WWW.ДЕНЬСИЛЫ.РФ

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА - Медицина

 

Pages:   || 2 | 3 |

Влияние ионов металлов на структурно-функциональные особенности развития matteuccia struthiopteris (l.) todaro

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Богданова Елена Сергеевна

ВЛИЯНИЕ ИОНОВ МЕТАЛЛОВ НА СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ РАЗВИТИЯ

MATTEUCCIA STRUTHIOPTERIS (L.) TODARO

Специальность 03.02.08 – экология (биология)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

Тольятти – 2012

Работа выполнена в лаборатории экологической биохимии

Федерального государственного бюджетного учреждения науки

Института экологии Волжского бассейна РАН

Научный руководитель: доктор биологических наук

Розенцвет Ольга Анатольевна

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор

Кавеленова Людмила Михайловна;

кандидат биологических наук

Казнина Наталья Мстиславовна

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Самарский

государственный университет

Защита диссертации состоится 20 апреля 2012 г. в 10.00 часов на заседании диссертационного совета Д 002.251.01 при Институте экологии Волжского бассейна РАН по адресу:

445003, Самарской обл., г. Тольятти, ул. Комзина, 10.

Тел. 8(8482) 489-977; факс: 8(8482) 489-504; Е-mail: ievbras2005@mail.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института экологии Волжского бассейна РАН, с авторефератом – на сайте ИЭВБ РАН: http://ievbras.ru и на сайте ВАК РФ: referat_vak@mon.gov.ru.

Автореферат разослан 20 марта 2012 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

кандидат биологических наук А.Л. Маленев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Среди антропогенных факторов среды обитания, негативно воздействующих на живые организмы, особое место занимают ионы металлов, за которыми в научной литературе закрепилось название токсичные или тяжелые металлы (ТМ) (Прасад, 2011). Накопление ТМ в почве и воде вынуждает растения приспосабливаться к новым условиям среды. Важную роль в регулировании «взаимоотношений» живого организма и окружающей среды играют липиды клеточных мембран. Состав липидов оказывает влияние на такие важные процессы жизнедеятельности растений, как дыхание, фотосинтез, транспорт питательных веществ, водный режим и т.д. Изучение механизмов устойчивости растений к действию ТМ чаще проводились на травянистых и культивируемых растениях. Работы по изучению устойчивости споровых растений носят единичный характер, что ограничивает развитие прикладных исследований. Следует подчеркнуть, что папоротники представляют огромный интерес в изучении стратегии выживания растительных организмов, поскольку обладают эффективными приспособительными реакциями, выработанными в процессе эволюции. Многие виды папоротников используются в пищевых и лекарственных целях, а также в декоративном оформлении городских территорий. Некоторые папоротники способны связывать токсичные ТМ (Chang et al., 2009). В этой связи, работы экспериментального характера, посвященные исследованию влияния ионов металлов на важнейшие структурно-функциональные показатели высших споровых растений, являются актуальными.

Цель и задачи исследования. Целью работы являлся сравнительный анализ влияния ионов меди, цинка, кадмия и свинца на структурно-функциональные свойства папоротника Matteuccia struthiopteris (L.) Todaro.

В соответствии с целью были поставлены следующие задачи:

  1. Установить характер изменения ростовых процессов папоротника в ответ на воздействие ионов металлов.
  2. Выявить особенности накопления и распределения ионов меди, цинка, кадмия и свинца, в разных органах и отдельных частях растений.
  3. Изучить влияние ионов металлов на содержание фотосинтетических пигментов в ассимилирующих органах растений.
  4. Исследовать особенности изменений структурных и запасных липидов на разных стадиях развития и в разных органах в ответ на действие ионов металлов.
  5. Выявить основные типы адаптивных перестроек в липидном компоненте мембран и определить их значение в устойчивости папоротников к действию ионов металлов.

