoxeroides (Юан и др., 2009); у меристемі кореневої системи кукурудзи за комбінованого впливу іонів кадмію та підвищеної температури (Губаренко, Більчук, 2010); пагонах водного моху Fontinalis antipyretica (Кияк, Микієвич, 2010); пагонах Elodea (Egeria) densa Planch за впливу Ni, Cd, Cu, Zn, Mn (Малева та ін., 2012).

1.2 Пероксидаза — як компонент ферментативного антиоксидантного захисту Пероксидаза — двохкомпонентний фермент, який являє собою сполучення активної групи, що вступає в хімічну взаємодію з субстратами і колоїдального білкового носію, який посилює каталітичну дію цієї групи (Андреева, 1988; Савич, 1989). Цей глобулярний білок діаметром 50А, який містить приблизно 43% бділянок, в складі білкової частини молекули. По номенклатурі ферментів, прийнятій на Міжнародному біохімічному з'їзді в 1979 році, пероксидаза — фермент, який діє на перекис водню як акцептор.

Дію пероксидаз можна описати наступними реакціями:

E — Fe³⁺ — OOH^- + ДH₂ ^{пероксидаза} E — Fe³⁺ — O^- + ДH + H₂O

E — Fe³⁺ — O^- + ДH₂ ^{пероксидаза} E — Fe³⁺ — OH^- + ДH

ДH + ДH ДH2 + Д Досліджені пероксидази складаються з незабарвленого глікопротеїну і з'єднаного з ним коричнево-червоного ферріпорфірину. Гемінова частина молекули — залізопротопорфірин, виконує роль активного центра. Він бере участь в розкладенні або активації пероксиду водню, в результаті чого виникають радикали відповідних субстратів (Виноградова, 2006; Андреева, 1988).

Ферріпротопорфірин IX входить до порфирінового кільця гема, яке являє собою високоароматичну і гідрофобну сполуку і входить в активний центр. Саме гідрофобна взаємодія порфирінового макроцикла з білком формує третинну структуру нативної пероксидази. Відомо, що протопорфірин має важливий стабілізуючий вплив на білкову глобулу гемскладових ферментів. Видалення проститичної групи ферментів веде до втрати пероксидазної активності, але не відображається на її оксидазній функції. Гемін входить до складу багатьох важливих біологічних молекул, утворюючи зв’язок з різноманітними білками. Відомо також, що гемін стабілізує білкову глобулу гемскладаючих ферментів, і не тільки пероксидази, а ще каталази, цитохрома Р-450, гемоглобіну, міоглобіну.

Білкова частина пероксидаз складається з 18 амінокислот (Андрєєва, 1988). Пероксидази A₁, А₂, А₃ мають у своєму складі оксипролін, а фракції В і С оксипроліну не містять. Можливості методів тих років не дозволили провести більш ретельне очищення та розділення, але, незважаючи на це, отримані дані викликали безсумнівний інтерес, тому що давали уявлення про суттєві відмінності між пероксидазами одного і того ж вихідного матеріалу. Відмінності в первинній структурі за якісним і кількісним складом амінокислот і цукрів були знайдені для пероксидаз різних рослин. Слід зазначити, що серед ізоензимів пероксидази є й такі, які не містять вуглеводних компонентів. Так, з культури тканин тютюну W-38 і суспендіальної культури тютюну WR-132 були виділені дві анодні (А₁ і А₂) і дві катодні (С₃ і С₄) ізопероксидази, і виявилося, що ізоензим С₄ містив вуглеводні залишки. Роль вуглеводних компонентів у молекулі пероксидази поки що до кінця не з’ясована, оскільки відщеплення деяких вуглеводів не призводило до зміни ферментативної активності. Так, видалення глюкози або галактози з молекули пероксидази не знижувало активності. Автори припускають, що вуглеводи полегшують проходження пероксидази через мембрану і стабілізують тривимірну структуру апоферменту. Як показали H.М. Угарова та ін., конфірмаційна упаковка пероксидази хрону така, що тільки деякі ділянки функціональних груп білкової частини розташовуються близько до поверхні молекули і доступні для кодифікації. Більшість з цих груп так чи інакше віддалені від краю, захищені карбогідратними залишками і, отже, недоступні. Така структурна організація пероксидази, очевидно, і зумовлює певні особливості каталітичного акта.

