ФИЗИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ БРАССИНОСТЕРОИДОВ В СТРЕСС-РЕГУЛЯЦИИ РАСТЕНИЙ КАРТОФЕЛЯ
|
АННОТАЦСПИСОК СОКРАЩЕНИЙ 9
ВВЕДЕНИЕ 10
1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 14
1.1 ЗАСОЛЕНИЕ ПОЧВЫ 14
1.2 КЛАССИФИКАЦИЯ РАСТЕНИЙ ПО УСТОЙЧИВОСТИ К ЗАСОЛЕНИЮ 17
1.3 УСТОЙЧИВОСТЬ РАСТЕНИЙ К ДЕЙСТВИЮ СТРЕССА 19
1.3.1 Влияние хлорида натрия на растения 19
1.4 БРАССИНОСТЕРОИДЫ И ИХ ДЕЙСТВИЕ НА РАСТЕНИЯ 23
1.4.1 Защитные свойства брассиностероидов 25
2 ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 26
2. 1 ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ 26
2.2 МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 30
2.2.1 Условия выращивания растений и постановки эксперимента 30
2.2.2 Ростовые показатели 32
2.2.3 Спектрофотометрические методы 32
2.2.3.1 Определение содержания фотосинтетических пигментов 32
2.2.3.2 Определение содержания свободного пролина в клонах 34
2.2.3.3 Определение содержания активных продуктов тиобарбитуровой
кислоты (ТБК-АП) 35
2.2.4 Статистическая обработка данных 36
3 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЯ ERROR!
BOOKMARK NOT DEFINED.
3.1 ДИНАМИКА ДЕЙСТВИЯ БРАССИНОСТЕРОИДОВ НА РАСТЕНИЯ КАРТОФЕЛЯ
ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.
3.1.1 Влияние 10 и 1000 нМ ЭБЛ на рост растений картофеля в условия in
vitro Error! Bookmark not defined.
3.1.2 Влияние длительного присутствия БС в культуре in vitro на дальнейший рост растения в гидропонной культуре . Error! Bookmark not defined.
3.1.3 Влияние длительного присутствия БС в культуре in vitro на
физиологические параметры растений Error! Bookmark not defined.
3.2 ДЛИТЕЛЬНОЕ ВЛИЯНИЕ БС НА РАСТЕНИЯ КАРТОФЕЛЯ ПРИ ПОСЛЕДУЮЩЕМ ХЛОРИДНОМ ЗАСОЛЕНИИ ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.
3.2.1 Отложенное действие хлорида натрия на ростовые параметры
растений картофеля, обработанных 10 или 1000 нМ ЭБЛ Error!
Bookmark not defined.
3.2.2 Отложенное действие хлорида натрия на физиологические параметры растений картофеля, обработанных 10 или 1000 нМ ЭБЛ Error! Bookmark not defined.
ВЫВОДЫ 55
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 56
ИЯ 3
ВВЕДЕНИЕ 10
1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 14
1.1 ЗАСОЛЕНИЕ ПОЧВЫ 14
1.2 КЛАССИФИКАЦИЯ РАСТЕНИЙ ПО УСТОЙЧИВОСТИ К ЗАСОЛЕНИЮ 17
1.3 УСТОЙЧИВОСТЬ РАСТЕНИЙ К ДЕЙСТВИЮ СТРЕССА 19
1.3.1 Влияние хлорида натрия на растения 19
1.4 БРАССИНОСТЕРОИДЫ И ИХ ДЕЙСТВИЕ НА РАСТЕНИЯ 23
1.4.1 Защитные свойства брассиностероидов 25
2 ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 26
2. 1 ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ 26
2.2 МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 30
2.2.1 Условия выращивания растений и постановки эксперимента 30
2.2.2 Ростовые показатели 32
2.2.3 Спектрофотометрические методы 32
2.2.3.1 Определение содержания фотосинтетических пигментов 32
2.2.3.2 Определение содержания свободного пролина в клонах 34
2.2.3.3 Определение содержания активных продуктов тиобарбитуровой
кислоты (ТБК-АП) 35
2.2.4 Статистическая обработка данных 36
3 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЯ ERROR!
BOOKMARK NOT DEFINED.
3.1 ДИНАМИКА ДЕЙСТВИЯ БРАССИНОСТЕРОИДОВ НА РАСТЕНИЯ КАРТОФЕЛЯ
ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.
3.1.1 Влияние 10 и 1000 нМ ЭБЛ на рост растений картофеля в условия in
vitro Error! Bookmark not defined.
3.1.2 Влияние длительного присутствия БС в культуре in vitro на дальнейший рост растения в гидропонной культуре . Error! Bookmark not defined.