Научная новизна. Впервые исследовано развитие папоротника M. struthiopteris в присутствии ионов меди, цинка, кадмия и свинца. Установлена способность папоротников успешно прорастать и развиваться при наличии в корнеобитаемой среде ионов указанных металлов в широком диапазоне концентраций. Установлены разные типы стратегий папоротника по характеру накопления металлов – «исключателей» для меди, цинка и свинца и «индикатора» для кадмия; по влиянию на ростовые параметры – усиление (в присутствии меди и кадмия) или замедление (в присутствии цинка и свинца) роста; по влиянию на состав фотосинтетических пигментов и состав липидов биологических мембран.

Теоретическая значимость работы. Полученные результаты вносят существенный вклад в понимание механизмов устойчивости растений к действию ионов металлов, содержащихся в окружающей среде обитания.

Практическая значимость работы. Выявленные особенности накопления ионов металлов разными органами папоротника M. struthiopteris необходимо учитывать при культивировании данного вида в пищевых целях. Установленные структурные и функциональные особенности папоротника позволяют рекомендовать использование данного вида в целях фиторемедиации, а также в декоративных посадках на городских территориях, загрязненных ионами металлов.



Положения, выносимые на защиту.

– Присутствие в корнеобитаемой среде ионов металлов вызывает изменение процессов роста папоротника и содержания фотосинтетических пигментов.

– M. struthiopteris обладает устойчивостью к действию меди, цинка, кадмия и свинца при концентрациях, не превышающих 100 мкМ.

– Действие ТМ на корневую систему растений приводит к изменению содержания и состава структурных и запасных липидов клетках корневой части и листового аппарата.

– По характеру M. struthiopteris обладает двумя типами стратегии накопления ионов металлов в разных органах, реализация которого зависит от природы металла.

Апробация работы. Материалы работы представлены на VII международной научной конференции «Регуляция роста, развития и продуктивности растений» (Минск, 2011); Всероссийском симпозиуме «Экология мегаполисов: фундаментальные основы и инновационные технологии»; школе молодых ученых по экологической физиологии растений (Москва, 2011); II Всероссийской школе-конференции молодых ученых Уфимского научного центра РАН по физико-химической биологии и биотехнологии «Биомика - наука XXI века» (Уфа, 2011); VII съезде Общества физиологов растений России «Физиология растений – фундаментальная основа экологии и инновационных биотехнологий» (Нижний Новгород, 2011); молодежной научной конференции «Актуальные проблемы экологии Волжского бассейна» (Тольятти, 2011); международном симпозиуме «Клеточная сигнализация у растений» (Казань, 2011); Всероссийском симпозиуме «Растение и стресс» (Москва, 2010); международной научно-практической конференции «Физические механизмы становления и поддержания функций организма» (Сухуми, 2010); международной научной конференции «Materials of the Four Russian-Polish School of Young Ecologists» (Тольятти, 2010); на V Любищевских чтениях «Теоретические проблемы эволюции» (Тольятти, 2010); международной научной конференции «Физико-химические механизмы адаптации растений к антропогенному загрязнению в условиях Крайнего Севера» (Апатиты, 2009).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 19 работ, в том числе 5 статей в журналах, рекомендованных ВАК.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы (глава 1), материалов и методов исследования (глава 2), результатов и их обсуждения (глава 3), выводов, списка литературы. Библиографический указатель включает 236 источников, из них 144 на иностранных языках. Работа изложена на 137 страницах, содержит 10 таблиц и 25 рисунков.

Декларация личного участия автора. Автором лично осуществлен весь комплекс исследований, обработка и интерпретация фактического материала. Написание текста диссертации осуществлялось автором по плану, согласованному с научным руководителем.

Благодарности. Автор выражает большую признательность за помощь при сборе материала д.б.н., проф. С. В. Саксонову, а также всем сотрудникам лаборатории экологической биохимии за ценные советы, поддержку и помощь в обработке материала.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

В главе 1 приведены сведения о распространении папоротников, особенностях их роста, фотосинтеза и липидного состава. Обсуждаются основные механизмы токсичности и устойчивости высших растений к действию ТМ.