Основна функція пероксидази — каталізувати окислення хімічних сполук за рахунок кисню перекису з утворенням проміжних комплексів, що володіють різними спектральними характеристиками. До теперішнього часу виявлено чотири типи комплексів (Андрєєва, 1988; Савич, 1989; Колупаев и др., 2010).

Згідно з дослідженнями Фрому, механізм дії пероксидази нагадує реакції для трьох субстратів за типом пінг-понгу, де феноли — два незалежних субстрати, а перекис водню є третім субстратом. У результаті такого типу реакцій утворюються вільні радикали. Феноксильні радикали можуть з’являтися на двох окремих стадіях каталізу і об'єднуватися в димери. Як вказують Дінер та ін., радикали не можуть перебувати в розчині у вільному стані, так як тоді б вони давали такі суміші продуктів, як, наприклад, о-о-дифенол, n-n-дифенол і o-n-дифенол. Але в цих випадках присутній тільки один продукт ферментативної реакції, а саме o-o-дифенол, і це свідчить про те, що радикали з'єднуються з білком пероксидази. Отримані дані підтверджують думку, що каталітичний акт відбувається і на поверхні білка, причому феноли підсилюють ефект модифікації молекули ферменту. Присутній у пероксидазі єдиний іон заліза має здатність не тільки активувати перекис водню, але і надає їй здатність вступати в реакції окиснення різних субстратів (Пиріжков та ін., 2009; Zhang, 1994). Джерелом активного кисню при каталітичній дії пероксидази можуть служити також і органічні перекиси, в тому числі і перекис ненасичених жирних кислот і каротину.

Встановлено, що фермент володіє не тільки пероксидазними, але і оксидазними (Хромих, 2005; Вінниченко та ін., 2011) властивостями, каталізує окислення цілого ряду з'єднань за рахунок неактивованого молекулярного кисню. Наявність у пероксидази двох різних функцій вже не викликає сумнівів, але немає однозначної відповіді на питання про те, що один або два активних центра присутні в молекулі пероксидази. Це пояснюється недостатньою кількістю даних про деталі структури ферменту і його молекулярної неоднорідності. Треба звернути увагу на здатність пероксидази окисляти попередньо окисленим тріметафенолфлороглюцином, такі біологічно важливі сполуки, як NAD*H₂ і NADP*Н₂. Ця властивість ферменту свідчить про принципову можливість участі пероксидази в нормальному диханні клітини шляхом активації кисню повітря для окислення звичайних субстратів дихання — метаболітів циклу Кребса пероксидаза, проявляючи різну ферментативну активність, може бути віднесена до числа регуляторних ферментів. До того ж вона здатна змінювати активність шляхом ковалентної або іонної модифікації своїх специфічних функціональних груп, необхідних для більш повного вираження каталітичної ефективності ферменту. До їх числа відносяться три карбоксильні групи нативного білка пероксидази, які беруть участь в окисленні о-діанізідіна.

Про важливу фізіологічну роль цього ферменту в клітинах рослин писав ще Д. М. Міхлін. В даний час встановлено, що активність ізопероксидаз сильно залежить від присутності субстратів і тому фізіологічні функції окремих ізоформ ферменту значно розрізняються. Пероксидаза каталізує більшість реакцій, що протікають у всіх типах тканин. Для цього ферменту відзначають видову, органогенних, тканинну і внутрішньоклітинну специфічність розподілу ізопероксидаз. Присутність ферменту в хлоропластах вказує на його участь в окислювально-відновних реакціях в процесі фотосинтезу, а виявлення пероксидази в мітохондріях на участь в енергетичному обміні клітини. Значна пероксидазна активність визначена в очищених препаратах рибосом і фермент міцно пов’язаний з їх структурою, будучи складовою частиною цих органел. Специфічний набір ізопероксидаз присутній в паренхімних клітинах клубній картоплі, визначаючи диференціацію цих клітин. Максимальна пероксидазна активність виявлена в епідермісі і судинно-волокнистих пучках-тканин чайної рослини.

