Автореферат (1145771)
Текст из файла
1На правах рукописиВУ Вьет ЗунгРОЛЬ ОРГАНИЧЕСКИХ КИСЛОТ В МЕХАНИЗМАХ УСТОЙЧИВОСТИРАСТЕНИЙ АМАРАНТАК ДЕЙСТВИЮ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ03.01.05 - физиология и биохимия растенийАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата биологических наукСанкт-Петербург20182Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательномучреждении высшего образования «Санкт-Петербургскийгосударственныйуниверситет»Научный руководитель:Официальные оппоненты:Осмоловская Наталия Глебовна,кандидат биологических наукГончарова Эльза Андреевна,доктор биологических наук, главный научныйсотрудник лабораториимолекулярной иэкологической генетики ФГБНУ «ФедеральныйисследовательскийцентрВсероссийскийинститут генетических ресурсов растений имениН.И.Вавилова»Алексеева-ПоповаНаталияВадимовна,кандидатбиологическихнаук,ведущий научный сотрудник лабораторииэкологии растительных сообществ ФГБУНБотанический институт им.
В.Л.Комарова РАНВедущая организация:Институт Биологии Карельского научногоцентра Российской академии наукЗащита состоится « »2018 г. вна заседании диссертационногосовета Д 999.167.02 по защите кандидатских и докторских диссертаций приСанкт-Петербургском государственном университете по адресу: 199034, СанктПетербург, Университетская наб., 7/9, СПбГУ, Биологический факультет,аудитория ____________С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке им.
М.Горького СанктПетербургского государственного университета и на сайте http://spbu.ru.Автореферат разослан «______»________2018 г.Ученый секретарьДиссертационного советаШарова Елена Игоревна3ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы. Загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами(ТМ) и их негативное действие на живые организмы, включая растения, являетсяодной из актуальных проблем нашего времени. Опасность ТМ состоит в ихвысокой биологической активности и способности к биоаккумуляции. Растения,поглощающие ТМ непосредственно из почвы, играют важную роль в ихаккумуляции и переносе по пищевым цепям, что может представлять серьезнуюугрозу для здоровья человека.Кадмий и цинк входят в число широко распространенных загрязнителейсреды. Несмотря на то, что ТМ могут оказывать на растения множественноеповреждающее действие, растения в определенной степени способныпротивостоять ему с помощью различных адаптационных механизмов (Титов и др.,2014), в том числе, путем хелатирования ионов ТМ при участии ряда метаболитов,включая органические кислоты (Алексеева-Попова, 1991; Saber et al, 1999; Mnasriet al., 2015).
Среди растений, проявляющих устойчивость к действию таких ТМ какCd (Fan et al., 2009) и Zn (Kos et al., 2003), несомненный интерес представляютрастения рода Amaranthus. С одной стороны, амарант позиционируется каквысокопродуктивная пищевая и кормовая культура (Магомедов, Чиркова, 2015) cC4-типом фотосинтеза (Магомедов, 1988), богатая биологически-активнымивеществами и антиоксидантами (Гинс, 2002; Jiménez-Aguilar, Grusak, 2017), сдругой – рассматривается как перспективное растение для фиторемедиации среды,загрязненной тяжелыми металлами (Kos et al., 2003; Шевякова и др., 2011; Bosiackiet al., 2013; Watanabe et al., 2009; Ko et al., 2014).
Однако данные, полученные вэкспериментах на разных видах амаранта, неоднозначны и свидетельствуют как оспособности отдельных видов амаранта к накоплению значительных количеств Cdв надземных органах без выраженных симптомов токсичности (Fan et al., 2009;Bosiacki et al., 2013), так и о повышенной Cd чувствительности растений (Chetan etal., 2015).Важным свойством амаранта является аккумуляция в его надземных органахзначительных количеств оксалата, играющих принципиальную роль вформировании ионного гомеостаза в листьях этого растения (Осмоловская и др.,2007; Попова, 2009).
В то же время вопрос о возможности участия органическихкислот в механизмах устойчивости и адаптации растений амаранта к действиютяжелых металлов остается мало изученным.Цель исследования заключалась в изучении ответных реакций растенийAmaranthus cruentus и Amarnthus caudatus на воздействие высоких концентрацийкадмия и цинка и роли органических кислот в механизмах устойчивости амарантак действию Cd и Zn.В задачи исследования входило:1. Изучить особенности роста и развития растений амаранта на среде с высокимиконцентрациями Cd и Zn.2.
Провести анализ содержания Cd и Zn в различных органах растений амаранта иоценить их локализацию в зависимости от условий культивирования растений иэтапов онтогенеза.4Охарактеризовать участие оксалата в процессах детоксикации Zn и Cd влистьях амаранта4. Исследовать метаболический отклик на действие высоких концентрацийкадмия и цинка в органах растений Amaranthus caudatus и Amaranthus cruentus.5. Оценить роль органических кислот в механизмах устойчивости растенийамаранта к действию Zn и Cd.Научная новизна исследования. Впервые с использованием методовэлектронной микроскопии и рентгенодифракционного анализа выявленоформирование кристаллов оксалата кадмия в листьях растений A.caudatus вприсутствии высоких концентраций Cd в среде, что может играть принципиальнуюроль в детоксикации Cd в листьях амаранта.
