АНТИОКСИДАНТНАЯ СИСТЕМА РАСТЕНИЙ ОГУРЦА В УСЛОВИЯХ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО СТРЕССА
|
ВВЕДЕНИЕ 3
ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 6
1.1 Действие неблагоприятных факторов на организм растения 6
1.2 Понятие стресса растений 9
1.3 Генерация активных форм кислорода и их повреждающие
действие 14
1.4 Антиоксидантная система растений 17
1.5 Устойчивость растений к низким температурам 20
1.6 Закаливание растений 24
ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 28
2.1 Объект исследования 28
2.2 Определение активности полифенолоксидазы 29
2.3 Определение активности пероксидазы 30
2.4 Определения содержания пролина 31
2.5 Методы статистической обработки данных 33
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 34
3.1 Определение энергии прорастания и всхожести семян огурца 34
3.2 Определение содержания пролина в семенах и проростках
огурца 36
3.3 Определение активности полифенолоксидазы в семенах и
проростках огурца 45
3.4 Определение активности пероксидазы в семенах и проростках огурца 49
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 54
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 57
ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 6
1.1 Действие неблагоприятных факторов на организм растения 6
1.2 Понятие стресса растений 9
1.3 Генерация активных форм кислорода и их повреждающие
действие 14
1.4 Антиоксидантная система растений 17
1.5 Устойчивость растений к низким температурам 20
1.6 Закаливание растений 24
ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 28
2.1 Объект исследования 28
2.2 Определение активности полифенолоксидазы 29
2.3 Определение активности пероксидазы 30
2.4 Определения содержания пролина 31
2.5 Методы статистической обработки данных 33
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 34
3.1 Определение энергии прорастания и всхожести семян огурца 34
3.2 Определение содержания пролина в семенах и проростках
огурца 36
3.3 Определение активности полифенолоксидазы в семенах и
проростках огурца 45
3.4 Определение активности пероксидазы в семенах и проростках огурца 49
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 54
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 57
Актуальность работы. В современное время проблема уменьшения урожайности культурных растений проявляется все острее. Это связано загрязнением атмосферы, уменьшением озонового слоя и ухудшением климата в различных регионах нашей страны. Поскольку погодно¬климатические условия и общее состояние атмосферы все менее и менее благоприятны для выращивания растений, встает вопрос о поисках решения этой проблемы. Важное влияние оказывает и стремительно развивающееся растениеводство. При попытках достигнуть максимальной продуктивности, многие организации выращивают отдельные монокультуры, а так же стараются собрать популяции растений, которые будут минимально отличаться друг от друга по генотипу, фенотипу и кариотипу. Лишенные действия естественного отбора, эти растения не смогут выработать мощные защитные механизмы, а, следовательно, уменьшится их устойчивость [5]. Однако для необходимых сельскохозяйственных растений, которые преимущественно выращиваются в больших количествах, основополагающей является способность приспосабливаться и преодолевать неблагоприятные условия среды без уменьшения показателей роста и снижения количества урожая. Для этого необходимо появление новых биохимических изменений в протекании метаболизма. Синтез протекторных соединений позволит более продуктивно переносить неблагоприятное воздействие [19].
В России необходимые для нормального протекания жизнедеятельности растения выращивают повсеместно. Причем условия соседних регионов могут существенно отличаться друг от друга. Результатом этих отличий могут быть разные морфогенетические и физиологические отличия у разноживущих организмов одного вида. Следовательно, вопросы повышения резистентности, а так же приобретения биохимических изменений в организме у различных групп культурных растений получают все большую важность.
Под устойчивостью понимают изменение строения и функций растения, обеспечивающих приспособления к неблагоприятным условиям. Эти изменения могут появиться естественным путем, когда в организме растения самопроизвольно происходят изменения, повышающие его выживаемость [16]. Помимо этого устойчивость может быть выведена искусственно. Развитие генетики и селекции в последние годы достигло небывалых высот. Особую важность занимают попытки создания высокоустойчивых сортов сельскохозяйственных растений. Генетическим путем уже получены группы растений, которые устойчивы к вредителям, болезням и гербицидам. Продолжаются вестись работы, которые повысят устойчивость к группе абиотических факторов, таких как засуха, заболоченность, низкие температуры и другие [3].