На підставі цитохімічних досліджень пероксидазна активність була виявлена в цитоплазмі, клітинній стінці, хромосомах і ядерцях (Андрєєва, 1988; Коршиков и др., 1995; Колупаев, 2001). У молодих клітинах кінчиків цибулі найвища активність пероксидази зосереджена в ядрах. Це свідчить про можливу участь пероксидази у специфічності ядерної функції, а так як частина ізоензимів є лужними білками, то не виключено, що вони можуть виконувати функцію, подібну функції гістонів. Дані про роль пероксидази у клітинах, отримані на основі цитохімічних досліджень, знаходять все більше підтверджень на біохімічному рівні. Пероксидаза є індуцибельним ферментом, індукторами якого можуть бути різноманітні фізичні, хімічні і біологічні фактори, в тому числі особливої уваги заслуговують фітогормони, як регулятори багатьох фізіологічних процесів. Для пероксидази доведено її участь в утворенні ауксину і етилену, відновленні нітратів і нітритів, тобто в азотному обміні, ростових і дихальних процесів. У присутності пероксидази регулюється дозрівання і старіння тканин, а також синтез лігніну, що входить до складу клітинних стінок. Можливо, фізіолого-біохімічна роль пероксидази клітинної стінки полягає в руйнуванні ІУК, яка може змінювати фізіологічний стан клітини. Пероксидаза прискорює гідроксилювання проліну, який входить до складу клітинних стінок, що впливає на їх розтяжність, і в результаті чого регулюється проникність клітинних мембран. Існуючі експериментальні дані свідчать, що пероксидаза пов’язана з цілим рядом метаболічних перетворень які відбуваються в клітинах,і володіє широким спектром дії фермент в межах pH від 3 до 14. Пероксидаза активується при змінах та порушеннях метаболізму рослин, а деякі ізоензими у відповідь на стрес синтезуються de novo. Проте до тепер немає повного пояснення механізму регуляції синтезу ізоензиму і прояву їх властивостей при стресовому і патологічному впливу. Незважаючи на великий потік інформації по досліджуваному ферменту, фізіологічна функція пероксидази до кінця не зрозуміла, і складність її вивчення полягає в тому, що дія ферменту в нативній клітині неможливо повністю моделювати in vitro. Очевидно, саме цим пояснюється те, що до теперішнього часу немає єдиної теорії про зв’язок усіх різноманітних реакцій, в яких бере участь пероксидаза.

Участь пероксидази в захисних реакцій рослин на великому матеріалі показали, що білкові молекули, володіючи реакційноздатними i групами, зв’язуються з різними антигенами, у якості яких можуть бути білки, нуклеїнові кислоти, їх фрагменти і різні низькомолекулярні сполуки, в тому числі феноли (Коршиков и др., 2003, 2004; Коцюбинская, 2001; Россихина, 2010; Савич, 1989; Вінниченко та ін., 2011). Останні, перетворюючись на хінони, ковалентно зв’язуються з іншими білками за рахунок активації подвійного зв’язку. Участь пероксидази у цих процесах призводить до біоактивації різних сполук. У зв’язку з цим слід мати на увазі, що в рослинах надчутливих господарів, хоча вірус і локалізований в місцях утворення некрозів, в цілому рослині присутні фрагменти вірусних частинок. Тому з метою захисту від цих ендогенних антигенів повинна існувати захисна система, яка звільняє організм від таких сполук. Пероксидаза має три карбоксильні групи на поверхні білка, які приймають безпосередню участь в окисленні субстратів. Очевидно, саме бічні ланцюги реакційноздатних груп пероксидази, захоплюючи антигени, здійснюють їх утримання та у присутності перекису водню і фенолів з подальшою їх утилізацією в процесах метаболізму (Виноградова, 2006; Коршиков и др., 1995; Рогожин, 2004). Таким чином, питання про те, чи бере участь пероксидаза в захисному механізмі рослин, переконливо схиляється в позитивну сторону. Однак у справі вивчення імунних реакцій рослинних організмів необхідний більш широкий системний підхід. Пероксидаза — еволюціонно старий білок, що виник набагато раніше за інших гемвмісних з'єднань. Це і вельми реакційноздатні фермент, за допомогою перексиду водню і різних кофакторів здійснює окислювально-відновних процесів, в результаті яких йде перетворення та утилізація самих різних сполук.

