Фиторемедиационный потенциал и физиологические механизмы адаптации растений рода Amaranthus L. к избыточному содержанию никеля

• Автор: Черемисина, Александра Игоревна
• Шифр специальности: 03.01.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 114 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1. Загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами

2. Применение фиторемедиации для очистки почв от тяжелых металлов

3. Содержание и распределение никеля в почвах

4. Роль растений-гипераккумуляторов никеля в природе

5. Роль никеля в жизнедеятельности растений

6. Поступление, транспорт и распределение ионов никеля в растении

7. Токсическое действие избыточного содержания ионов никеля на растения

8. Влияние избыточного содержания ионов никеля на поступление ионов других тяжелых металлов и эссенциальных элементов в растения
8.1. Антагонизм ионов
8.2. Ni/Fe антагонизм
9. Окислительный стресс и роль антиоксидантных ферментов при действии ионов тяжелых металлов
10. Участие низкомолекулярных метаболитов (полиаминов и пролина) в адаптации растений к действию ионов тяжелых металлов
10.1. Полиамины. Химические свойства, структура, локализация, синтез
10.2. Метаболизм полиаминов в растении
10.3. Роль пролина в защите растений при стрессе
ГЛАВА II. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
1. Объекты и условия выращивания растений в водной культуре
2. Физиологические методы исследований
2.1. Определение биомассы органов растений
2.2. Определение содержания ионов общего железа и никеля
3. Методы биохимических анализов
3.1. Определение содержания малонового диальдегида
3.2. Определение активности супероксиддисмутазы
3.3. Определение активности каталазы
3.4. Определение активности гваякол-зависимой пероксидазы
3.5. Определение активности аскорбатпероксидазы
3.6. Определение содержания белка в ферментных препаратах
3.7. Определение содержания фотосинтетических пигментов
3.8. Определение активности Fe-хелатредуктазы
3.9. Определение содержания свободного пролина
3.10. Определение содержания свободных полиаминов
3.11. Определение активности полиаминоксидазы и диаминоксидазы
4. Статистическая обработка данных
ГЛАВА III. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ОБСУЖДЕНИЕ
1. Сравнительный анализ накопления биомассы и содержания ионов никеля у растений амаранта при действии хлорида никеля
2. Влияние различных доз никеля на прорастание семян растений A. paniculatus f. cruentus
3. Влияние различных доз никеля на площадь листовой пластинки растений
A. paniculatus f. cruentus
4. Исследование антиоксидантного статуса растений A. paniculatus f. cruentus при