3.1.3 Влияние длительного присутствия БС в культуре in vitro на
физиологические параметры растений Error! Bookmark not defined.
3.2 ДЛИТЕЛЬНОЕ ВЛИЯНИЕ БС НА РАСТЕНИЯ КАРТОФЕЛЯ ПРИ ПОСЛЕДУЮЩЕМ ХЛОРИДНОМ ЗАСОЛЕНИИ ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.
3.2.1 Отложенное действие хлорида натрия на ростовые параметры
растений картофеля, обработанных 10 или 1000 нМ ЭБЛ Error!
Bookmark not defined.
3.2.2 Отложенное действие хлорида натрия на физиологические параметры растений картофеля, обработанных 10 или 1000 нМ ЭБЛ Error! Bookmark not defined.
ВЫВОДЫ 55
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 56
ИЯ 3
Засоление снижает продуктивность растений, способствуя изменению ионного гомеостаза, осмотического потенциала и генерации активных форм кислорода. Всё это приводит к снижению эффективности сельского хозяйства и экономическим потерям. При исследовании физиологических механизмов солеустойчивости растений возможно повысить продуктивность сельскохозяйственных культур на засоленных территориях. Одним из способов регулирования устойчивости растений может быть применение экзогенных фитогормонов.
Ранее в лаборатории биохимии и молекулярной биологии ТГУ был предложен способ повышения солеустойчивости растений картофеля кратковременным корневым воздействием брассиностероидов [1].
Брассиностероиды (БС) - перспективная группа стероидных фитогормонов, одним из преимуществ изучения является агропромышленный потенциал, заключающийся в экологической безопасности и способности вызывать биологические эффекты в очень низких концентрациях. БС оказывают всестороннее влияние на развитие растений в процессе их онтогенеза, изменяют активность ферментов, скорость биосинтеза белков и нуклеиновых кислот, гормональный статус, а также стимулируют рост клеток растяжением и последующее их деление. На организменном уровне данные изменения отображаются в усилении роста и повышении продуктивности растения [2]. Наибольшее эндогенное содержание данной группы гормонов отмечается в молодых тканях.
Одним из активных представителей БС является 24-эпибрассинолид (24-ЭБЛ). Кратковременная корневая предобработка 24-ЭБЛ гидропонной культуры картофеля способствует активированию роста побега, столоно - и клубнеобразованию [3]. Изучение длительного действия гормона на гидропонные культуры картофеля затруднено, сопровождается рисками контаминации патогенными микроорганизмами.
Solanum tuberosum L. - культура, отличающаяся ценными овощными, продовольственными, кормовыми качествами. Картофель является вторым по значимости сельскохозяйственным продуктом России после зерновых культур [4]. Его исследования финансово поддерживаются правительством РФ с 2016 года. На протяжении длительного периода культура подвергается селективному отбору, направленному на резистентность к патогенам и продуктивность урожая.
В качестве объекта исследования использовались оздоровленные растения-регенеранты сорта Луговской, полученные из боковой меристемы в условии in vitro.
Целью данной работы являлось - оценка протекторного эффекта разной концентрации гормона 24-эпибрассинолид при NaCl засолении на физиологические показатели растений-регенерантов картофеля (Solanum tuberosum L.). Для достижения данной цели поставлены следующие задачи:
1. Освоить биотехнологические методы микроклонального размножения картофеля в стерильных и гидропонных условиях;
2. Провести вегетативное размножение картофеля в условии in vitro на средах с добавлением фитогормона - 24-эпибрассинолида;
3. Сравнить действие двух концентраций ЭБЛ (10 и 1000 нМ) на рост растений-регенерантов на этапах прорастания черенков в условиях in vitro и последующего роста растений в гидропонных условиях;
4. Провести анализ физиологических показателей, таких как содержание пигментов, пролина и степень перекисного окисления липидов в растениях для наблюдения за протекторным действием гормона при отложенном хлоридном засолении.
В работе применялись следующие методы исследования:
микроклональное размножение, культивирование растений в гидропонной культуре, морфометрические методы (измерение длины побегов и корней, количества ярусов, в том числе листьев и столонов, массы клонов), биохимические методы (определение содержания фотосинтетических пигментов, свободного пролина, ТБК-АП).
Практическая значимость исследования
Мы впервые оценили влияние длительного присутствия 10 и 1000 нМ ЭБЛ в питательной среде на динамику роста на начальных этапах развития клонов картофеля в условии in vitro. Также нами впервые показана способность ЭБЛ регулировать ростовые и физиологические процессы через 19 суток, после прекращения гормонального воздействия, в норме и при отложенном действии стресса (75 мМ NaCl).