Растения, как и все живые системы, обладают удивительной особенностью. Они способны совмещать в себе устойчивость и гибкость. То есть оставаться стабильными (не осуществлять серьезных морфогенетических перестроек) в случае изменения условий окружающей среды, но, тем не менее, попытаться приспособится к этим условиям, и повысить или понизить уровень метаболитов, необходимый для жизни в данных условиях . Однако под действием неблагоприятных условий могут происходить нарушения различных функций на всех этапах организации, от молекулярного до организменного. Это в свою очередь нарушит процессы клеточного метаболизма, что в свою очередь окажет влияние на процессы роста и развития, и наверняка приведет к уменьшению урожайности. Данное состояние принято называть стрессом [34,39].
Огурец - наиболее популярная овощная культура в России. Она относится к группе теплолюбивых растений, что обуславливает ее чувствительность к изменениям температуры. Низкие температуры оказывают значительное влияние на метаболизм растения, поэтому необходим тщательный подбор условий для получения максимальной урожайности. Однако не весь диапазон высоких температур благоприятен для данной культуры. Отсутствие возможности выработки адаптивного аппарата негативно скажется на растении при даже незначительном изменении условий [24].
Некоторые научные данные показывают, что использование стрессора при выращивании растения может повысить его адаптационную способность и урожайность. Результаты, полученные в данных исследованиях, могут стать теоретической основой использования стрессоров в сельскохозяйственном производстве. Исследования позволят понять, как можно использовать стрессор для получения результатов, заданных особенностями растения. В то же время. Изучение постстрессового периода позволит оценить период восстановления растения и скорректировать сроки агротехнических мероприятий [8].
Цель работы: выявление роли антиоксидантной системы растений огурца в процессе адаптации к условиям низкотемпературного стресса.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
1. Изучить изменение содержания пролина в прорастающих семенах и сформировавшихся растениях огурца при действии низких температур.
2. Изучить изменение активности полифенолоксидазы в прорастающих семенах и сформировавшихся растениях огурца при действии низких температур.
3. Изучить изменение активности пероксидазы в прорастающих семенах и сформировавшихся растениях огурца при действии низких температур.
4. Выявить основные аспекты возникновения адаптации к низкотемпературному стрессу.
Магистерская диссертация изложена на 63 страницах, иллюстрирована 12 рисунками. Список литературы содержит 68 источников на русском и иностранном языках.
В России необходимые для нормального протекания жизнедеятельности растения выращивают повсеместно. Причем условия соседних регионов могут существенно отличаться друг от друга. Результатом этих отличий могут быть разные морфогенетические и физиологические отличия у разноживущих организмов одного вида. Следовательно, вопросы повышения резистентности, а так же приобретения биохимических изменений в организме у различных групп культурных растений получают все большую важность.
Под устойчивостью понимают изменение строения и функций растения, обеспечивающих приспособления к неблагоприятным условиям. Эти изменения могут появиться естественным путем, когда в организме растения самопроизвольно происходят изменения, повышающие его выживаемость [16]. Помимо этого устойчивость может быть выведена искусственно. Развитие генетики и селекции в последние годы достигло небывалых высот. Особую важность занимают попытки создания высокоустойчивых сортов сельскохозяйственных растений. Генетическим путем уже получены группы растений, которые устойчивы к вредителям, болезням и гербицидам. Продолжаются вестись работы, которые повысят устойчивость к группе абиотических факторов, таких как засуха, заболоченность, низкие температуры и другие [3].
Растения, как и все живые системы, обладают удивительной особенностью. Они способны совмещать в себе устойчивость и гибкость. То есть оставаться стабильными (не осуществлять серьезных морфогенетических перестроек) в случае изменения условий окружающей среды, но, тем не менее, попытаться приспособится к этим условиям, и повысить или понизить уровень метаболитов, необходимый для жизни в данных условиях . Однако под действием неблагоприятных условий могут происходить нарушения различных функций на всех этапах организации, от молекулярного до организменного. Это в свою очередь нарушит процессы клеточного метаболизма, что в свою очередь окажет влияние на процессы роста и развития, и наверняка приведет к уменьшению урожайности. Данное состояние принято называть стрессом [34,39].
Огурец - наиболее популярная овощная культура в России. Она относится к группе теплолюбивых растений, что обуславливает ее чувствительность к изменениям температуры. Низкие температуры оказывают значительное влияние на метаболизм растения, поэтому необходим тщательный подбор условий для получения максимальной урожайности. Однако не весь диапазон высоких температур благоприятен для данной культуры. Отсутствие возможности выработки адаптивного аппарата негативно скажется на растении при даже незначительном изменении условий [24].
