Диссертация (1145773), страница 21
Текст из файла (страница 21)
В этом случае концентрация Cd на уровне стебля снизилась до 90 % к контролюбез сукцината.Полученные данные позволяют полагать, что отмеченные различия вэффектах цитрата и сукцината на поступление и перенос Cd в растениях амаранта могут бытьобусловлены разной афинностью этих кислот к тяжелому металлу и/или разнойбиодоступностью формируемых комплексов. Поскольку цитрат относится к трикарбоновымкислот, формируемый им комплекс с ионами Cd2+, очевидно, несет отрицательный заряд, чтоисключает возможность его связывания с отрицательно заряженными сайтами клеточнойстенки. С другой стороны, резкое ингибирование переноса Cd в побег под влиянием обеихкислот, и особенно на фоне нейтрального рН, ставит под сомнение возможностьтрансмембранного поступления Cd в клетки корня в хелатированной форме (Degryse et al.,2006) в виде комплекса с цитратом или сукцинатом, а также подвижность этих комплексов вксилеме.108абРис. 48.
Влияние сукцината на поступление кадмия в органы растений A.caudatus при разныхзначениях рН среды (* p<0,05, **p<0,01). а-корни, б- надземная часть растений.Наряду с исследованием эффекта одновременного внесения кадмия и органическихкислот, нами был исследован эффект 3-х суточной постобработки цитратом или сукцинатомрастений, предэкспонированных в течение 3 суток на растворе, содержащем 90 мкМ Cd. Приэтом растения перемещали на питательный раствор, свободный от Cd, с внесением в негонатриевых солей цитрата или сукцината в концентрации 2,5 мМ.
По истечение 3 суточнойэкспозиции было установлено существенное падение концентрации Cd в корнях - в 5,1 разапри внесения цитрата и в 3,6 раз- в случае внесения сукцината. Уровень кадмия снижалсятакже в стебле, особенно в присутствии сукцината, тогда как в листьях содержание Cdоставалось на исходном уровне (Рисунок 49). Эти данные позволяют полагать, что Cdотносительно непрочно связывается клеточными стенками корней амаранта и может бытьлегко вытеснен из них при обработке корней хелаторами - цитратом или сукцинатом.
Вместес тем, не исключено, что в десорбции Cd2+ могли участвовать и катионы питательногораствора.109Рис. 49. Влияние постобработки цитратом (2,5 мМ) и сукцинатом (2,5 мМ) растенийA.caudatus, предэкспонированных в течение 3 суток в присутствии 90 мкМ Cd, на содержаниеCd в корнях и надземных органах растений.Оценку воздействия других экзогенно вносимых хелаторов - аскорбата Na и оксалатаNa в концентрации 2,5ммоль/л - выполняли на фоне питательного раствора с рН 5,6, чтоповлияло на уровни аккумуляции Cd в органах амаранта.У контрольных растений вотсутствии экзогенных кислот концентрации Cd в корнях составили в среднем 2483 мкг/г(Рисунок 50), что соответствовало показателям, приведеным в разделе 3.1. Внесениеаскорбата вызвало повышение аккумуляции кадмия в корнях в 1,9 раза по отношению кконтролю, а оксалата - в 3,8 раза к контролю.
В то же время, перемещение Cd в надземную110часть растений, напротив, существенно тормозилось под влиянием обеих кислот, о чемсвидетельствует снижение в 2 раза и более его концентраций как в стеблях, так и в зрелых иювенильных листьях амаранта (Рисунок 50).Рис 50. Аккумуляция кадмия в корнях и надземных органах растений A.caudatus подвлиянием внесения аскорбата и оксалата в питательный раствор с 90 мкМ Cd на (* p<0,05,**p<0,01)Таким образом, полученные нами данные убедительно свидетельствовали, что приэкзогенном внесении органических кислот в питательную среду, содержащую кадмий, толькоцитрат эффективно снижал аккумуляцию кадмия в корнях амаранта, тогда как аскорбат иособенно оксалат повышали его концентацию в корнях, а сукцинат не оказал достоверноговоздействия.
