Состояние воды и его влияние на функциональные характеристики мембран в семенах пшеницы (Triticum aestivum L. ) и проростках при различных физиологических условиях

• Автор: Швалева, Алла Львовна
• Шифр специальности: 03.00.12, 03.00.02
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 195 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

Глава 1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Состояние воды в растении

1.1.1.Вклад ученых казанской школы водного обмена растений в исследование состояния воды в растении

1.1.2. Развитие современного представления о состоянии воды в растении

1.1.3. Влияние состояния воды на структуру и динамику биологических мембран

1.1.4. Исследование состояния воды в связи с устойчивостью расгений к действию абиотических факторов

1.1.5. Вода как пусковой фактор прорастания семян

1.1.5.1. Водный режим семян при набухании и прорастании

1.1.5.2. Предварительное выдерживание семян во влажной атмосфере
1.1.5.3. Влажность осевых органов определяющий фактор прорастания
1.2. Проницаемость мембран растительных клеток для воды
1.2.1. Развитие представления о проницаемости мембран для воды
1.2.1.1. Определение На диффузии воды как способ оценки проницаемости мембран
1.2.1.2. Аквапориныспецифичсскис белки водных каналов
1.2.2. Изменение проницаемости мембран под действием мембранноактивных веществ разного механизма действия
1.2.2.1. Влияние ионов Са2
1.2.2.2. Влияние ионов вб3
1.2.2.3. Влияние полиснового антибиотика нистатина и нииольфена
1.2.3. Влияние низких температур на структуру и водопроницаемость мембран
1.2.3.1. Зональное влияние температуры на терморезистснт
ность расгений
1.2.3.2. Низкотемпературные изменения структуры и водопроницаемости мембран растительных клеток
1.2.3.3. Незамерзающая вода и устойчивость клеток к низким температурам
1.2.3.4. Устойчивость клеток к замораживанию и высушиванию
1.3. Состояние мембран при дегидратациирегидратаци
1.3.1. Липиды. Изменение липидного состава биомембран при дегидратации
и действии температурного фактора
1.3.2. Предварительное увлажнение аш идробиотичсских объектов исследования во влажной атмосфере
1.3.2.1. Исследование процесса гидратациидегидратации на модельных системах
1.3.2.2. Влияние гидратации на структурнодинамические и функциональные характеристики биологических мембран
1.3.3. Приспособление ангидробиотичсских организмов к высыханию
1.3.3.1. Роль эндогенных сахаров. Механизм защитного действия сахаров
1.3.3.2. ЬЕАбелки протекторы при обезвоживании растительных клеток
Глава 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Характеристика объектов исследования
2.2. Методы исследования
2.2.1. Метод спинового эха ядернот магнитного резонанса ЯМР
2.2.1.1. Измерения времен спинспиновой релаксации протонов воды Т2
2.2.1.2. Измерение эффективного коэффициента самодиффузии воды Дф
2.2.1.3. Использование метода парамагнитного допинга ПМД
2.2.1.4. Методические эксперименты с предварительно убитыми водяным паром растительными тканями
2.2.1.5. Измерение количества незамерзающей воды. Использование модификаторов водопроницаемости мембран
2.2.2. Определение влажности семян весовым методом и но уровню
фосфоресценции при комнатной температуре
2.2.2.1. Предварительное выдерживание семян в эксикаторах с различной относительной влажностью воздуха
2.2.2.2. Кинетика наклсвывания семян. Изучение действия различных веществ на теми наклевываяия семян
2.2.3. Экстракция сахаров из семян и их определение методом
высокоэффективной жидкостной хроматшрафии ВЭЖХ
2.2.4. Определение осмотического потенциала, концентрации ионов калия, количества сахаров в клеточном соке осевых органов семян
2.2.5. Измерение иодкисления среды осевыми органами семян
2.2.6. Математическая обработка результатов
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Глава 3. Состояние мембран на начальных этапах гидратации воздушносухих семян пшеницы
Глава 4. Последовательность включения физиологических процессов в ходе набухания и прорастания семян пшеницы
Глава 5. Содержание растворимых сахаров в семенах пшеницы различающихся по засухоустойчивости сортов и на разных стадиях их созревания
Глава 6. Изменение структурнодинамического состояния мембран под действием низких и высоких положительных температур в оводненных тканях растений, отличающихся по тсрмоустойчивости
Глава 7. Сохранение незамерзающей воды в тканях при действии низких отрицательных температур в связи со структурнодинамическим состоянием мембран
Заключение
Выводы
Список литературы


