Determinación de actividades enzimáticas antioxidantes de Festuca arundinacea en presencia de hidrocarburos in vitro Público Deposited
Festuca arundinacea Schreb es una especie de la familia de las gramíneas, nativa de Europa y del norte de África, comúnmente usada como forraje en climas templados. Numerosos reportes señalan a F. arundinacea como una planta tolerante a estrés biótico y abiótico como por ejemplo: altas temperaturas, sequía, salinidad y contaminación por hidrocarburos. El estrés abiótico y biótico puede inducir una producción excesiva de especies reactivas de oxígeno (ERO) en las plantas. Debido a su alta reactividad, las ERO, tales como peróxido de hidrógeno y radical hidroxilo alteran la función de biomoléculas incluyendo lípidos, proteínas y ácidos nucleicos dando como resultado lipoperoxidación y eventualmente pérdida de la integridad de la membrana. Para mitigar el daño oxidativo causado por estrés biótico o abiótico, las plantas disponen de un complejo mecanismo de defensa antioxidativo que involucra la acción de enzimas antioxidantes, como superoxido dismutasa (SOD), ascorbato peroxidasa (APX), catalasa (CAT) y guaicol peroxidasa (G-POX). El objetivo de este estudio fue determinar la actividad de las enzimas antioxidantes CAT y G-POX y su posible correlación con los niveles de lipoperoxidación en Festuca arundinacea cultivada in vitro expuesta a una mezcla de hidrocarburos como factor estresante. Las semillas de F. arundinacea fueron manualmente escarificadas, desinfestadas y germinadas in vitro. La planta se sometió a dos tratamientos: (i) Murashige and Skoog (MS) medio, como control; (ii) MS mas mezcla de hidrocarburos (pireno, fenantreno y hexadecano; 1/1/2 p/p/v), a una concentración final de 500 mg de mezcla kg-1 de gel. Las plántulas fueron cultivadas por 50 días para ambos tratamientos. Las unidades experimentales fueron tubos de vidrio de 2.4 cm de diámetro por 15 cm de altura, con 10 mL de medio de cultivo y una semilla cada uno. Las determinaciones experimentales se aplicaron sobre 10 plántulas tratadas de la misma forma. Las muestras fueron colectadas de la parte aérea y de la raíz a los 20, 30, 40 y 50 días de cultivo. La actividad de las enzimas CAT y G-POX y los niveles de lipoperoxidación fueron cuantificados en el extracto crudo obtenido de cada muestra. No se observaron diferencias significativas en los niveles de lipoperoxidación entre los tratamientos. La disminución observada en los niveles de lipoperoxidación en el día 40, independientemente del tratamiento, puede ser explicado por el incremento transitorio en la actividad de las enzimas G-POX y CAT en este mismo día. En este estudio no se encontraron efectos directos de la concentración inicial de hidrocarburos utilizada (500 mg de mezcla (kg de gel)-1) en los niveles de lipoperoxidación y de las actividades enzimáticas analizadas, tomando en cuanta que por arriba de 5 000 mg de mezcla (kg de gel)-1 F. arundinacea presenta signos morfológicos de daño así como una disminución en la tasa de sobrevivencia, por lo tanto, es posible que la concentración utilizada en este estudio hay sido insuficiente para provocar la expresión de los mecanismos enzimáticos antioxidantes.
Festuca arundinacea Schreb is specie in the grass family (Poaceae), native to Europe and North Africa, which is commonly used as fodder in temperate climates. However, there are reports of the use of F. arundinacea as a tolerant plant to biotic and abiotic stresses, such as high temperatures, drought, saltiness and recently contamination by hycrocarbons. Either biotic or abiotic stresses may induce excessive production of reactive oxygen species (ROS) in the plant. Due to their high reactivity, ROS, such as hydrogen peroxide and superoxide and hydroxyl radicals, might alter the function of biomolecules, including lipids, proteins and nucleic acids, resulting in lipoperoxidation and eventually leading to loss of membrane integrity. To mitigate the oxidative damage caused by biotic or abiotic stresses, plants have evolved complex anti-oxidative defense mechanisms, which involve the action of antioxidant enzymes, such as superoxide dismutase (SOD), ascorbate peroxidase (APX), catalase (CAT) and guaiacol peroxidase (GPX). The objective of this study was to determine the CAT and GPX antioxidant enzymatic activities as well as the lipid peroxidation levels in grown in vitro F. arundinacea exposed to a hydrocarbons defined mixture (HM). In order to accomplish the task, seeds of tall fescue were manually scarified, desinfested and germinated in vitro. Grass was subjected to two treatments: (i) Murashige and Skoog (MS) medium as a control; (ii) MS plus a HM, which include hexadecane, pyrene and phenantrene (1:0.5:0.5; v/w/w), 500 mg of HM (kg of gel)-1 were dissolved into dichloromethane (DCM), added to seedling tubes and excess of DCM was eliminated. The seedlings were grown in glass tubes for 50 d for both treatments. Each treatment was evaluated with 10 homogenous seedlings. Samples from aerial part and root were collected at 20, 30, 40 and 50 d of growing (25°C; 16 h photoperiod). CAT and GPX enzymatic activities and lipoperoxidation levels were quantified in crude extracts obtained from each sample. No significant differences were observed between treatments in lipoperoxidation levels. The decrease in lipoperoxidation levels observed at 40 d independently of treatment in both aerial part and root might be explained by a transitory increase in POX and CAT activities observed at such particular sampling time. There was not a direct effect of the hydrocarbons at the assayed concentration in the lipoperoxidation levels and the enzymatic activities analyzed. Taking into account that 2 500 mg of HM (kg of gel)-1 represents a lethal concentration of hydrocarbons for F. arundinaceae, it is possible that the hydrocarbon concentration used in this study was not high enough (stressing factor) to cause an increase in the antioxidative enzymatic mechanisms.
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