Некоторые научные данные показывают, что использование стрессора при выращивании растения может повысить его адаптационную способность и урожайность. Результаты, полученные в данных исследованиях, могут стать теоретической основой использования стрессоров в сельскохозяйственном производстве. Исследования позволят понять, как можно использовать стрессор для получения результатов, заданных особенностями растения. В то же время. Изучение постстрессового периода позволит оценить период восстановления растения и скорректировать сроки агротехнических мероприятий [8].
Цель работы: выявление роли антиоксидантной системы растений огурца в процессе адаптации к условиям низкотемпературного стресса.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
1. Изучить изменение содержания пролина в прорастающих семенах и сформировавшихся растениях огурца при действии низких температур.
2. Изучить изменение активности полифенолоксидазы в прорастающих семенах и сформировавшихся растениях огурца при действии низких температур.
3. Изучить изменение активности пероксидазы в прорастающих семенах и сформировавшихся растениях огурца при действии низких температур.
4. Выявить основные аспекты возникновения адаптации к низкотемпературному стрессу.
Магистерская диссертация изложена на 63 страницах, иллюстрирована 12 рисунками. Список литературы содержит 68 источников на русском и иностранном языках.
Известно, что не существует идеальных условий прорастания, поэтому на растения постоянно оказывается неблагоприятное воздействие. И хоть оно может оказываться в незначительной мере, биохимические изменения, вызываемые этим воздействием, могут существенно повлиять на процессы роста и развития. Чаще всего конформационным перестройкам подвергается содержащийся в клетках молекулярный кислород.
Активные формы кислорода появляются в организме растений огурца постоянно и выполняют ряд регуляторных функций. В основном это окисление некоторых соединений, передача сигналов и инициация апоптоза. Однако их высокая реакционная способность может оказать и вредное воздействие, выражающееся в окислении случайных веществ и вызывающее окислительный стресс. Избыток активных форм кислорода способен оказать необратимые повреждения.
Окислительный стресс часто развивается на фоне низкотемпературного, то есть при попадании растения в неблагоприятные условия, концентрация АФК значительно повышается. В ответ на повышение инициируется работа антиоксидантной системы, направленной на уменьшение концентрации активных форм кислорода и их эффективную нейтрализацию. В организме значительно повышается содержание иминокислоты пролина, который обладает осморегуляторными функциями и препятствует оттоку воды из клеток. Так же повышается активность некоторых ферментов, таких как полифенооксидаза, каталаза и пероксидаза. Их действие направлено на нейтрализацию и восстановление супероксидного радикала, перекиси и других АФК.
Повышение содержания низко- и высокомолекулярных компонентов антиоксидантной системы способствует сохранению гомеостаза в условиях низкотемпературного влияния. Предпосевное низкотемпературное воздействие может способствовать предварительной выработке адаптационных механизмов к подобным условиям. Следствием этого будет повышенная резистентность к низким положительным температурам и теоретическое сохранение имеющейся урожайности.
В ходе работы были получены следующие выводы:
1. В ответ на низкие температуры начинается накопление такой аминокислоты как пролин. Это связано с его защитными и осморегуляторными функциями. При низкотемпературном воздействии его уровень может повыситься в 2,5-3 раза относительно контроля в семенах и в 10-15 раз относительно контроля в формирующихся растениях. Накопление пролина направлено на поддержание гомеостаза клеток и устранение повреждений. Однако при длительном охлаждении (24 часа и более) организм уже не способен поддерживать достаточный уровень иминокислоты, что может повлечь за собой необратимые повреждения, а возможно и гибель
2. Изучение изменения активности полифенолоксидазы показало, что при длительном низкотемпературном воздействии, активность фермента увеличивается. При максимальном длительном охлаждении это увеличение может составить до 100%, то есть в 2 раза относительно контрольной группы. В среднем оно достигает от 15% до 70% относительно контроля. Эти данные могут свидетельствовать о том, что повышение активности ПФО - один из вариантов адаптации к более высокому уровню активных форм кислорода, как следствию воздействия низких температур.
3. Изучение активности пероксидазы показало, что в условиях охлаждения ее уровень может повышаться, по сравнению с неохлажденными растениями, на 20-25% в семенах и до 90% в листьях. Однако при достижении определенного значения активность фермента перестает нарастать. Увеличенный, относительно контроля, уровень активности пероксидазы можно рассматривать, как способность противодействовать проявлению окислительного стресса на фоне низкотемпературного.
