Диссертация (1154473)
Текст из файла
Московский государственный университет имени М.В. ЛомоносоваНа правах рукописиГАББАСОВА ДИЛАРА ТАГИРОВНАОЦЕНКА ВОЗДЕЙСТВИЯ ПОТЕНЦИАЛЬНЫХ ЗАГРЯЗНИТЕЛЕЙ НАСВЕТОВЫЕ РЕАКЦИИ ФОТОСИНТЕЗА В ПРИСУТСТВИИГУМИНОВЫХ ВЕЩЕСТВ03.02.08 – экология (биологические науки)Диссертацияна соискание ученой степеникандидата биологических наукНаучный руководитель:доктор биологических наук, профессорМаторин Дмитрий НиколаевичМосква – 20182ОГЛАВЛЕНИЕВведение..........................................................................................................................4ГЛАВА 1.
ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ...........................................................................101.1.Общая характеристика процесса фотосинтеза……………………..………...101.2.Характеристика флуоресценции хлорофилла растений……………….….....151.3.Природа быстрой флуоресценции хлорофилла растений……………......….201.4.Природа замедленной флуоресценции хлорофилла растений ……………...231.5.Методы измерения флуоресценции хлорофилла…………………………….261.5.1. Регистрация индукции флуоресценции хлорофилла………………………...271.5.2.
Модулированная флуоресценция хлорофилла……………………………….301.6.Роль гуминовых веществ в природе..…..…………………………..…………351.7.Токсическое воздействие соединений хрома…........………….……..…........431.8.Токсическое воздействие наноалмазов детонационного синтеза…………...471.9.Токсическое воздействие наночастиц серебра………………..…….………..51ГЛАВА 2.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ…………..……….542.1.Материалы исследования…………………..…..……………………………...542.2.Методы исследования…………………..…………………………..………….562.2.1. Регистрация световых кривых фотохимического и нефотохимическоготушения на флуориметре Water-PAM……………………...…………………562.2.2. Регистрация флуоресценции хлорофилла на флуориметре Aquapen-C100……….………………………………….…………………………………...592.2.3. Регистрация индукционных кривых быстрой, замедленной флуоресценции иредокс превращения Р700 (пигмент ФС I) на М-РЕА-2…………………….622.2.4.
Регистрация кинетики окисления и восстановления пигмента Р700реакционного центра ФС I………………………………….…………………652.2.5. Спектральный анализ………………………………….………………………672.2.6. Определение размера наночастиц ………………………………..…………..6932.2.7. Программное обеспечение……………………………………………..……...69ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ОБСУЖДЕНИЕ.…………..703.1. Оценка влияния гуминовых веществ на световые реакции фотосинтезазеленых микроводорослей Scenedesmus quadricauda………………….…………...703.2. Начальные нарушения фотоситетического аппарата у микроводорослиPhaeodactylum tricornutum в присутствии ионов хрома………………….................773.3. Изменение устойчивости микроводоросли Scenedesmus quadricauda придобавлении гуминовых веществ в присутствии ионов хрома……………..………943.4.
Влияние наноалмазов детонационного синтеза на световые реакциифотосинтеза микроводоросли Scenedesmus quadricauda………………………….1003.5. Влияние наноалмазов детонационного синтеза на световые реакциифотосинтеза растений пшеницы Triticum aestivum L. в присутствии гуминовыхвеществ………………………………………………………………….....................1043.6. Влияние наночастиц серебра на микроводоросли Scenedesmus quadricauda иизменение их устойчивости при разных режимах добавления гуминовыхвеществ….…………………………………………………………………...…….…117ЗАКЛЮЧЕНИЕ........................................................................................................122ВЫВОДЫ....................................................................................................................124СПИСОК УСЛОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ............................................................126СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.......................................................................................1274ВВЕДЕНИЕАктуальность исследования.
