Автореферат (1145771), страница 4
Текст из файла (страница 4)
caudatus, с использованием метода калибровки повнешним стандартам, позволивший рассчитать их концентрации в мкмоль/г сухойбиомассы и оценить их изменения при воздействии на растенияZn и Cd (Рис.11 и12). Результаты анализа показали, что характер и степень метаболического откликав листьях A.
caudatus зависели от возраста листа. В молодых листьях, гдепревалирующими метаболитами в контроле были аланин и оксопролин, их уровнивозросли в 1.2 и 1,5 раз при действии Zn и Cd, а содержание слабо представленныхв контроле глюкозы и сахарозы возросло в присутствии Cd и Zn соответственно в 4и 6 раз Рис. 11, а, в). Изменения в содержании органических кислот в молодыхлистьях оказались несущественны. Принципиальным отличием зрелых листьях A.caudatus являлось преобладание в контроле оксалата среди всех исследованныхметаболитов, прирост в содержании которого в ответ на внесение Cd достиг 1,7раза, что хорошо коррелирует с выше приведенными данными о его участии вхелатировании Cd.
Малат количественно значительно уступал оксалату в контроле,но в зрелом листе при воздействии Cd и Zn его концентрации возрастали в 2 и 4раза. Прирост в содержании аминокислот был мало выражен, а уровни сахароввозросли в меньшей степени, чем в молодом листе, при этом более существенно (в3 раза) - в ответ на воздействие Zn (Рис.11, б, г).В корнях A. caudatus наиболее значимые изменения среди исследованныхметаболитов в ответ на действие металлов произошли в содержании глюкозы(рост более, чем в 2 раза), тогда как в уровнях сахарозы, а также органическихкислот существенных количественных изменений не наблюдалось (Рис.12, а, б).ЗАКЛЮЧЕНИЕРезультаты исследования показали, что устойчивость растений амаранта кдействию высоких концентраций Cd и Zn определяется работой механизмов,функционирующих как в корнях, так и в листьях растений.
Установлено, что вкорнях амаранта приоритетным является иммобилизации металлов на уровнеапопласта, тогда как в листьях принципиальным является метаболический откликна действие ТМ, ключевая роль в котором принадлежит возрастанию пуловорганических кислот. Данные исследования позволяют заключить, чтоорганические кислоты могут участвовать в детоксикации ионов Cd2+ и Zn2+ науровне листа A. caudatus, чтосопровождалось формированием безводныхкристаллов оксалата кадмия, и, в меньшей степени, оксалата цинка. Впервыепоказано, что характер метаболического отклика на ТМ стресс в листьях амарантазависит от возраста листа, что выразилось в превалировании прироста малата иоксалата в зрелых листьях в сравнении с преобладанием прироста сахаров вювенильном листе и максимально проявилось в ответе на воздействие Cd.Заключается, что в зрелых листьях происходит интенсификация цикла Кребса,способствующая в условиях стресса (Keunen et al., 2010; Xie et al., 2014) генерациивосстановительных агентов, АТФ и продукции C скелетов для синтезааминокислот.16Рис.10.
Визуализация концентрацийнизкомолекулярных метаболитов(теплокарта), выделенных из молодых листьев A.caudatus. Каждая строка натеплокарте представляет метаболит, а каждая колонка -анализируемую пробу: Zn1-3 - Zn300 мкМ, Control 1-3 – контроль, Cd 1-3 - Cd90 мкМ. Зеленый цвет отвечаетминимальной, красный - максимальной концентрации метаболита в сравниваемыхпробах.17авбгРис.11. Содержание метаболитов в молодых (а, в) и зрелых (б, г) листьях растенийА.caudatus в контроле и при воздействии 90 мкМCd (а, б) и 300 мкМZn (в, г).абРис.12. Содержание метаболитов в корнях растений А.caudatus в контроле и привоздействии 90 мкМCd (а) и 300 мкМZn (б).18ВЫВОДЫ1. Анализ особенностей роста и развития растений амаранта на среде с высокимиконцентрациями Cd (90 мкМ) и Zn (300мкМ) показал, что растения Amaranthuscaudatus более устойчивы к действию кадмия и цинка, чем Amaranthus cruentus.2. При выращивании растений A.caudatus на среде с рН 6,8 кадмий и цинкнакапливаются преимущественно в апопласте клеток корней.