4. Возникновение окислительного стресса, вызывающее резкое повышение содержания активных форм кислорода, проявляется после переноса организма в неблагоприятные условия, в нашем случае, в условия пониженных температур. Можно заключить, что инициация возникновения окислительного стресса происходит под влиянием низкотемпературного стресса, то есть они связаны. Повышение содержания АФК - прямое следствие охлаждения.
5. На фоне возникновения низкотемпературного стресса в организме растений запускается комплекс приспособительных мер, который выражается в увеличении активности ферментов антиоксидантной системы, а так же в иммобилизации и синтезе различных низкомолекулярных соединений. Возможность организма приспособиться и пережить данное воздействие может способствовать появлению резистентности и увеличенному синтезу соединений-криопротекторов.
Активные формы кислорода появляются в организме растений огурца постоянно и выполняют ряд регуляторных функций. В основном это окисление некоторых соединений, передача сигналов и инициация апоптоза. Однако их высокая реакционная способность может оказать и вредное воздействие, выражающееся в окислении случайных веществ и вызывающее окислительный стресс. Избыток активных форм кислорода способен оказать необратимые повреждения.
Окислительный стресс часто развивается на фоне низкотемпературного, то есть при попадании растения в неблагоприятные условия, концентрация АФК значительно повышается. В ответ на повышение инициируется работа антиоксидантной системы, направленной на уменьшение концентрации активных форм кислорода и их эффективную нейтрализацию. В организме значительно повышается содержание иминокислоты пролина, который обладает осморегуляторными функциями и препятствует оттоку воды из клеток. Так же повышается активность некоторых ферментов, таких как полифенооксидаза, каталаза и пероксидаза. Их действие направлено на нейтрализацию и восстановление супероксидного радикала, перекиси и других АФК.
Повышение содержания низко- и высокомолекулярных компонентов антиоксидантной системы способствует сохранению гомеостаза в условиях низкотемпературного влияния. Предпосевное низкотемпературное воздействие может способствовать предварительной выработке адаптационных механизмов к подобным условиям. Следствием этого будет повышенная резистентность к низким положительным температурам и теоретическое сохранение имеющейся урожайности.
В ходе работы были получены следующие выводы:
1. В ответ на низкие температуры начинается накопление такой аминокислоты как пролин. Это связано с его защитными и осморегуляторными функциями. При низкотемпературном воздействии его уровень может повыситься в 2,5-3 раза относительно контроля в семенах и в 10-15 раз относительно контроля в формирующихся растениях. Накопление пролина направлено на поддержание гомеостаза клеток и устранение повреждений. Однако при длительном охлаждении (24 часа и более) организм уже не способен поддерживать достаточный уровень иминокислоты, что может повлечь за собой необратимые повреждения, а возможно и гибель
2. Изучение изменения активности полифенолоксидазы показало, что при длительном низкотемпературном воздействии, активность фермента увеличивается. При максимальном длительном охлаждении это увеличение может составить до 100%, то есть в 2 раза относительно контрольной группы. В среднем оно достигает от 15% до 70% относительно контроля. Эти данные могут свидетельствовать о том, что повышение активности ПФО - один из вариантов адаптации к более высокому уровню активных форм кислорода, как следствию воздействия низких температур.
3. Изучение активности пероксидазы показало, что в условиях охлаждения ее уровень может повышаться, по сравнению с неохлажденными растениями, на 20-25% в семенах и до 90% в листьях. Однако при достижении определенного значения активность фермента перестает нарастать. Увеличенный, относительно контроля, уровень активности пероксидазы можно рассматривать, как способность противодействовать проявлению окислительного стресса на фоне низкотемпературного.
4. Возникновение окислительного стресса, вызывающее резкое повышение содержания активных форм кислорода, проявляется после переноса организма в неблагоприятные условия, в нашем случае, в условия пониженных температур. Можно заключить, что инициация возникновения окислительного стресса происходит под влиянием низкотемпературного стресса, то есть они связаны. Повышение содержания АФК - прямое следствие охлаждения.
5. На фоне возникновения низкотемпературного стресса в организме растений запускается комплекс приспособительных мер, который выражается в увеличении активности ферментов антиоксидантной системы, а так же в иммобилизации и синтезе различных низкомолекулярных соединений. Возможность организма приспособиться и пережить данное воздействие может способствовать появлению резистентности и увеличенному синтезу соединений-криопротекторов.
Подобные работы
- Антиоксидантная система растений огурца в условиях низкотемпературного стресса
Магистерская диссертация, биология. Язык работы: Русский. Цена: 5500 р. Год сдачи: 2019