Сопоставление Дэф вакуолярного сока и цитоплазмы позволило сделать вывод о большей подвижности воды вакуолярного сока, по сравнению с водой цитоплазмы. На основе синтеза результатов исследований состояния воды в различных тканях, клетках, выделенных органеллах и модельных системах методами диэлектрической спектроскопии ДС, инфракрасной спектроскопии ИКС, ядерного магнитного резонанса ЯМР, электронного парамагнитного резонанса ЭПР были предложены виды структурной организации воды для разных частей растительной клетки Седых, , . Было сделано два важных вывода, касающихся водообмена клеток 1 состояние воды в биологических объектах более стабильно, чем состояние воды i vi 2 степень стабильности воды тем больше, чем выше физиологическая активность исследуемого объекта. Таким образом, учитывая опыт экспериментальной работы и достижения по изучению состояния вода, нельзя не согласиться с замечанием Аксенова С. И. . Она полностью соотвегствуег представлениям о непосредственном участии воды в формировании нативной структуры биологических макромолекул, а также о возможности воздействия изменений ее структуры на ход и эффективность биологических реакций. Использование в биологических исследованиях физических методов привело к заметному прогрессу в решении проблемы структурного состояния воды в клетках. С учетом новой информации о динамичности связей воды с клеточными структурами в дальнейших исследованиях было сделано смещение акцентов на решение вопросов взаимодействия воды с неводными компонентами клеток, прежде всего мембранными структурам. Первоначатьная интерпретация отклонения параметров внутри клеточной воды как особо структурированного состояния изменилась до признания причин отклонения в микрогстерогешюсти клеточных структур, процессах протонного обмена и трансклеточного переноса воды Аксенов, Харчук, Анисимов, Мифтахугдинова, Анисимов и др. Анисимов, Швалсва, Анисимов, Раткович, . Отличие данных ЯМР для воды в растениях по сравнению с растворами биополимеров обусловлено, согласно Аксенов, Харчук, , наличием в тканях малоподвижных мембранных структур. Именно поэтому рост значений Т2 для воды в тканях при патологических процессах, должен отражать не изменение состояния воды, а. Аксенов, Харчук, . Согласно Аксенов, , биологические мембраны как сложные многокомпонентные образования чувствительны не только к механическим воздействиям Белоус, Бондаренко, , но и к нарушению равновесия сил в пределах мембран, возникающему и в процессе высушивания, и в ходе замораживания сгр. Оба этих процесса связаны с изменением ионного состава цитоплазмы повышением концентрации солей и ионной силы, что должно неизбежно сказаться на степени связывания периферических белков на мембранах или друг их клеточных структурах Аксенов, . В результате может быть нарушено их упорядоченное расположение, необходимое для возобновления физиологических процессов при последующей гидратации. По данным Фридрих , для отделения ряда периферических белков от мембраны достаточно повысить ионную силу всег о до 0, М I. Вместе с тем, в работе , приводятся данные о прямой связи между сохранением низкой концентрации ионов калия в клетках и устойчивостью лишайников к высушиванию. В связи с этим мембранные структуры, по мнению Аксенов, Швалева, , должны удовлетворять сразу двум требованиям быть проницаемыми для воды и солей на некотором уровне влажности, а при прог рессирующей потере воды менять свои свойства с сохранением барьерной функции и низкой проницаемости мембран, в том числе для воды. При исследовании структурнодинамических характеристик биологических мембран методами Н, С и 3Р ЯМРспектроскоиии были получены прямые доказательства резких изменений свойств мембран в достаточно узких интервалах влажности Аксенов и др. Это дало возможность предложить качественно разные механизмы воздействия воды на мембранные компоненты при разной относительной влажности ОВ атмосферы. Немаловажно, что данные исследования были проведены не на модельных системах, а непосредственно на выделенных фотосинтетических мембранах нескольких видов пурпурных бактерий, отличающихся по своему липидному составу.