EPR and Raman spectroscopy studies of cereal grains originating from plants treated with oxidative stress.

Celem niniejszej pracy było zbadanie wpływu stresu oksydacyjnego na powstawanie stabilnych rodników organicznych oraz na zmiany charakteru wiązań jonów metali przejściowych z matrycą biologiczną, w ziarnach jęczmienia, pszenicy oraz owsa. W badaniach ziaren zbóż pochodzących od odmian wrażliwych oraz odpornych na stres oksydacyjny, wykorzystano dwie metody: spektroskopię Ramana oraz elektronowy rezonans paramagnetyczny.Dzięki technice spektroskopii Ramana wykazano, że ziarna odmian odpornych są bogatsze w skrobie oraz białko . Stres suszy spowodował zmianę zawartości badanych substancji w ziarnach zbóż, przy czym zmiany te są różne w zależności od odmiany zboża. Szczegółowa analiza sygnałów EPR umożliwiła określenie charakteru oddziaływania jonów metali przejściowych (Fe(III), Mn(II) i Cu(II)) ze strukturami biochemicznymi ziaren zbóż. Dzięki procedurze symulacji poszczególnych widm EPR wykazano obecność dwóch typów stabilnych rodników organicznych: semichinionowego oraz centro węglowego. Wyższa zawartość badanych rodników w ziarnach zbóż odmian wrażliwych, związana jest prawdopodobnie z mniejszymi ilościami enzymów antyoksydacyjnych. Wykazano również, że stres suszy spowodował zmniejszenie ilości badanych rodników w ziarnach, co może być związane z uszkodzeniem struktur biochemicznych, które stanowiły matrycę stabilizacji reaktywnych form tlenu (ROS).

The aim of this study was to investigate the influence of oxidative stress on the formation of stable organic radicals and changes of binding of metal ions with the biological matrix, in grains of barley, wheat and oat. Measurements using Raman spectroscopy and electron paramagnetic resonance techniques were applied in studies of grains originating from these three cereals, each represented by two genotypes- sensitive and resistant to oxidative stress.Raman spectra showed that cereal grains from genotypes resistant to oxidative stress contained more starch and protein. Drought stress caused the changes in the content of this substances in cereal grains, and the changes were different depending on the variety of cereal. Detailed analysis of EPR signals allowed to investigate the nature of interaction of transition metal ions (Fe(III), Mn(II), Cu(II)) with the biochemical structures of cereal grains. Simulation procedures of the EPR spectra revealed the presence of two types of organic stable radicals: semiquinone and carbohydrate ones. The amounts of these radicals were higher in cereal grains of sensitive genotypes, what was associated probably with lower amounts of antioxidant enzymes. It was also shown that drought stress caused a reduction of the radical number in grains, which might be due to damages of the biochemical structures, being the stabilization matrices for ROS.