Пригнічення активності пероксидази відзначено в ряді робіт: у культурі клітин Dioscorea deltoidea Wall. за дії екстракту коренів Rhodiola rosea L., що містить комплекс фенілпропаноїдів (Волкова та ін., 2013); у насінні Frаxinus excеlsior L. та вегетативних органах A. platanoides L. з урбофітоценозів (Россихіна-Галича, 2012; Россихіна-Галича, 2013); у стиглому насіння Zea mays L. за дії гербіцидів (Лашко, Россихіна, 2011); в ході вегетації Populus deltoidеs, що зростають в умовах впливу різноякісних промислових емісій (Віноградова, Коршиков, 2012).

Адаптація рослин до стрес-чинників відбувається за рахунок збільшення активності пероксидази у насіннєвому потомстві Atriplex patula L. за впливу важких металів (Прокопьев та ін., 2012); у Melilotus albus M. та Trifolium medium L. за дії міді (Фазлиева та ін., 2012); у зелених проростках Hordeum vulgare L. за надлишкового зволоження (Шалиго та ін., 2012); у рослинах Brassica napus L. за сумісної дії трептолема та іонів цинку й міді (Гащишин та ін., 2012); за впливу хлориду натрію у листках проростків кукурудзи (Василик, Лущак, 2011); у вегетативних органах Iris hybrida Hort., Calendula officinalis L., Tagetes patula L., Petunia x hybrida Vilm., Salvia splendens Sello et Nees за дії промислових емісій шахтних підприємств (Лихолат та ін., 2011); у надземній масі злакових газонних трав Koeleria cristata Pers., Setaria viridis L., Agropyrum repens L., Avena fatua L. за умов техногенного (Заїко та ін., 2010).

1.3 Зміни активності каталази в рослинних об'єктах за дії стресорів Каталаза — фермент класу оксидоредуктаз, виявлений у всіх еукаріотичних організмів, у рослинних клітинах, локалізована в периксосомах і цитозолі. За нормальних фізіологічних умов вона регулює вміст пероксиду водню в організмі, запобігає його токсичній дії, відіграє важливу роль у процесі старіння рослин (Колупаев и др., 2003; Лукаткин, 2002; Чиркова, 2002).

Цей фермент з групи гідропероксидаз каталізує окисно-відновну реакцію, в ході якої із 2 молекул перекису водню утворюються вода і кисень:

2Н₂О₂ ^{каталаза} 2Н₂О + О₂

Пероксид водню, що утворюється при двоелектронному відновленні кисню чи шляхом дисмутації супероксидних радикалів, руйнується каталазою. Вона каталізує двоелектронне відновлення Н₂О₂ до води, використовуючи пероксид водню як донор електрона:

Е — Fe³⁺ — OH^- + H₂O₂ ^{каталаза} E — Fe³⁺ — OOH^- + H₂O

E — Fe³⁺ — OOH^- + H₂O₂ ^{каталаза} E — Fe³⁺ — OH^- + O₂ +H₂O

При цьому в окисленому стані каталаза працює як пероксидаза. Субстратами в пероксидазній реакції можуть бути етанол, метанол, форміат, формальдегід та інші донори водню. Треба відмітити, що близько 0,5% O₂, що утворюється в результаті розкладу H₂O₂, з’являється у збудженому синглетному стані і таким чином в процесі розкладу перекису водню знову генеруються активні форми O₂ (Чиркова, 2002).

Каталаза переважно знаходиться в пероксисомах і гліоксисомах, позаклітинно каталаза знаходиться в незначних концентраціях.