Сведения, имеющиеся по этому вопросу в литературе, весьма противоречивы ина примере разных растений свидетельствуют как о стимулирующем действии, в частности,цитрата (Nigam, Srivastava, 2005; Evangelou et al., 2007; Ehsan et al., 2014) и оксалата (Nigam,Srivastava, 2005) на поступление кадмия, так и об отсутствии подобного эффекта (Senden etal., 1995; Wu et al., 2004). Данные по воздействию аскорбата на ТМ-стрессированныерастения весьма скупы. Так, Еникеев с соавт. (2013), сообщая о стабилизацииэнергетического баланса растений пшеницы при экзогенном внесении аскорбата, несообщают о его влиянии на аккумуляцию Cd в растениях, а (Ullah et al., 2016) наблюдалиснижение аккумуляции Cd в растениях у ячменя в присутствии аскорбата.
В почвенной111культуре стимулирующий эффект органических кислот связывают, прежде всего, свызываемой ими десорбцией ионов металлов из твердой фазы почвы и их переводом вбиодоступную хелатированную форму, что повышает подвижность и концентрированиеметаллов у поверхности корня (Panfili et al., 2009; Ehsan et al., 2014). Однако наши данные неподтверждают предположение Панфили с соавт. (Panfili et al., 2009) о большей афинности Cdк сайтам клеточной стенки по сравнению с его афинностью к цитрату, т.к. цитрат снижаладсорбцию Cd корнями, а постобработка цитратом приводила к вытеснению из них ранееадсорбированного Cd. Спорным представляется и допущение о возможности поступленияметаллов в растения в хелатированной форме (Degryse et al., 2006), во всяком случае, на этапеих переноса в побег, т.к.
все органические кислоты в наших экспериментах резко тормозилиаккумуляцию Cd в надземных органах амаранта. Оценивая полученные данные о резкомвозрастании концентрации кадмия в корнях амаранта в случае внесения в среду оксалата,можно предположить, что оно вызвано экзогенным формированием кристаллов оксалатакадмия и их адсорбцией на поверхности и в апопласте корня.3.5. Исследование метаболического отклика на действие высоких концентрацийкадмия и цинка в органах растений амарантаВ последнее время при исследовании ответных реакций растений на действиестрессовых факторов среды большое внимание уделяется методу метаболомного анализа какодному из методических подходов к изучению механизмов стрессоустойчивости растений.
Вто же время примеры использования этого подхода в исследованиях по металлоустойчивостирастений пока единичны. В нашей работе метаболический отклик на действие 90мкМ Cd и300мкМ Zn в органах растений A. caudatus и A. cruentus, выращенных на питаательномрастворе с рН 5,6, исследовали на основании анализа метаболитных профилей, полученных сиспользованием метода газовой хромато-масс-спектрометрии и последующей обработкойполученных данных, согласно описанному в разделе «Материалы и методы».112Первичныеданныеопределенияпрофилейнизкомолекулярныхметаболитов,экстрагированных из разных органов растений A.caudatus, в виде хроматограмм, полученныхметодом газовой хроматографии, сопряженной с масс-спектрометрией, для ювенильного изрелого листа и корня A.caudatus, представлены на Рисунках 51-53. Данные демонстрируютперекрытия масс-спектров соответствующих метаболитов при воздействии Zn и Cd.
На рис.51 представлена расшифровка масс- спектров по некоторым метаболитам для ювенильныхлистьев.Состав метаболитов, аннотированных в пробах из органов растений A.caudatus,представлен в Таблице 3, где метаболиты расположены в порядке возрастания времени ихвыхода с хроматографичекой колонки. Всего было аннотировано 70 метаболитов, средикоторых - сахара, органические кислоты, аминокислоты и ряд других полярных инеполярных метаболитов.Рис. 51. Перекрытие масс-спектров, полученных методом газовой хроматографии, сопряженной с массспектрометрией, для ювенильных листьев A.caudatus в контроле и при воздействии кадмия и цинка.113Pис.