В современных условиях значительныйинтерес представляет исследование токсичности различных загрязняющихвеществ, в том числе, современных наноматериалов (Смуров, 2003; Терехова ссоавт., 2014; Филенко, 1988; Черных, Сидоренко, 2003). Наряду с такимиизвестными загрязнителями окружающей среды как тяжелые металлы и ионыхрома, широкое распространение приобрели и наночастицы (НЧ).
Стремительноеразвитие нанотехнологий приводит к увеличению выброса различных наночастицв среду, где их судьба и поведение неизвестны (Голохваст с соавт., 2012; Шайтан,2011). Уникальные свойства НЧ, такие как высокая удельная поверхность иподвижность,можетпривестикнеожиданнымдляздоровьячеловекапоследствиям и опасности для окружающей среды.
Наночастицы серебра широкоиспользуются в медицине, текстиле, красках, в качестве пищевых добавок,упаковочной тары для продуктов питания. Из-за относительно дешевогопроизводства, наноалмазы (ДНА) производимые путем детонационного синтезаиспользуютсявкачествегорюче-смазочныхматериалов,вавиа-иавтомобилестроение, медицине, химической промышленности.
Данные веществамогут существенно влиять на фототрофные организмы, обеспечивающиеэнергией все экосистемы. Уменьшить токсическое воздействие этих веществмогут природные детоксиканты - гуминовые вещества. Гуминовые вещества (ГВ)присутствуют во всех природных средах и выполняют ряд экологическихфункций как в естественных, так и в антропогенных экосистемах (Якименко;2016; Kulikova, 2005; Nardi et al., 2016). ГВ могут повышать доступностьпитательныхвеществ,положительновлиятьнафизико-химическиеибиологические свойства почвы, а также существенно изменять поведениетоксикантов путем связывания их в нетоксичные комплексы или влияя напроцессы окисления-восстановления токсикантов (Перминова с соавт., 2004;Khaled, Fawy, 2011; Pandey et al., 2003).5Однимизобщепринятыхиндикаторовустойчивостисостояниярастительного компонента экосистем, является оценка эффективности процессовфотосинтеза в ответ на воздействия окружающей среды.
Фотосинтез лежит воснове всех экосистем и представляет сложную систему преобразования энергиисвета, состоящую из двух фотосистем (ФС II и ФС I), осуществляющихнециклический электронный транспорт с разложением воды и выделениемкислорода, образованием НАДФН2 и АТФ. Нарушения в первичных процессахфотосинтеза отражаются в изменениях флуоресценции хлорофилла а. Внастоящее время развиваются методы анализа световых и индукционных кривыхфлуоресценции, позволяющих на интактных объектах следить за основнымистадиями фотосинтетической электрон-транспортной цепи.
(Гольцев c соавт.,2014; Маторин, Рубин, 2012; Strasser et. al., 2010). В настоящее время измерениякинетики индукции флуоресценции все шире используются в исследованияхэкологического мониторинга.Однако исследований по воздействию ионов хрома и современныхнаноматериалов на световые реакции фотосинтеза микроводорослей и растений вприсутствии ГВ практически не проводились.Целью настоящей работы являлось изучение особенностей действия ионовхрома, НЧ алмаза и серебра на световые реакции фотосинтеза микроводорослей ивысших растений и выявление изменений их устойчивости в присутствии ГВразличного происхождения с использованием современных флуоресцентныхметодов.Для достижения поставленной цели решали следующие задачи:1.
Оценить влияние ГВ черноземных почв на световые реакции фотосинтезамикроводорослей Scenedesmus quadricauda.2. Выявитьначальныенарушенияфотосинтетическогоаппаратаумикроводорослей Phaeodactylum tricornutum и Scenedesmus quadricauda вприсутствии ионов хрома и изменение их устойчивости при добавленииГВ с использованием параметров флуоресценции.3. ИзучитьвлияниеДНАнасветовыереакциифотосинтеза6микроводорослей Scenedesmus quadricauda и растений пшеницы Triticumaestivum L в присутствии различных ГВ.4.