У більшості випадків концентрація каталази регулюється в залежності від метаболічних потреб клітини. Зазвичай, рівень каталази пов’язаний з кисневими метаболітами. Рівень каталази контролюється субстратами пероксиду водню (Мирошниченко, 1992).

Процес окислення за допомогою цитохромів дає побічний продукт, у великих концентраціях згубний для всього живого — перекис водню. Перекис водню є сильним окислювачем. Абсолютно ясно, що організм потрібно захистити від небезпечного з'єднання. Для цього і існує фермент каталаза. Її молекула має масу 250 тис. і складається з чотирьох субодиниць, кожна з яких містить гем, пов’язаний з поліпептидним білковим ланцюгом. Каталаза розкладає перекис водню на воду і кисень. Але що цікаво, коли концентрація перекису водню стає незначною, каталаза починає каталізувати реакцію окислення перекисом водню спиртів, формальдегідів і нітратів. Відкриття каталази також пов’язане з перекисом водню. Ще Луї Тенар, який займався каталітичним розкладанням аміаку, відкрив перекис водню в 1818 році і зауважив каталітичну активність по відношенню до цієї речовини тваринних тканин. Але тільки в 1907 році було встановлено, що в цьому винен фермент, який і назвали каталазою. У кристалічному вигляді отримати її вдалося тільки через 30 років з печінки бика. Це один з найбільш активних ферментів, молекула якого розкладає в секунду 6 000 000 молекул перекису водню. Відомо, що такі ферменти розщеплення пероксиду, як каталаза, можуть моделювати гомеостаз пероксиду і відповідно його сигнальну здатність. Каталаза активує розщеплення пероксиду водню до кисню та води, запобігаючи тим самим його токсичному ефекту, проте, на відміну від пероксидаз, вона не потребує відновного субстрату для своєї активності.

Дослідження основних механізмів дії важких металів на рослини та ролі антиоксидантної системи у процесах адаптації дасть змогу розробити нові підходи для підвищення стійкості рослин (Пацула и др., 2008; Вінниченко та ін., 2011).

Незважаючи на деяке зменшення концентрації Н₂О₂ при спектрофотометричному аналізі активність КАТ у фракціях ізольованих вакуолей кімографічним методом в ППАГ не виявилась (Прадедова и др., 2011). З каталазою пов’язують надії на отримання високоефективних препаратів для лікування злоякісних пухлин, оскільки вважають, що цей фермент відіграє важливу роль у зростанні клітин.

Адаптивна відповідь каталази на вплив різних чинників проявляється в збільшенні активності: у інфікованих грибом Heterobasidion annosum (Fr.) Bref. проростків Pinus sylvestris L. (Чемеріс, Бойко, 2012); у Koeleria cristata Pers., Setaria viridis L., Agropyrum repens L., Avena fatua L.) за техногенного забруднення (Заїко та ін., 2010); у фотосинтезуючій тканині Iris hybrida Hort., Calendula officinalis L., Tagetes patula L., Petunia x hybrida Vilm., Salvia splendens Sello et Nees за шахтних емісій (Лихолат та ін., 2011); у листках проростків кукурудзи за сольового стресу (Василик, Лущак, 2011); у рослини Brassica napus L. за дії міді й цинку (Гащишин та ін., 2012); у Atriplex patula L. (Прокопьев та ін., 2012), Acer platanoides L. (Гарифзянов, Иванищев, 2011), у пагонів Elodea (Egeria) densa Planch. (Малева та ін., 2012) за впливу важких металів.

1.4 Стан рослинності за умов дії техногенних чинників Для багатьох країн Європи забруднення природного середовища автотранспортом є однією із найскладніших і важко вирішуваних проблем. Головну небезпеку становлять відпрацьовані гази двигунів автомобілів, що містять до 200 різних компонентів, більшість з яких — токсичні як для людини, так і для рослинних фітоценозів. Найбільшу тривогу викликає забруднення викидами важких металів в межах щільної забудови великих міст та їх транспортних магістралей (Анохина и др., 1995; Коршиков и др., 2005; Лук’янчук и др., 2007; Карташов, 2008).

