Адаптация к действию повышенных концентраций меди и цинка и возможность использования в фиторемедиации растений Mesembryanthemum crystallinum L.

• Автор: Волков, Кирилл Сергеевич
• Шифр специальности: 03.00.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 133 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1.Общие представления о цинке и меди, как эсенциальных элементах и потенциальных загрязнителях окружающей среды

1.1.1. Медь и цинк в почве и растениях

1.1.1.1. Медь и цинк в почве

1.1.1.2. Медь и цинк в растении поглощение, транспорт, биологическая роль

1.1.2. Фиторемедиация

1.1.2.1. Экологические группы растений по отношению к ТМ. Аккумуляторы и гипераккумуляторы

1.1.2.2. Виды и механизмы фиторемедиации

1.2.Механизмы адаптации растений к высоким концентрациям ТМ

1.2.1. Барьерные механизмы
1.2.2. Хелатирование
1.2.2.1. Фитохелатины
1.2.2.2. Металлотионеины
1.2.3. Компартментация
1.2.3.1. Цитоплазматическая мембрана
1.2.3.2. Вакуоль
1.3.САМфотосинтез как путь адаптации растений к абиотическим стрессорным факторам.
ГЛАВА 2. Объект и методы исследования.
2.1. Объект исследования
2.2. Выращивание хрустальной травки в водной культуре
2.3. Условия проведения опытов
2.4. Измерение биомассы
2.5. Определение общего содержания воды в листьях
2.6. Определение интенсивности транспирации
2.7. Определение осмотического потенциала
2.8. Определение содержания свободного пролина
2.9. Измерение и буферной емкости
2 Определение концентрации хлорофилла
2 Оценка утечки электролитов
2 Определение содержания ионов в ткани растений
2 Определение активности пероксидазы
2 Определение интенсивности перикисного окисления липидов ПОЛ
2 Определение содержания белка
20ценка интенсивности экспрессии генов металлотионеинов 2 Математическая обработка данных
ГЛАВА 3. Экспериментальная часть
3.1. Адаптация растений к действию токсических концентраций меди и цинка
3.1.1. Влияние меди и цинка на прорастание
3.1.2. Влияние меди и цинка на растения при длительном выращивании
3.1.2.1. Рост и развитие растений при действии высоких концентраций меди и цинка
3.1.2.2. Аккумуляция меди и цинка
3.1.2.3. Изменение водного статуса растений при действии высоких концентраций меди и цинка. Индукция САМ.
3.1.2.4. Формирование окислительного стресса при действии высоких концентраций меди и цинка.
3.1.2.5. Индукция медью и цинком экспрессии генов металлотионеинов.
3.2. Адаптация растений к совместному действию засоления и меди.
3.2.1. Рост и развитие растений при одновременном действии
высоких концентраций меди и засоления.
3.2.2. Аккумуляция меди в условиях совместного с засолением ее действия.
3.2.3. Изменение водного статуса при одновременном действии засоления и меди. Аккумуляция пролина.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Термин тяжелые металлы связан с высокой относительной атомной массой. Эта характеристика обычно отождествляется с представлением о высокой токсичности. Одним из признаков, которые позволяют относить металлы к тяжелым, является их плотность. Согласно современным представлениям, к тяжелым металлам отнесены элементы, плотность которых более 5 гсм3. Если исходить из этого показателя, тяжелыми следует считать из металлов Периодической системы элементов. Число же опасных загрязнителей, если учитывать токсичность, стойкость и способность накапливаться во внешней среде, а также масштабы распространения указанных металлов, значительно меньше. Прежде всего, представляют интерес те металлы, которые наиболее широко и в значительных объемах используются в производственной деятельности и в результате накопления во внешней среде представляют серьезную опасность для живых организмов. К ним относят свинец, ртуть, кадмий, цинк, висмут, кобальт, никель, медь, олово, сурьму, ванадий, марганец, хром, молибден и мышьяк. Естественное фоновое содержание тяжелых металлов в незагрязненной атмосфере составляет тысячные и десятитысячные доли микрограмма на кубический метр и ниже. Такие уровни в современных условиях на скольконибудь обжитых территориях практически не наблюдается. Тем не менее, следует отметить, что существуют и естественные геохимические провинции, характеризующиеся изначально высоким содержанием некоторых ТМ, прежде всего цинка, меди и никеля, поскольку данные металлы могут содержаться в относительно высоких количествах в почвообразующих породах. Токсическому действию высоких концентраций тяжелых металлов подвержены практически все физиологические и биохимические процессы, среди которых минеральное питание, водный режим, фотосинтез, дыхание, рост и развитие. Однако, многие вопросы их распределения, токсического действия и механизма ответа клеток на их избыток до сих пор остаются мало изученными. Механизмы токсичности тяжелых металлов весьма разнообразны , . Они взаимодействуют с различными функциональными группами белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов и многими низкомолекулярными соединениями. В основе главнейшего механизма токсического действия ТМ лежит их способность связываться с серосодержащими лигандами и образовывать с ними прочные соединения. Поэтому, попадая в клетки, они взаимодействуют с группами, инактивируя многие ферменты. Связываясь на поверхности клеток или проникая в них, тяжелые металлы могут взаимодействовать с функциональными группами белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов и других соединений, а также замещать ионы других металлов, связанные с этими группами. Несмотря на общее высокое токсическое действие ТМ, отдельные физиологобиохимические процессы подвержены ему в особенности. В большинстве случаев под воздействием тяжелых металлов инактивация фермента обусловлена, как отмечалось выше, взаимодействием металлов с 8Нгруппами, что приводит к изменению конформации молекулы белка. Другим, не менее важным свойством ТМ, обусловливающим их высокое токсическое действие на живые системы, является способность к образованию в клетках активных форм кислорода АФК. Таким образом, очевидно, что действие ТМ на ферментативную активность не всегда ведет к ингибированию последний. И, наконец, необходимо отметить, что представление об обязательной токсичности тяжелых металлов неправомерно, так как в эту группу попадают медь, цинк, марганец, железо и другие металлы, являющиеся т. Таким образом, понимание биохимической и физиологической природы устойчивости растений к избытку тяжелых металлов в настоящее время является одним из приоритетных направлений физиологии растений. Наличие в почве тяжелых металлов, в том числе меди и цинка, является не только результатом антропогенной активности, но и, как уже отмечалось выше, зачастую обусловлено особенностями генезиса почв, химическим составом тех пород, на которых формировался данный почвенный комплекс. Медь и цинк относятся к рассеянным химическим элементам, содержащимся в горных породах в небольших количествах.