Отзыв ведущей организации (Роль органических кислот в механизмах устойчивости растений амаранта к действию тяжелых металлов)

УТВВ1 жДА1О Директор Института биологии — обособленного подразделения Федерального государственного бюджетного учреждения науки Федерального е ра "Карельский ой академии наук" В.Л. Илюха «31» мая 2018 г. ОТЗЫВ ВЕДУЩЕЙ ОРГАНИЗАЦИИ на диссертацию Ву Вьет Зунга «Роль органических кислот в механизмах устойчивости растений амаранта к действию тяжелых металлов», представленной па соискание ученой степени кандидата биологических наук цо спе!!иальности 03.01.05 — физиология и биохимия растений Актуальность теыь! диссертационно>!работы, Загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами на протяжении последних нескольких десятилетий является важной экологической проблемой во всем мире. В этой связи изучению ответной реакции живых организмов, в том числе растений, на повышение концентрации этих химических элементов в воздухе, воде, почве уделяется повышенное внимание исследователей разных стран.

К настоящему времени накоплен довольно большой фактический материал, касающийся влияния тяжелых металлов на физиологические процессы и продуктивность растений, выявлены механизмы, действующие на разных уровнях организации, позволяющие им адаптироваться к повышенным концентрациям тяжелых металлов в окружающей среде. Тем це менее, целый ряд вопросов, в том числе связанных с механизмами адаптации и устойчивости растений к наиболее распространенным загрязнителям из группы тяжелых металлов, к которым относятся кадмий и цинк, все еще остаются слабо изученными.

Среди них — роль органических кислО!' в механизмах мсталлоустойчивости р>!стени й. Известно, что органические кислоты могут участвовать в дстоксик;щии ионов тяжелых металлов в клетке за счет их способности образовывать с ними прочные связи. Об этом свидетельствует и обнаруженный рядом авторов высокий уровень некоторых из них !нитрата, малата, Оксалатй) В клетках метяллОустОЙч11Вых ВидОВ рйстений при воздействии на них свинца, никеля, кадмия.

Однако необходимо констйтировйть, что тйкого рода экспериментйлылых даьп!ых крййне мяло, несмотря на их важность как с точки зрения более глубокого понимания клеточных меха- низмов металлоустойчивости, так и для практических целей, в частности, для получения устой плвых к тяжелым металлам сортов (генотипов). В этой связи предстйвленнйя диссертационнйя рйботй, посвященнйя Изучению роли оргйни !еских кислОт В мехянизмйх устоЙчиВости рйстениЙ ямйрйнтя и Высоким концен" трациям кадмия и цинка, является весьма актуальной.

Новизна полученных резулыпаплов и выводов. В ходе исследований диссертантом впервые обнару>кено формировйнис кристйллов Оксйлйтй кйдмия В листьях одного из видов амарантов (Ата>.оп!из сагидализ Е.) при увеличении концентрации кадмия в питательном растворе.

Впервые показано, что повышение кислотности В среде роста препятстВует э!1>фектиВНОму связывани10 кадмия и цин- ка в корнях А, саида!из, что приводит к значительному увеличению его содер>ка- ния В нйдземных органах. Кроме того, ~~ер~ы~ ~~~аз~~о, ~!то в метйболическом откл~ке рйстений этого Вида нй действие кйдм!ля В корнях Вйжв!у!О роль игрй!От сахара, тогда как в листьях — органические кислоты. Теоретическая и практг!ческая значгьиость работы. Теоретически значи- мыми для углубления современных представлений О механизмах устоЙчиВости рйстений к тяжелым мстйллйм 5!Вл>потея результаты, докйзывй!Ощие учйстгле О1>- гйни~1еских кислОт В хелйт!лровйн!ли кадмия и цинкй В растительных клеткйх.

Помимо этого, с научной и практ!лческо!л точки зрения важными представляются полученные автором данные, выявляющие наличие ярко выраженной зависллмости связыван!ля кадмия в клетках корня от рН питательного раствора. Сделанные диссертантом выводы могут быть использованы при разработке курсов лекций по экологической ф!1з>!олог!ли растен1лй для студентов вузов биологических и экологических специальностей. Степень досп>оверноспгг! и апробаг)ггя результатов. Степень достоверности результйтов ОбуслоВленгл большим Объемом экспер!лмег1талыгого мйтерийлй с использовашлем современных физиологических, биохим!лческих, ц!лтологиче- ских методов исследованил. Достоверность полученных данных доказана результатами статистической обработки.

Идея работы, а также выдвинутые в ней гипотезы, базируются на обобщении имеющихся в литературе сведений по об- суждаемой проблеме. Основные положения диссертации доложе!!ы и обсуждены на б научных конференциях разного уровня. Структура и содерогса>ггге работы, Диссертационная работа изложена на 177 страницах и состоит из введения, 3 глав (Обзор литературы, Материалы и методы исследований, Результаты исследований и их обсуждение), заключения, выводов, списка сокращений и списка использованной литературы. Список ли- тературы включает Зб2 литературных источника, из них 225 — на иностранном языке. Диссертация содержит 3 таблицы и 7! рисунок. В главе Обзор литературы автор анализирует имеющиеся на сегодняшний день дйнные, кйса!Ощиеся темы диссертац!!Огп!о!! работы.