У Дніпропетровській області довжина автомобільних доріг із твердим покриттям становить більше 8300 км, а викиди автотранспорту в атмосферу перевищують 58 500 т шкідливих речовин (Лук'янчук и др., 2007). В умовах урбоекосистем відбувається накопичення окремих хімічних елементів, що порушує взаємозв'язки та природний біогеохімічний кругообіг речовин. Внаслідок цих процесів урбоекосистеми характеризуються зниженим біорізноманіттям, порушеними зв’язками між компонентами, а також погіршенням функціонального стану біоти. Деревні рослини приймають участь у накопиченні, міграції хімічних елементів, а також виступають у якості біологічного бар'єру при їх розподілі у біосфері. Забруднення навколишнього середовища негативно впливає на життєдіяльність та біологічну продуктивність усіх живих організмів, зокрема, деревних рослин, що дозволяє їх використовувати у якості біоіндикаторів довкілля (Ловинская, 2011; Коршиков и др., 1995).

Полікомпонентні викиди автотранспорту містять речовини які, потрапляючи в асиміляційні органи рослин, показують ефект прямої і опосередкованої токсичної дії через активацію процесів ПОЛ.

Наявність в тканинах рослин надлишкових кількостей полівалентних іонів важких металів може призвести до інтенсифікації ПОЛ, яке в нормальній метаболізуючій клітині підтримується на визначеному оптимальному рівні (Данільчук, 2002; Вінниченко та ін., 2011).

Пошкодження листків рослин вихлопними газами автотранспорту на заключних етапах вегетації супроводжується активним руйнуванням пігменту. При цьому із збільшенням ушкодженості листя вміст хлорофілу зменшується більше ніж каротиноїдів. Більш висока стійкість каротиноїдів в порівнянні з хлорофілом при розвитку хлорозу та нітрозу листя від дії вихлопних газів, напевне, пов’язана з захисною функцією каротиноїдів в клітинах, які проявляються в інактивації в активованих формах кисню.

У роботі І.І. Коршикова (1995) ефективність системи захисту рослинної клітини до дії оксиду сульфуру (ІV), як одного з компонентів викидів автотранспорту, оцінювали за зміною активності СОД. Встановлено, що більш стійкі до токсичних газів види рослин мали високу активність СОД в листках. Вивчення реакції клена гостролистого та клена явора до дії вихлопних газів автотранспорту дало можливість оцінити спрямованість змін фізіолого-біохімічних показників за дії окислювального стресу і виявити роль окислювально-відновних ферментів в формуванні стійкості рослин.

В урбанізованих екосистемах інгредієнти викидів автомобільного транспорту та промислових підприємств негативно впливають не лише на ріст і розвиток рослин, а й та насіння. Сьогодні зростає роль насіння як носія генетичної інформації. Лише розмноження насінням дає можливість одержувати генетично різноманітніше потомство, що є дуже цінним для селекції. В умовах техногенного забруднення атмосфери і ґрунту насіння деревних рослин акумулює надмірну кількість шкідливих хімічних речовин, що порушує метаболічні процеси, які відіграють значну роль у захисних механізмах при його проростанні (Шупранова, 2009). Вивчення насіннєвої продуктивності рослин дає змогу оцінити фізіологічну пластичність біологічного виду за певних екологічних умов, визначити толерантність видів рослин до дії негативних факторів та запропонувати стійкий асортимент рослин для озеленення промислового міста (Приймак, 2009).

