Значение морфофизиологических особенностей растений подорожника большого и подорожника приморского для поддержания водно-солевого баланса при засолении

• Автор: Карташов, Александр Валерьевич
• Шифр специальности: 03.01.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 123 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение

1 Обзор литературы

1.1 Засоление как фактор внешней среды

1.2 Механизмы прямого действия хлоридного засоления на растение

1.3 Физиологические последствия хлоридного засоления и механизмы адаптации

растений

1.3.1 Водный и ионный баланс растений при хлоридном засолении

1.3.2 Механизмы поддержания водного и ионного баланса растений при

засолении

1.3.3 Роль протонных помп в адаптации растений к засолению

1.3.4 Окислительный стресс при засолении и его влияние на водный и ионный
гомеостаз растений
1.3.5 Антиоксидантная система растений
2 Объекты и методы исследования
2.1 Объекты исследования
2.2 Условия выращивания в водной культуре
2.3 Условия проведения опытов
2.4 Проведение анатомо-морфологического исследования растений
2.5 Изучение водного статуса растений
2.6 Определение содержания Иа+, К+ и С1+ в листьях растений
2.7 Анализ растворимых углеводов и сахароспиртов в листьях растений методом
ВЭЖХ
2.8 Определение содержания сорбита в листьях растений
2.9 Определение содержания свободного пролина в листьях растений
2.10 Оценка содержания МДА в листьях растений
2.11 Оценки активности низкомолекулярных антиоксидантов в листьях растений
2.12 Получение препаратов мембран плазмалеммы из растений
2.13 Определение содержания белка в препаратах мембран
2.14 Иммунодетекция Н+-АТФаз Р-типа в белковой фракции мембран
2.15 Определение АТФазной активности полученных мембран плазмалеммы
2.16 Определение АТФ-зависимой Н+-транслоцирующей активности и оценка скорости
Иа+/Н+ обмена полученных мембран плазмалеммы
2.17 Математическая обработка данных
3 Результаты и их обсуждение
3.1 Анатомо-морфологическая характеристика побегов подорожников
3.2 Оценка устойчивости растений подорожников к хлоридному засолению
3.3 Динамика содержания воды, осмотического потенциала, содержания натрия и
хлора в листьях исследуемых растений при засолении 300 мМ N801 и в восстановительный период
3.4 Динамика содержания совместимых осмолитов в листьях исследуемых растений
при засолении 300 мМ ПаС1 и в восстановительный период
3.5 Антиоксидантный статус растений при засолении 300 мМ НаС1 в течение 3-х суток
и в последующий восстановительный период
3.6 Влияние засоления на активности Н+-АТФазы и Уа'УН” антипортера в плазмалемме
из корней и листьев подорожников
Заключение
Выводы
Список цитируемой литературы

ВВЕДЕНИЕ
Глобальные климатические изменения и усиление атропогенной нагрузки делают засоление почв экономической и экологической проблемой многих стран. В условиях высокой потребности в сельскохозяйственной продукции, снижения качества и доступности плодородных земель, изучение устойчивости растений к засолению становится особо важным направлением в современной физиологии растений.
Растения - галофиты не обладают значительной биохимической устойчивостью к высоким концентрациям солей, то есть их белки также легко теряют свои свойства при увеличении концентрации NaCl, как и у гликофитов (Osmond, Greenway, 1972; Greenway, Osmond, 1972; Richharia et al., 1997). He зависимо от экологической принадлежности растения, высокая чуствительность макромолекул к нарушению ионного состава цитоплазмы клеток, делает способность противостоять дефициту воды и избегать токсического действия засоляющих ионов главными условиями выживания растения при действии засоления (Chinnusamy, Zhu, 2003). Данные особенности определяют важность изучения молекулярных и физиологических механизмов поддержания водного и ионного гомеостаза в растениях при засолении. Исследования в этом направлении установили значение совместимых осмолитов и водных каналов растений (аквапоринов) для поддержания осмотического баланса и транспорта воды в клетках (Kuznetsov, Shevyakova, 2010; Maurel et al., 2008). При изучении процессов поглощения, транспорта и компартментации засоляющих ионов были установлены функции транспортных белков таких как Na+/H+-антипортеры (Shi et al., 2000; Blumwald et al., 2000), С17Н+-антипортеры (Isayenkov et al., 2010; Mian et al., 2011), ГЕ-АТФазы (Fuglsang et al., 2011; Kluge et al., 2003) и др., а также механизмы регуляции их работы в растительной клетке (Zhu, 2003; Janicka-Russak, 2011; Conde et al., 2011). Исходя из того, что функционирование всех этих механизмов показано как у устойчивых, так и у неустойчивых видов, многие исследователи считают, что основное отличие галофитов от остальных рас-