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Корневища высшего спорового растения страусника обыкновенного (Polypodiophyta, Onocleaceae, M. struthiopteris), отбирали на территории лесной зоны вблизи г. Жигулевск. Перенесенные из естественных условий растения выращивали на питательной среде Кнопа (соотношение массы корня к среде равно 1:4), в которую однократно вносили расчетные количества нитратов меди, цинка, кадмия и свинца в диапазоне концентраций 1-1000 мкМ. Растения инкубировали в лабораторных условиях, ростовые процессы оценивали по приросту фитомассы различных частей растений и длине листовой пластины. Исследования проводили с 2005 по 2011 гг. Опыты повторяли 2-4 раза, растительный материал отбирали в 3-х кратной повторности, каждый образец анализировали не менее 3-х раз. Для биохимических анализов использовали ткани разных органов и частей растений.

Содержание металлов в растительных тканях определяли на атомно-абсорбционном спектрометре «МГА-915» (Россия). Количественное содержание пигментов определяли в ацетоновой вытяжке на спектрофотометре «Specol» (Чехия).

Экстракцию липидов проводили смесью (1:2, по объему) хлороформа и метанола (Bligh, Dyer, 1959). Липиды анализировали методом тонкослойной хроматографии (ТСХ). Гликолипиды (ГЛ) разделяли одномерной ТСХ в системе растворителей: ацетон-бензол-вода (91:30:8); фосфолипиды (ФЛ) - двумерной ТСХ в системах растворителей: хлороформ-метанол-бензол-аммиак (130:60:20:12) - первое направление; хлороформ-метанол-бензол-ацетон-уксусная кислота (140:60:20:10:8) - второе направление; нейтральные липиды (НЛ) - одномерной ТСХ с последовательным применением систем растворителей: толуол-гексан-муравьиная кислота (140:60:1) и гексан-диэтиловый эфир-муравьиная кислота (120:80:2). Липиды идентифицировали при помощи стандартов и реагентов на отдельные функциональные группы («Sigma», США и «Larodan», Швеция) (Кейтс, 1975). Количественное содержание липидов определяли на денситометре «Денскан» (Ленхром, Россия). Результаты подтверждали определением содержания неорганического фосфора (Vaskovsky, Latyshev, 1975) и галактозы (Кейтс, 1975). Содержание бетаинового липида 1,2-диацилглицерил-3-О-4’-(N,N,N-триметил) гомосерина (ДГТС) измеряли спектрофотометрически. Анализ состава жирных кислот (ЖК) проводили на газо-жидкостном хроматографе «Хроматэк Кристалл 5000.1» (Россия) с использованием капиллярной колонки («RESTEK», США).





Статистическую обработку полученных результатов осуществляли с использованием пакета прикладных программ Microsoft Excel 2007 и Statistica-6.0. Значения, приведенные в таблицах и рисунках, представляют средние арифметические значения и их стандартные ошибки. Статистическую значимость различий между контролем и опытом оценивали по критерию Стьюдента при уравнении значимости Р < 0,05.

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

3.1. Влияние ионов металлов на ростовые процессы. Развитие надземной части папоротников начиналось с появления побега в форме улиткообразного листа (улитка), из которого через 10 дней формировалась листовая пластина.

Инкубация растений на питательной среде в отсутствие ионов металлов (контроль) приводила к увеличению биомассы корневищ на 15,5% в сравнении с начальной массой (табл. 1).

Таблица 1

Влияние ионов металлов на ростовые параметры M. struthiopteris

Металлы Концентрация ионов металлов в среде, мкМ Ростовые параметры
Прирост биомассы корней, % от начальной массы Прирост биомассы листьев, % от контроля Длина листьев, % от контроля
Контроль 15,5 100 100
Cu 1 17,5 266 183
10 19,1 192 172
100 16,6 153 115
1000 3,7 61 83
Pb 1 23,7 178 116
10 22,0 159 113
100 16,5 59,8 103,6
1000 15,5 60 36
Zn 100 - 66 92
Cd 100 - 134,8 118


Pages:   || 2 | 3 |
 


Похожие работы:







 
2013 www.деньсилы.рф - «МЕДИЦИНА-ЛЕЧЕНИЕ-ОЗДОРОВЛЕНИЕ»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.