Як відмічають В. П. Бессонова (1991, 1993), З. В. Грицай (1997), Т.І.Юсипіва (1999), Л. В. Шупранова (2009) та ін. процеси утворення плодів і насіння можуть суттєво пригнічуватись в умовах промислового забруднення у різних видів рослин. Так, у деревних видів Acer platanoides L., A. pseudoplatanus L., A. negundo L., Sambucus nigra L., Aesculus hippocastanum L., Syringa vulgaris L., Robinia pseudoacacia L. за впливу аерогенних забрудників відмічається значне падіння інтенсивності плодоношення, маси 1000 насінин, зростання долі пустого насіння (Грицай, 1997). У Gleditchia triacanthos L. та Aesculus hippocastanum L. за умов викидів автотранспорту зареєстровано зниження маси насіння на 20% та 7%. Найбільш істотне зниження даного показника зареєстровано для Quercus robur L. (Шупранова, 2009). Викиди металургійного підприємства викликають зменшення кількості суплідь на модельній гілці та плодів у суплідді, зменшення довжини та ширини плодів, зменшення довжини та ширини насіннєвої камери у Catalpa bignonioides Walt., Ailanthus altissima Mill., Fraxinus excelsior L., Fraxinus pennsylvanica L., Tilia platyphyllos Scop. (Грицай, Денисенко, 2011).

За даними М.В. Леппік (2008) викиди трубного заводу та автотранспорту погіршують плодоношення рослин Catalpa в наслідок зменшення кількості плодів на модельній гілці, їх розмірів та утворення аномальних форм плодів. Забруднення автотранспортними та промисловими викидами негативно впливає на якість насіння Catalpa bignonioides. Несприятлива дія забруднювачів на показники плодоношення та якість насіння сильніше виявляється у рослин трубного підприємства, ніж у придорожній зоні. Найсуттєвіше за дії викидів трубного заводу та автомобільних вихлопів змінюються відносно контролю такі показники як кількість плодів на модельній гілці, вага 1000 насінин і життєздатність насіння. Ці показники можна рекомендувати як для оцінки стану рослин за умов за бруднення довкілля, такі фітоіндикації рівня забруднення навколишнього середовища.

М.В. Нємченко, В. П. Бессонова (2009) займалися дослідженнями генеративної сфери рослин роду Catalpa у придорожній лісосмузі. Встановлено, що за цих умову C. bignonioides Walt. та C. speciosa Ward. пригнічується інтенсивність цвітіння та плодоношення, змінюються якісні та кількісні характеристики плодів та насіння (причому сильніше змінюються показники плодоношення, ніж цвітіння). Якщо характеристики цвітіння у обох видів змінюються майже однаково (за винятком довжини суцвіття) порівняно з контролем, то характеристики плодоношення суттєвіше змінюються у C. speciosa Ward.

В умовах техногенного забруднення середовища викидами з переважанням диоксидів сірки та азоту зафіксовано зменшення морфометричних характеристик плодів і насіння основних деревних порід степового Придніпров'я, які за зменшенням їхньої стійкості утворили таку послідовність: A. negundo > G. Triacanthos > R. pseudoacacia > F. lanceolata > A. platanoides (Юсипіва, 1999). Насіння рослин Robinia pseudoacacia L., що зростають в умовах Запорізького титаномагнієвого комбінату (Солоха, 2011) та гірничодобувної промисловості (Шупранова, Кучма, 2012) характеризуються істотним зменшенням (на 29,7% порівняно з контролем) кількості плодів, зменшення довжини плодів, насіння (на 14,3%), ширини насіння (на 20%). Вага 1000 насінин у контрольному варіанті становить 17,4±0,42 г; у досліді - 14,8±0,21 (85,1% від контрольних значень). Подібні дані отримані для показників насіннєвої продуктивності у представників хвойних порід (Зенкова, Казанцева, 2008) та всихаючих дерев Larix (Третьєякова, Бажина, 1996).

Відомо, що доволі чутливими до промислових забруднень у рослин є більшість фізіологічних процесів. Так, В. П. Бессоновою та Т.І. Юсипієвою (2001) зафіксовано, що SO₂ та NO₂ знижують концентрацію так важливих високоенергетичних сполук як крохмалю, сахарози, жирів практично у всіх деревних порід. Це в свою чергу негативно відбивається на проростанні насіння та життєздатності сходів.

У роботах В.С. Більчук (2005) та Л.В. Шупранової (2009) за впливу техногенного забруднення та викидів автотранспорту виявлено зниження активності ферментів переамінування аспартатамінотрансферази (в 2 рази) та аланінамінотрансферази (в 2,3−3,5 рази) у репродуктивних органах Aesculus hippocastanum L. і аспартатамінотрансферази у насінні Q. robur L. в процесі достигання.