тений следует искать именно в принципах регуляции работы их защитных механизмов при засолении.
Определенные успехи в этом направлении достигнуты благодаря сравнительному изучению контрастных по устойчивости представителей одного семейства, рода или даже вида, что значительно облегчает выявление различий у генетически близких объектов (Inan et al., 2004). В связи с этим, продолжается поиск новых модельных объектов, которые позволят более детально раскрыть различия в регуляции адаптационного процесса (Amtmann et al., 2005; Zhou et al., 2012; Reginato et al., 2012).
С этой точки зрения, можно считать перспективным изучение растений из рода Plantago, которые существенно различаются по экологической валентности. Значительный научный интерес к представителям рода Plantago объясняется большим морфологическим разнообразием этих растений, их экологической «пластичностью» и высокой лекарственной ценностью. Различные виды подорожников используются в качестве модельных объектов для сравнительного анализа особенностей адаптации растений к неблагоприятным условиям внешней среды, в том числе и к засолению (Шипунов, 1998). Наиболее популярными видами для физиологов стали подорожник большой, подорожник средний, подорожник приморский и подорожник толстолистный (Ahmad et al., 1979; Konigshofer, 1983; Pommerrenig et al., 2006; Nadwodnik, Lohaus, 2008; Beara et al., 2009; Reidel et al., 2009; Sekmen et al., 2007; Vicente et al., 2004; Boscaiu et al., 2005 и др.). В некоторых исследованиях представителей рода Plantago делается вывод о высокой значимости механизмов, участвующих в обеспечении водного и ионного гомеостаза у галофитных подорожников для их адаптации и выживания в условиях засоления.
Цель и задачи исследования.
Цель работы заключалась в изучении влияния хлоридного засоления на водный и ионный гомеостаз двух видов подорожника: гликофита - подорожника большого (Plantago major L.) и галофита - подорожника приморского (Plantago

механизмов пост-трансляционной регуляции вакуолярной РГ-АТФазы предложен Р. Вера-Эстрелла с соавт. для объяснения дифференциальной экспрессии генов субъединиц этой Н+-АТФазы в растениях телунгиеллы при засолении. Предполагается, что при засолении происходит активация РГ-АТФазы за счет объединения составляющих ее комплексов V| и V0 при участии субъединицы Е, экспрессия которой усиливается в опытных растениях (Vera-Estrella et al., 2005).
В опытах с солевым и осмотическим воздействием на растения сведы показано, что увеличение количества Н+-АТФаз в тонопласте происходит только в ответ на засоление (Wang et al., 2001). Данный факт позволяет предполагать, что в условиях засоления экспрессия Н’-АТФазы V-типа регулируется посредством «ионного сигнала». РГа основании этого предположения, а также других данных Багелли с соавт. при использовании трансформированных растений A. thaliana, показали возможность участия сигнального пути SOS в регуляции активности Н+-АТФазы (Batelli et al., 2007). Согласно этим данным протеинкиназа SOS2 способна напрямую или в комплексе с кальций-связывающим белком (SCaBP) связываться с вакуолярной РР+-АТФазой и изменять ее активность (Рисунок 6).
1.3.4 Окислительный стресс при засолении и его влияние на водный и ионный гомеостаз растений
Токсичность ионов, осмотический стресс и нарушение минерального питания приводят к нарушению баланса между скоростью образования активных форм кислорода (АФК) и темпами их деградации. Таким образом, вторичным повреждающим процессом при засолении становится окислительный стресс, который напрямую не связан с действем высоких концентраций солей. Стресс-индуцированное образование АФК является одной из ранних ответных реакций (Hernandez et al., 2001; Blokhina et al., 2003). Избыточная внутриклеточная генерация АФК, основными представителями которых являются супероксид-анион (02_), пероксид водорода (Н202) и гидроксил-радикал (ОН ), может приводить к окислению многих клеточных компонентов и, в конечном счете, к окислительной деструкции клетки.