Установлено, что растения амарантапри выращивании на среде с рН 6,8 накапливают Cd и Zn преимущественно вапопласте клеток корня, что отвечает стратегии эксклюдера. Впервые показано,что рН 4,5 препятствует эффективному связыванию Cd и Zn в корнях A.caudatus,провоцируя повышенную аккумуляцию этих металлов в побеге. Впервые на основеанализа метаболитных профилей с использованием метода газовой хроматографии,сопряженной с масс-спектрометрией, проведена сравнительная оценка содержаниянизкомолекулярных метаболитов в листьях и корнях A.
cruentus и .A. caudatus внорме и при воздействии высоких концентраций Zn (300мкМ) и Cd (90мкМ).Показано, что ключевыми соединениями в метаболическом отклике корнейамаранта на действие Cd и Zn являются сахара, а в листьях – органическиекислоты. Впервые продемонстрирована зависимость метаболического отклика наCd и Zn от возраста листа, выразившаяся в преимущественном приростесодержания сахаров в молодых листьях и превалирующем приросте оксалата икислот цикла ДТК в зрелых листьях A. caudatus.Теоретическая значимость работы состоит в установлении ключевой ролиоксалата в механизмах детоксикации кадмия в листьях A. caudatus путемформирования в них кристаллов оксалата кадмия.
Теоретически важно выявленноеснижение эффективности иммобилизации Cd и Zn в корнях амаранта в условияхснижения рН среды. Теоретически значимы данные о зависимостиметаболического отклика в листьях амаранта на действие Cd и Zn от возрасталиста.
Теоретически важен вывод об ориентированности биохимическихперестроек листа в условиях Cd и Zn стресса на интенсификацию аккумуляциималата и оксалата, подтверждающий роль органических кислот в механизмахустойчивости растений амаранта к воздействию высоких концентраций Cd и Zn.цинкаПрактически значим выбор объекта исследования - растений амаранта какценной сельскохозяйственной культуры и выполнение сравнительногоисследования метаболических ответов на действие высоких концентраций Cd и Znв корнях и листьях 2-х видов амаранта.
Такой подход открывает перспективы дляскрининга видов культурных растений на их устойчивость к стрессовому действиюТМ. Результаты работы могут быть хорошим базисом для рассмотренияперспективности использования исследованных видов амаранта в технологияхфиторемедиации почв, загрязненных кадмием и цинком.3.5Основные положения, выносимые на защиту. 1. Устойчивость растенийамаранта к высоким концентрациям Cd и Zn определяется эффективнымсвязыванием металлов в корнях и хелатированием в листьях при участииорганических кислот. 2.
Малат и оксалат играют ключевую роль в метаболическомотклике растений A..caudatus на действие Cd и Zn. 3. Формирование кристалловоксалата кадмия играет принципиальную роль в механизмах детоксикации Cd влистьях растений A.caudatus, произрастающих в присутствии высокихконцентраций Cd в среде.Апробация работы. Результаты исследований по теме докладывались на III(XI) Международной Ботанической Конференции молодых ученых (СПб, 2015),YIII съезде Общества физиологов растений России (Петрозаводск, 2015), IVМеждународном симпозиуме “Plant Signaling and Behavior” (Saint Petersburg, 2016),Годичном собрания ОФР России «Сигнальные системы растений: от рецептора доответной реакции организма» (СПб, 2016), Международной научной конференции,посвященной 85-летию Агрофизического НИИ (СПб, 2017), IV Вавиловскоймеждународной конференция «Идеи Н.
И. Вавилова в современном мире» (СПб,2017).По материалам диссертации опубликовано 10 работ.Объем и структура диссертационной работы. Диссертация изложена на178 страницах, состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов,результатов и обсуждения, заключения, выводов, списка сокращений, спискалитературы, который включает 362 источника, в том числе 225 на английскомязыке. Диссертация иллюстрирована 71 рисунком и 3 таблицами.ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫМатериалы и методы исследования.Объектом исследования являлись растения амаранта хвостатого Amaranthuscaudatus L., сорт Kawa dauta (Индия) и амаранта метельчатого Amaranthus cruentusL.
Семена были получены из отдела овощных культур «Федеральногоисследовательского центра Всероссийский институт генетических ресурсоврастений имени Н.И.Вавилова».Исследования выполняли в водной культуре с использованием питательногораствора Чеснокова (Осмоловская и др.,2007) . Семена стерилизовали в 3% H2O2,промывали H2O и проращивали в контейнерах с прокаленным кварцевым песком.Проростки поливали разбавленным в 5 раз питательным раствором, в возрасте 3-хнедель растения переводили на полив полным раствором, в возрасте 4-х недельпересаживали в 3л сосуды, заполненные полным питательным раствором, по 3растения на сосуд.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
