Автореферат (Люминесцентные характеристики растений,обработанных рострегулирующими препаратами)

На правах рукописиУДК 577.355ГЛАЗУНОВА СВЕТЛАНА АНДРЕЕВНАЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАСТЕНИЙ,ОБРАБОТАННЫХ РОСТРЕГУЛИРУЮЩИМИ ПРЕПАРАТАМИ03.00.02. – биофизика03.00.16 – экологияАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукМосква – 2009Работа выполнена на кафедре общей физики физического факультетаМосковского государственного университета имени М.В. ЛомоносоваНаучный руководитель:доктор физико-математических наук,профессор Владимир Александрович КараваевОфициальные оппоненты:доктор физико-математических наук,профессор Энно Куставич Руугедоктор физико-математических наук,профессор Виктор Николаевич БаграташвилиВедущая организация:УчреждениеРоссийскойакадемиинаукИнститут фундаменталтных проблем биологииРАН (ИФПБ РАН), г.

ПущиноЗащита диссертации состоится ____ декабря 2009 года в ____ часов назаседании диссертационного совета Д501.002.11 при Московскомгосударственном университете имени М.В. Ломоносова по адресу: 119991,Москва, ГСП-1, Ленинские горы, МГУ имени М.В. Ломоносова, физическийфакультет, аудитория ____.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультетаМГУ имени М.В. ЛомоносоваАвтореферат разослан «____» ноября 2009 годаУченый секретарьдиссертационного совета Д501.002.11доктор физико-математических наукГ.Б. Хомутов21.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫПостановка проблемы, ее актуальность.Растения – основа существования жизни на Земле. Вырабатываемыев процессе фотосинтеза органические вещества служат продуктами питаниячеловека, сырьем для промышленности, кормом для животных. Детальноеизучение механизмов фотобиологических реакций, приводящих кобразованию кислорода, непосредственно связано с проблемой управленияпроцессом фотосинтеза, повышения его эффективности и устойчивости квоздействию негативных факторов окружающей среды.В современных условиях выращивания сельскохозяйственных культурвысокая пестицидная нагрузка приводит к ухудшению экологическойобстановки.

Имеются данные о негативном влиянии пестицидов назащищаемую культуру. Разработка новых экологически чистых препаратовдля сельскохозяйственного производства, которые могли бы заменитьхимические средства защиты растений, является актуальной задачейсовременной «зеленой» химии и биологии. Одно из направлений вразработке таких препаратов связано с получением растительных экстрактови изучением их действия на физиологическое состояние растения. Впоследниегодыактивноразвиваетсяметодтакназываемойсверхкритической флюидной экстракции (СКФ-экстракции), основанный наиспользовании диоксида углерода в сверхкритическом состоянии.Преимущество этого метода заключается в сохранении большого количествафизиологически активных веществ, зачастую теряемых при других способахэкстракции.

В этой связи весьма актуальным является получение СКФэкстрактов из растительного сырья и изучение их действия как наметаболизм и продуктивность сельскохозяйственных культур в целом, так ина функциональную активность их фотосинтетического аппарата.В настоящее время известно большое число рострегулирующихпрепаратов, рекомендованных для применения в растениеводстве.Биорегуляторы ускоряют прорастание семян, влияют на свойствабиологических мембран и активность ферментов, повышают устойчивостьрастений к неблагоприятным воздействиям и т.п. Применение нетоксичныхприродных препаратов позволяет в имеющихся условиях вырастить высокиеурожаи сельскохозяйственных культур.

Вместе с тем, действие большинстварегуляторов роста видо- и сортоспецифично и, кроме того, зависит отспособа обработки и условий выращивания культуры. В этой связиактуальной является разработка экспресс-методов, позволяющих оценить3влияние рострегулирующих препаратов на растения и, в том числе, на ихфотосинтетический аппарат.В последние годы для изучения функциональной активностифотосинтетического аппарата активно используются люминесцентныеметоды исследования, основанные на регистрации медленной индукциифлуоресценции и термолюминесценции растений. Эти методы отражают теизменения в фотосинтетическом аппарате, которые происходят на самыхранних стадиях внешнего воздействия. Люминесцентные методы успешноприменяются для изучения изменений, происходящих в фотосинтетическомаппарате растений при их обработке различными физиологическиактивными веществами: гербицидами, фунгицидами, антиоксидантами и, втом числе, растительными экстрактами.Интерес к медленной индукции флуоресценции (МИФ) обусловлентем, что в этом явлении в значительной степени проявляются регуляторныепроцессы, обеспечивающие оптимальное функционирование всейсовокупности фотосинтетических реакций.

Активно изучается корреляцияпоказателей МИФ с фотосинтетической активностью листа. Методтермолюминесценции (ТЛ), со своей стороны, позволяет изучить характервоздействия исследуемых препаратов на первичные процессы фотосинтеза,связанные с функционированием фотосистемы 2 (мембранный комплекс, вкотором происходит светоиндуцированное разделение зарядов вреакционном центре Р680, перенос электронов на вторичный переносчик QBи окисление воды). Изучение МИФ и ТЛ растений, обработанныхразличными физиологически активными веществами, представляется весьмаперспективным с точки зрения разработки экспресс-методов оценкисостояния растений в изменяющихся условиях окружающей природнойсреды.Цель и задачи исследования.Цель работы заключалась в изучении влияния различныхрострегулирующих препаратов на фотосинтетический аппарат растенийлюминесцентными методами.Задачи исследований:1.