различных концентрациях никеля в питательной среде
4.1. Анализ развития окислительного стресса у растений A. paniculatus f. cruentus при действии различных концентрацияхNiCb
4.2. Функционирование антиоксидантных ферментов при окислительном стрессе, вызванном действием никеля
5. Характеристика фиторемедиационного потенциала растений
A. paniculatus f. cruentus
6. Влияние ионов никеля на содержание ионов железа в растениях
A. paniculatus f. cruentus
6.1. Совместное влияние ионов никеля и железа в различных концентрациях на содержание фотосинтетических пигментов в листьях растений A. paniculatus f. cruentus
6.2. Анализ влияния избытка ионов железа на накопление биомассы и ионов никеля растениями A. paniculatus f. cruentus
6.3. Совместное влияние никеля и железа в различных концентрациях на уровень окислительного стресса в листьях растений A. paniculatus f. cruentus
7. Изучение роли полиаминов в адаптации растений A. paniculatus f. cruentus к повышенному содержанию ионов никеля
7.1. Особенности накопления и метаболизма полиаминов в растениях А. paniculatus f. cruentus при действии 100 мкМ NiCb
7.2. Изучение роли полиаминов и продуктов их распада, а также изменения
активностей ферментов деградации ПА при адаптации растений
A. paniculatus f. cruentus к высоким концентрациям никеля
7.2.1. Возможная роль полиаминоксидаз при адаптации растений
A. paniculatus f. cruentus к различным концентрациям ионов никеля
7.2.2. Возможная роль полиаминов в улучшении фиторемедиационных свойств растений амаранта при действии никеля
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЦИТИРУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Усиление антропогенной деятельности в связи с началом Научно-технической революции в середине XX века менее чем за 100 лет привело к качественному изменению облика окружающей среды. Интенсивная вырубка тропических и бореальных лесов, стремительное развитие сельскохозяйственного производства на слабоосвоенных территориях сопровождалось глобальными изменениями гидрологического и температурного режимов огромных площадей. Результатом этого явилось усиление негативных воздействий природных факторов (засуха, суховеи, пыльные бури, вторичное засоление и др.) на все компоненты биосферы.
Развитие технологического сектора производства, связанное с появлением различных машин и механизмов, требовало адекватного развития добывающих производств. В результате стремительно возрастала добыча горючих полезных ископаемых (уголь, торф, нефть, природный газ, горючие сланцы) и руд черных, цветных и благородных металлов. Все это привело к появлению качественно новых видов загрязнителей окружающей среды, которые к настоящему времени представляют серьезную опасность, как для фитоценозов, так и для человека.
В ряду наиболее опасных загрязнителей окружающей среды, оказывающих негативное воздействие на развитие различных видов растений, особое место занимают тяжелые металлы. К ним принято относить химические элементы с плотностью более 5 г/см3 и атомной массой свыше 50 Да (Си, Ъп, Сй, РЬ, №, Со, Мо, Н£ и др.). Несмотря на то, что в низких концентрациях многие из указанных металлов, например Си, Ъп, Со, Мо, являются эссенциальными элементами, без которых невозможно нормальное развитие растений, в высоких концентрациях они являются чрезвычайно токсичными, подавляют рост и развитие и могут вызывать гибель растений.
Изучение последствий и специфики токсического действия ионов тяжелых металлов на растения вызывает особый научный интерес и имеет важное практическое значение. В связи с загрязнением наземных экосистем тяжелыми

содержащие хлорид никеля (№С12) в концентрациях: 0 (контроль), 50, 100, и 150 мкМ и выращивали в течение 7 суток в контрольных условиях (содержание Ре3+-ЭДТА в питательной среде составляло 2 мкМ) и при добавлении повышенной концентрации Ре3+-ЭДТА (100 мкМ). Для этого использовали ГеДБОДз.
После 7 суток выращивания растений в указанных условиях измеряли прирост биомассы листьев, стеблей и корней. Пробы листьев и корней интактных растений отбирали и фиксировали жидким азотом и хранили при температуре -70°С до проведения анализов.
Для оценки способности органов растений амаранта аккумулировать ионы металлов: общего Ре (Ре2+ и Ре3+) и №2+, корни растений инкубировали в 20 мМ ЭДТА в течение 5 мин для удаления ионов никеля и железа, сорбированных на поверхности корней, тщательно промывали корни в дистиллированной воде и подсушивали их на фильтровальной бумаге. Растения разделяли по органам: корни, стебель, листья, и определяли их сырую массу на аналитических весах с точностью до 0.1 мг, а затем выдерживали в сушильном шкафу при 75°С до достижения постоянного веса.
В отдельных опытах для исследования функционирования защитных механизмов, а также для оценки фиторемедиационного потенциала растений амаранта использовали растения амаранта, произраставшие в течение недели в присутствии №02(0, 25, 50, 100 и 150 мкМ) в питательной среде.
Для изучения защитного действия полиаминов (ПА) ежедневно в течение 5-ти дней производили опрыскивание водными растворами полиаминов в 0,05 % детергенте 2-х групп 6-ти недельных растений Атагап1кт ратсикйт / сгиеМш, произраставшие: 1) без №С12 и 2) при 100 мкМ №02 в питательной среде При этом использовали следующие варианты обработки: 1) 1мМ спермидин (Спд) + 1мМ гуазатин (Гу); 2) 1мМ путресцин (Пут) + 1мМ аминогуанидин (АГ); 3) 1мМ 1,3-диаминопропана (Дап); 4) ЗмМ Дап. В качестве контроля использовали растения без обработки ПА, произраставшие либо при 100 мкМ №С12, либо в отсутствии никеля в среде.