Вивчення вмісту, гетерогенності та поліморфізму запасних білків насіння Aesculus hippocastanum L., Robinia pseudoacacia L., представників родів Quercus L, (Q. robus, Q. rubra), Acer L. (A. platanoides, A. pseudoplatanus, A. tataricum), які зростали у місцях з різним рівнем забруднення у місті Дніпропетровськ. Виявлено, що насіння досліджуваних видів зазнало суттєвих різнобічних змін вмісту білка, у залежності від виду та рівня забруднення. Показано, що насіння дерев із забруднених зон мали більше різноманіття електрофоретичних спектрів білка без чіткого виділення основних білкових фенотипів (Шупранова, 2007).

В умовах хронічної дії на деревні рослини SO₂, NO₂ і важких металів змінюється співвідношення альбумінів і глобулінів у насінні. Зниження вмісту білка зареєстровано у насінні A. pseudoplatanus. У F. lanceolata та A. negundo відмічено зростання частки глобулінів і зменшення альбумінів, у A. рseudoplatanus, навпаки, підвищується частка альбумінів.

У насінні клену гостролистого та гіркокаштану звичайного, які зростають в умовах комплексного забруднення м. Дніпропетровська І.О. Філонік (2007) виявлено редукцію вмісту легкорозчинних білків, пригнічення активності інгібіторів протеїназ, різнобічні зміни загального пулу амінокислот у залежності від спектру полютантів. Для насіння гіркокаштану звичайного, клену гостролистого та дубу звичайного, що зростають в умовах стресу відзначено зниження вмісту загальних ліпідів та збільшення вмісту ліпідів, редукцію фракції вільних жирних кислот (Філонік та ін., 2010).

Дослідженнями В.М. Ловинської і Г. С. Россихіної (2012) впливу Rhytisma acerinum на вміст ТБК-активних продуктів і активність антиоксидантних ферментів у насінні Acer platanoides L. в умовах хронічного промислового стресу дозволили виявити підвищення вмісту МДА та рівня активності ензимів. Суттєві відхилення активності ферментів від значень контролю спостерігали у варіанті комбінування фітопатогенну з антропогенним фактором. В. М. Ловинською із співавторами (2011) відмічено зростанням пероксидазної активності на 48−87%, зниження сумарного вмісту білків на 20% та суттєві перебудови у поліпептидному складі у насінні A. platanoides та R. рseudoacacia.

Н.О. Хромих (2012, 2013) у насінні Aesculus hippocastanum L., Acer platanoides L. і Acer pseudoplatanus L. з міських фітоценозів установлено зростання пулу відновленого глутатіону у 2−3 рази, активності GSH у 4−5 разів й GR у 2 рази. Автор розглядає активацію метаболічного циклу глутатіону в насінні цих порід як пристосувальну реакцію цих організмів до екологічних умов антропогенно забруднених екотопів.

Дослідження активності пероксидази насіння A. platanoides L. та А. pseudoplatanus L. за умов промислового міста Дніпропетровськ проведено Г. С. Россихіною-Галичою (2012). За впливу аерополютантів зафіксовано зростання активність пероксидази відповідно в 1,4−1,6рази та 2,2−2,8 рази відносно контролю. Більш високі значення пероксидазної активності насіння клену несправжньоплатанового свідчать про активне включення механізмів адаптогенезу клітин цього виду за впливу інгредієнтів викидів автотранспорту.

О.Ф. Чечуй (2011) за впливу кобальту та кадмію виявлено збільшення вмісту фенольних сполук у насінні Glycine max L.

Насіння деревних інтродуцентів в міському середовищі за умов лісостепу Самари різниться за вмістом ліпідів: найбільша кількість властива липі крупнолистій (від 27 до 35% маси повітряно-сухого насіння в різних точках спостереження), менший вміст — клену ясенелистого (від 16 до 23 6%) (Здетоветский и др., 2000).