В глйвйх !.2-1.4 дается характеристика тяжелым металлам как химическим элементам, подробно описываются поглощение, транспорт тяжелых металлов в растениях, вне- и внутри- клеточные мехйнизмы их детоксикации, а также Влияние тяжелых металлоВ на основные физиологические процессы у растений. Отдельная глава (1.5) посвящена анализу литературных данных, касающихся роли органических кислот в процессах поступления тлжелых металлов в растения, а также их участил в детоксикации этих химических элементов в клетке. В главе 1.б автор останавливается нй Вопросйх, связйпных с Влиянием тяжелых и!етйллов !!й метйболом рйстений.

В целом, литературный обзор освещает современныс представления о вопросах, связанных с темой диссертации. В глйве 2 йВтор указыВйет обьекты исследовйния — дВй Видй ймйрйнтй (Аггга!.аг>51>ию саггс1агггь 1. сорт Кагч а с1ац!а и А. с! иепгга 1. сорт Та!пра!а), подробно ОписыВает услОВия Выращивани5! рйстений и исг!ОльзОВанные физиологические, биохимические и цитологические методы и методики исследований. Указйны тйюке методы стйтисти Геской Обрйботки полученных дйнных.

Глава 3 посвящена о!>исйггию полученных результгсгов исследования и их обсуждению. В подглаве 3.1. проведен анализ накопления кадмия и цинка в растениях двух видов амаранта и их распределенил по органам, который позволил автору подтвердить их принадлежность к группе исключателей, накапливающих тяжелые металлы преимущественно в корнях. Изучение содержания некоторых элементов минерального питания в органах растений при повышении концентрации кадмия или цинка в корнеобитаемой среде выявило заметное снижение количества калия, кальция и магния в корнях и листьях растений обоих видов.

Представляет интерес обнаруженные диссертантом различия воздействия кадмия ня листья разнОГО Возраста. Показано, 1то молодые и зрелые листья амаранта существенно различаются по содержанию в них изученных элементов минерального питания в условиях высоких доз тяжелых металлов в питательном растворе. Научную значимость имеют также данные, касающиеся влияния кадмия и цинка на содержание нерастворимой и растворимой формы оксалата. Автор об- !!яру>кил заметное увел!П!е!!ие пуля рястВ01эимОГО Оксялятя и ОднОВремеьп!Ое снижение пула неряств01эимого окса!!Ята, что ПОЗВОЛИЛО ему ГОВ01эить об индуцировании тяжелыми металлами процессов, участвующих в метаболизме щавелеВой кислОты. На ОспОВяиии полу~1ен!!Ых данных диссертант ВыдВиГает предположение, что увеличение содержания водного оксалата в ответ на действие тяжелых металлов является адаптивной реакцией растений и может рассматриваться как часть метаболического отклика на этот вид стрессового воздействия.

В подглаве 3.2. обсуждается влияние условий минерального питания (форма исто'!ника ЯЗО'!а и р1-1 питательноГО 1эаствора) на ОтВетну!О реакци!О растений на действие тяжелых металлов. Автором получены интересные данные о том, что п1эи использоВании нитрата В кячестВе источ11ика азота аккумуляция тя1келых металлов в органах растений выше, чем при использовании его аммонийной формы.

Обнаружен также интересный факт уменьшения при низких значениях рН накопления тяжелых металлов в корнях растений и, наоборот, увеличение их концентрации в листьях. На основании полученных данных автор делает вывод о том, что низкий уровень рН препятствует связыванию кадмия и цинка в корнях, что п1)иводит 1< заметному пОВышепию концентрации метяллОВ В надземных органах. В подглаве 3.3 описаны результаты опытов по изучению локализации кадмия и цинка в различных органах амаранта, выполненных с помощью современных цитологических методов исследования. Полученные диссертантом данные ВыяВили Вьэкну10 1эоль япоплястя клеток корня В сВязыВании кадмия у этОГО Видя.

растений. С использованием метода рентгенодифракционного анализа проведено везуч~~~~ фазо~~~о состйва кристйллов Оксалйта В Органйх амйрйнтй. Это по- зволило впервые выявить возмо>кность хелатирования кадмия щавелевой кисло- тоЙ с Обрйзовйнием кристйллов безводного Оксйлйтй кйдми5!. В подглаве 3.4 уделяется внимание влиянию других органических кислот (цитрата, сукцината, аскорбата) на поступление и распределение кадмия в растениях амаранта. В ходе проведенных исследований обнаружить, что при экзоген- ном Внесеь1ии орга!!!1~!еских К~слот В питйте5!ьныЙ рйствор с высок~м содер>кй-' нием кадмия аскорбат и оксалат приводят к повышению содержания металла в корнях, тогда как цитрат, наоборот, снижает его концентрацию.

Подглава 3.5 посвящена исследованию метаболического отклика на дейстВие ВысОких концентрйциЙ кадми51 и цинка В Оргйнах двух ВидОВ амарйнтй, кОтО- рый исследовали на основании анализа метаболитных профилей. Полученные результаты позволили сделать вывод о том, что у более устойчивого к кадмию вида амаранта в присутствии металла наиболее значимые изменения среди изуче!!Ных метйболитов нйблюдй!Отея в корнях В содер>кйнии сйхй1>ов (особенно глюкозы), а в листьях — в содержании органических кислот, что, вероятно, отчйсти и Обуславливает более Высоку!О устоЙчивость к кйдми!О это~о Видй ймйранта. Глубокий анализ результатов позволил автору представить схемы предполагаемого метаболического отклика листьев разного возраста А, саиа>а!ие при воздействии на растения кадмия. В заключении автор обобщает полученные данные и выделяет основные, наиболее значимые результаты работы.