Разработка методики экстракции и получение СКФ-экстрактов горцасахалинского Reynoutria sachalinensis, известного своими иммуногеннымисвойствами.2. Сравнительное изучение люминесцентных характеристик растений,обработанных СКФ-экстрактами R. sachalinensis, водным экстрактом этого4растения, а также препаратом Milsana®, приготовленным на основе этогорастительного сырья.3. Изучение люминесцентных характеристик растений, обработанныхпрепаратом Эпин-Экстра и кремнийсодержащим препаратом Силиплант влабораторных условиях, с целью выяснения влияния этих препаратов нафотосинтетическую активность растений.4. Изучение люминесцентных характеристик растений, обработанныхрядом рострегулирующих препаратов, в полевых испытаниях (совместно сРГАУ – МСХА им. К.А.

Тимирязева); сопоставление изменений показателяотносительного тушения флуоресценции при регистрации МИФ,характеризующего фотосинтетическую активность растений, с изменениемконечной продуктивности сельскохозяйственных культур.5. Изучение с использованием люминесцентных методов влияниязападного цветочного трипса (ЗЦТ) на растения огурца; исследованиевозможности повышения устойчивости растений к ЗПЦ путем обработкирастений экстрактом горца сахалинского R.

sachalinensis.Научная новизна работы.Научная новизна работы заключается прежде всего в разработкеметодики экстракции, получении и изучении свойств СКФ-экстрактов горцасахалинского R. sachalinensis. Показано, что эти экстракты обладают болееинтенсивным и более продолжительным стимулирующим действием нафотосинтетический аппарат растений по сравнению с исследованными ранееводным и спиртовым экстрактами R. sachalinensis. Впервые методоммедленнойиндукциифлуоресценцииспривлечениемметодатермолюминесценции установлено влияние ряда рострегулирующихпрепаратовнаструктурно-функциональныехарактеристикифотосинтетического аппарата растений бобов, огурца и ячменя.

Такжевпервые показано, что изменения показателя относительного тушенияфлуоресценции при регистрации МИФ после обработки ячменярострегулирующими препаратами в период наиболее интенсивного роста иразвития растений сопровождаются определенными изменениямипоказателей продуктивности культуры.Практическое значение работы.Разработанная в диссертации методика СКФ-экстракции может бытьиспользована при создании экологически безопасных и эффективныхпрепаратовнаосноверастительногосырьядлястимуляциифотосинтетическойактивности,регуляцииростаизащиты5сельскохозяйственных культур от неблагоприятных воздействий.

Основойдля разработки таких препаратов могут, в частности, служить СКФэкстракты горца сахалинского R. sachalinensis.Люминесцентные характеристики, основанные на регистрациимедленной индукции флуоресценции листьев растений, позволяют получитьважную информацию о функциональной активности фотосинтетическогоаппарата растений. Эти характеристики могут быть использованы дляэкспресс-диагностикифизиологическогосостояниярастенийвизменяющихся условиях внешней среды, а также при изученииэкологической безопасности разрабатываемых и применяемых на практикепрепаратов, оптимизации их норм расхода и сроков обработки растений.Апробация работы.Основные результаты диссертации были доложены на VIмеждународном симпозиуме «Новые и нетрадиционные растения иперспективы их использования» (Пущино, 2005), IV международнойконференции «Регуляция роста, развития и продуктивности растений»(Минск, 2005), Всероссийской конференции «Нетрадиционные и редкиерастения, природные соединения и перспективы их использования»(Белгород, 2006), Всероссийской научно-практической конференции «Рольфизиолого-биохимических исследований в селекции овощных культур»(Москва, 2007), V Международной научной конференции «Регуляция роста,развития и продуктивности растений» (Минск, 2007), 2-й международнойконференции по зеленой химии (Москва – С.-Петербург, 2008), 9-оммеждународном симпозиуме по сверхкритическим флюидам (Аркашон,2009),Vмеждународнойнаучно-практическойконференции«Сверхкритические флюиды: фундаментальные основы, технологии,инновации» (Суздаль, 2009).По материалам диссертации опубликовано 15 работ, в том числе 4статьи в журналах из списка ВАК.Структура и объем работыДиссертация состоит из введения, обзора литературы, описанияобъектов и методов исследования, изложения и обсуждения результатов,выводов и списка цитируемой литературы.

Диссертация изложена на ____страницах, содержит ____ рисунков и ____ таблиц. Список литературысостоит из ____ ссылок на работы отечественных и зарубежных авторов.62. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель иосновные задачи работы, охарактеризована научная новизна полученныхрезультатов.Глава I диссертации представляет собой обзор литературных данныхпо применению люминесцентных методов к изучению фотосинтетическогоаппарата растений.В разделе I.1. дано описание структурно-функциональнойорганизации фотосинтетического аппарата высших растений. В разделе I.2.изложены современные представления о природе медленной индукциифлуоресценции листьев высших растений, а в разделе I.3.