Исследовать токсическое действия НЧ серебра на микроводорослиScenedesmus quadricauda и изменение устойчивости при разных режимахдобавления ГВ.5. Определитьнаиболеефлуоресценциичувствительныехлорофилладляпараметрыиспользованиявиндукцииэкологическоммониторинге загрязнений в окружающей среде.Научная новизна.
Впервые с использованием параметров индукциифлуоресценции установлено, что ГВ обладают стимулирующим воздействием насветовые реакции фотосинтеза микроводорослей S. quadricauda. ГВ ускорялиэлектронный транспорт (φEo), стимулировали максимальную фотохимическуюэффективность ФС II (FV/FM), эффективность кислородвыделяющего комплекса(FV/FO) и индекс производительности (PIABS). Показано влияние ГВ нафотосинтетические мембраны клеток.
Гуминовые кислоты (ГК) обладают болеевыраженным стимулирующим воздействием по сравнению с фульвокислотами(ФК), что, по-видимому, связано с относительной обогащенностью структуры ГКароматическими фрагментами и, как следствие, большим сродством к мембранамклеток.Впервые при одновременной регистрации индукционных кривых быстрой изамедленной флуоресценции, а также редокс-состояния Р700 у морскихводорослей P.
tricornutum и пресноводных S. quadricauda в присутствии ионовхрома было показано, что одно из первых мест воздействия соединенийшестивалентного хрома локализовано на акцепторной части ФС II междупереносчиками QА и QВ. При высоких концентрациях ионов хрома отмеченовлияние на донорную часть ФС II. Обнаружена активация циклическоготранспортаэлектроноввприсутствииионовхрома.Показано,чтотоксикологический эффект ионов хрома снижался в присутствии ГВ.При исследовании влияния НЧ серебра и алмаза на микроводоросли S.quadricauda было обнаружено, что они могут ингибировать эффективность7фотосинтеза микроводорослей на акцепторной части ФС II.
Это отражено вснижении таких параметров флуоресценции как максимальная фотохимическаяэффективность ФС II (FV/FM), эффективность КВК (FV/FO), электронныйтранспорт (φEo), индекс производительности (PIABS). При исследовании НЧсеребра, синтезированные с ГВ, наблюдали возрастание токсического эффекта намикроводоросли S. quadricauda. Впервые выявлено, что ДНА проникают врастения пшеницы Triticum aestivum L и проявляют токсичность в условияхповышенного освещения, что ведет к уменьшению переноса электрона междуакцепторами QA и QB и нарушению формирования трансмембранного потенциала.В присутствии ГК наблюдался детоксифицирующий эффект, который в первуюочередь определялся изменениями дзета-потенциала ДНА.Положения диссертации, выносимые на защиту:- установлено положительное влияние ГВ на световые реакции фотосинтезамикроводорослей;- определены области начальных нарушений фотосинтетического аппарата вприсутствии ионов хрома, НЧ алмаза и серебра;- доказано повышение устойчивости реакции фотосинтеза микроводорослейв присутствии ГК к действию ионов хрома, НЧ алмаза и серебра;- определены параметры индукции флуоресценции хлорофилла дляэкологического мониторинга загрязнений в окружающей среде.Теоретическаяипрактическаязначимостьработы.Вданнойдиссертационной работе были изучены особенности действия ионов хрома исовременных токсикантов: ДНА и НЧ серебра на световые реакции фотосинтезамикроводорослей, высших растений и защитные свойства ГВ различногопроисхождения.Предложен способ оценки влияния ГВ, сочетания ГВ и токсикантов насветовые реакции фотосинтеза микроводорослей и растений с использованиемпараметровиндукциифлуоресценциихлорофилла.Определенынаиболеечувствительные параметры флуоресценции (PIABS, φEo, FV/FO), которые могут бытьиспользованы в экологическом биомониторинге для определения влияния8различных токсикантов и ГВ на фотосинтезирующие организмы.
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}