52. Перекрытие масс-спектров, полученных методом газовой хроматографии, сопряженной смасс-спектрометрией, для зрелых листьев A.caudatus в контроле и при воздействии кадмия и цинка.114Рис. 53. Перекрытие масс-спектров, полученных методом газовой хроматографии, сопряженной смасс-спектрометрией, для корней листьев A.caudatus в контроле и при воздействии кадмия и цинка.115116Таблица 3. Состав метаболитов, аннотированных при анализе метаболитных профилей влистьях и корнях контрольных растений A.caudatus.Наименование метаболитовВремявыхода(RT)Alanine (2TMS)7,7Oxalic acid (2TMS)8,5Malonic acid (2TMS)10,13Valine (2TMS)10,27Urea (2TMS)11,04Benzoic acid (TMS)11,2Leucine(2TMS)11,69Phosphoric acid (3TMS)11,71Glycerol (3TMS)11,77Isoleucine (2TMS)12,20Proline (2TMS)12,36Succinic acid (2TMS)12,83NA13,21Amine (2TMS)13,44Fumaric acid (2TMS)13,74Alanine (3TMS)13,85Serine (3TMS)13,93Threonine (3TMS)14,55Glutaric acid (2TMS)15,11Decanoic acid (1TMS)16,39Malic acid (3TMS)17,12Pyroglutamic acid (1TMS)17,39Adipic acid(2TMS)17,56Oxoproline(2TMS)_117,82Erythronic acid(4TMS)18,41Oxoproline(3TMS)_218,50Erythronic acid (4TMS)18,84Xylonic acid, δ-lactone or Arabinonic acid,γ- 20,33lactone (3TMS)Dodecanoic acid (1TMS)20,99Isocitric lactone (2TMS)21,76Xylitol(5TMS)_31921,93Suberic (octanedioic) acid (2TMS)22,01Xylonic acid, γ-lactone (3TMS)22,75Aconitic acid(3TMS)23,13Arabinose(4TMS)23,28Isophthalic acid(2TMS)23,31Glycerol-3-phosphate (4TMS)23,37Vanillic acid (2TMS)23,38Arabinonic acid (5TMS)23,58RIm/z1113,11145,11211,31220,91248,7125312721273,41276,112921298,71316,41331,71340,81352,11356,71359,91384,11405,81457,41486,81497,71504,81515,91540,915441558,31621,7116,218147,190,219147,233,133144,218147,189,171179,135158,232299,314117,205,218158,218142147,247184,28586, 174147,245188,262204,218219,291147,158,261229,117233,24584,158275,111156,230220,292230,288292,220349, 2171650,71684,21692,41695,91729,717471754,51755,91758,71758,91768,4257,117157,129319, 307303, 129217, 246, 364229, 375217, 307279, 295299, 357297, 267292, 217, 333117Nonanedioic (Azelaic) acid (2TMS)Citric acid (4TMS)Isocitric acid (4TMS)_1Isocitric acid (4TMS)_2Tetradecanoic acid (1TMS)Fructose (1MEOX) (6TMS)_1Fructose (1MEOX) (6TMS)_2Galactose (1MEOX) (6TMS)Mannose (1MEOX) (6TMS)Glucose (1MEOX) (6TMS)Palmitic acid (1TMS)Myo-inositol(6TMS)Ferulic acid (2TMS)Caffeic acid (3TMS)Heptadecanoic acid (1TMS)Linoleic acid (1TMS)α-Linolenic acid (1TMS)trans-9-Octadecenoic acid (1 TMS)Stearic acid (1TMS)2-O-Glycerol-α-d-galactopyranoside (6TMS)Adipic acid, bis(2-ethylhexyl) esterInositol-1-phosphate, myo- (7TMS)Uridine (3TMS)Bis(2-ethylhexyl) phthalate1-Monopalmitoylglycerol (2TMS)Sucrose(8TMS)1-Monooleoylglycerol (2TMS)Glycerol monostearate (2TMS)Melibiose (1MEOX) (8TMS)Tetracosanoic acid (1TMS)Galactinol (9TMS)Maltotriose (1MEOX) (11TMS)24,1324,5624,6424,8425,2227,0227,1827,928,1128,4429,1229,8329,9230,7630,9432,1032,2132,2232,733,8835,1735,4335,9937,4338,2838,9540,7641,1341,6941,9343,7045,771793,71814,41818,11827,918461934,719431984,31990,420072041,32076,82081,92124,8213421932198,62198,72223,12283,12348,72362,12390,52463,6250725412632,92651,42679,72692,52782,52887,3317, 201273, 193245, 273245, 273285, 117307, 217307,217319, 217319, 217319, 217313, 117305, 318338, 249396, 219327, 117337, 262335, 95339,117145, 341337, 204129, 241318, 315, 387217, 259149, 167371, 239361, 437397, 485399, 487204, 361425, 440204, 361204, 3613.5.1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