Впервые показано,что рН 4,5 препятствует эффективному связыванию Cd и Zn в корнях, в результатечего наблюдается повышенная аккумуляция этих металлов в побегах.3. С использованием методов электронной микроскопии и рентгенодифракционного анализа впервые продемонстрировано формирование кристалловоксалата кадмия в листьях растений A.caudatus, выращенных на среде с высокимиконцентрациями Cd. Выдвинуто предположение, что связывание кадмия в видекристаллов оксалата является одним из механизмов детоксикации этого металла влистьях амаранта.4. Показано, что Cd и Zn инициируют изменения профилей низкомолекулярныхметаболитов в корнях и листьях растений амаранта. Установлено, что ключевымисоединениями в метаболическом отклике корней на действие высокихконцентраций Cd и Zn являются сахара, а в листьях – органические кислоты.5.
Впервые продемонстрирована зависимость метаболического отклика на Cd иZn от возраста листа. В ответ на действие Cd и Zn в молодых листьях A. caudatusувеличивалось содержание сахаров, а в зрелых листьях - оксалата и кислот циклаКребса.6. Установлена принципиальная роль возрастания пулов малата и оксалата взрелых листьях A.caudatus в ответ на действие Cd и Zn стресса, что, по-видимому,связано с их функциональным участием в хелатировании металлов как механизмеобеспечения устойчивости растений амаранта при продолжительном воздействиитяжелых металлов.Список работ, опубликованных по теме диссертации1.
Осмоловская Н.Г., Кучаева Л.Н., Ву Вьет Зунг, Попова Н.Ф. Гидропонныетехнологии в управлении урожаем и качеством растительной продукции //Агрофизика. 2017. № 2. С.19-29.2. Osmolovskaya N., Vu Viet Dung, Kuchaeva L. The role of organic acids in heavymetal tolerance in plants // Bio. Com. (Вестник Санкт-Петерб.
Ун-та., СерияБиология). 2018. V. 63(1). P. 8-16.3. Осмоловская Н.Г., Ву Вьет Зунг, Кудряшева З.К., Кучаева Л.Н., Попова Н.Ф..Влияние кадмия на распределение калия, кальция, магния и аккумуляцию оксалатав растениях Amaranthus cruentus L. // Физиология растений. 2018.
Т.65,№ 4 (впечати).194. Ву Вьет Зунг, Сазанова К.В., Осмоловская Н.Г. Анализ устойчивости растенийрода Amarantus в условиях стрессового воздействия цинка и кадмия // В книге:Тезисы докладов III (XI) Международной Ботанической Конференции молодыхученых в Санкт-Петербурге. Санкт-Петербург. 2015. С. 74.5. Осмоловская Н.Г., Кучаева Л.Н., Ву Вьет Зунг.
Функциональная рольорганических кислот в системе ионного гомеостаза у гликофитов // В книге:«Растения в условиях глобальных и локальных природно-климатических иантропогенных воздействий». Петрозаводск: Карельский НЦ РАН. 2015. С.410.6. Кучаева Л.Н., Ву Вьет Зунг, Осмоловская Н.Г. Значение факторов минеральногопитания в обеспечении устойчивости растений к воздействию тяжелых металлов //В книге: «Растения в условиях глобальных и локальных природно-климатическихи антропогенных воздействий». Петрозаводск: Карельский НЦ РАН. 2015. С.299.7.
Ву Вьет Зунг, Кучаева Л.Н., Попова Н.Ф., Осмоловская Н.Г. Роль оксалата вмеханизмах адаптации растений рода Amaranthus к условиям Zn и Cd стресса // Вкниге: «Растения в условиях глобальных и локальных природно-климатических иантропогенных воздействий». Петрозаводск: Карельский НЦ РАН. 2015. С.1168. Osmolovskaya N.G., Vu Viet Dung, Kuchaeva L.N., Popova N.F. Cd induced growthand ion responses in leaves of amaranth plants// Proceedings of 4th InternationalSymposium “Plant Signaling and Behavior”.
Saint Petersburg: SINEL. Co. Ltd. 2016. P.51-52.9. Осмоловская Н.Г., Ву Вьет Зунг, Кучаева Л.Н., Сазанова К.В. Метаболомныйответ на действие Cd в надземных органах растений Amaranthus caudatus //Сигнальные системы растений: от рецептора до ответной реакции организма.Материалы Годичного собрания ОФР России.
СПб: СПбГУ. 2016. С.35-36.10. Осмоловская Н.Г., Ву Вьет Зунг, Кучаева Л.Н., Попова Н.Ф. Метаболитныйотклик в листьях Amaranthus caudatus L. и Amaranthus cruentus L. на сублетальноевоздействие цинка и кадмия// IV Вавиловская международная конференция «ИдеиН. И. Вавилова в современном мире». Тезисы докладов. СПб: ВИР. 2017. С.195..
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