Теоретическая и практическая значимость
Полученные в работе данные позволят предложить новые способы длительного воздействия брассиностероидами, с целью повышения продуктивности сельскохозяйственно-значимых культур, в том числе, произрастающих на засолённых территориях.
Теоретические обобщения и совокупность полученных
экспериментальных данных могут использоваться в лекционных и практических курсах «Физиология растений», «Биохимия», «Гормональная регуляция и сигнальные системы высших растений», «Физиологические основы устойчивости растений к факторам среды», «Экологическая физиология растений» и «Сигнальные системы высших растений» для студентов и магистрантов ВУЗов страны.
Результаты исследования были представлены на Годичном собрании Общества физиологов растений России, в рамках Всероссийской научной конференции с международным участием "Физиология растений и феномика как основа современных фитобиотехнологий" и на Всероссийской научной конференции для молодых ученых «Физиология, биотехнология и биоинформатика растений и микроорганизмов - путь в будущее: к 85-летию Р.А. Карначук». Разработки были представлены на международных форум- выставках РосБиоТех (Москва, 2021, 2022 г.), где удостоились присуждения золотых медалей и дипломов.
Работа проводилась в лаборатории биохимии и молекулярной биологии кафедры физиологии растений, биотехнологии и биоинформатики Биологического института Национального Томского государственного университета. Выполнена при финансовой поддержке грантов РФФИ № 20¬34-90094 «Влияние брассиностероидов на развитие растений картофеля в оптимальных условиях и при хлоридном засолении», РНФ № 23-44-10019 «Стероидные фитогормоны и их новые производные - природный нанобиотехнологический инструмент для высокопродуктивного
экологического земледелия» и программы «Приоритет 2030» по теме «Геномное редактирование как инновационная технология управления механизмами стресс-толерантности и повышения продуктивности растений в условиях неблагоприятных изменений природной среды и климата».
Автор выражает глубокую признательность коллективам лаборатории молекулярной биологии и биохимии, а также кафедры физиологии, биотехнологии растений и биоинформатики ТГУ и их заведующей - д.б.н., профессору Ольге Викторовне Карначук. Отдельно автор выражает искреннюю благодарность научным руководителям - к.б.н., доценту Марине Васильевне Ефимовой и м.н.с. Ольге Константиновне Мурган за оказанную поддержку и помощь в проведении исследования, освоении практических навыков и методик. Автор выражает особую благодарность Медведевой Ю.В. за предоставление микроклонов растений, Даниловой Е.Д., Кадырбаеву М.К. и Бойко Е. В. за помощь в проведении исследований.
Ранее в лаборатории биохимии и молекулярной биологии ТГУ был предложен способ повышения солеустойчивости растений картофеля кратковременным корневым воздействием брассиностероидов [1].
Брассиностероиды (БС) - перспективная группа стероидных фитогормонов, одним из преимуществ изучения является агропромышленный потенциал, заключающийся в экологической безопасности и способности вызывать биологические эффекты в очень низких концентрациях. БС оказывают всестороннее влияние на развитие растений в процессе их онтогенеза, изменяют активность ферментов, скорость биосинтеза белков и нуклеиновых кислот, гормональный статус, а также стимулируют рост клеток растяжением и последующее их деление. На организменном уровне данные изменения отображаются в усилении роста и повышении продуктивности растения [2]. Наибольшее эндогенное содержание данной группы гормонов отмечается в молодых тканях.
Одним из активных представителей БС является 24-эпибрассинолид (24-ЭБЛ). Кратковременная корневая предобработка 24-ЭБЛ гидропонной культуры картофеля способствует активированию роста побега, столоно - и клубнеобразованию [3]. Изучение длительного действия гормона на гидропонные культуры картофеля затруднено, сопровождается рисками контаминации патогенными микроорганизмами.
Solanum tuberosum L. - культура, отличающаяся ценными овощными, продовольственными, кормовыми качествами. Картофель является вторым по значимости сельскохозяйственным продуктом России после зерновых культур [4]. Его исследования финансово поддерживаются правительством РФ с 2016 года. На протяжении длительного периода культура подвергается селективному отбору, направленному на резистентность к патогенам и продуктивность урожая.
В качестве объекта исследования использовались оздоровленные растения-регенеранты сорта Луговской, полученные из боковой меристемы в условии in vitro.
Целью данной работы являлось - оценка протекторного эффекта разной концентрации гормона 24-эпибрассинолид при NaCl засолении на физиологические показатели растений-регенерантов картофеля (Solanum tuberosum L.). Для достижения данной цели поставлены следующие задачи:
1. Освоить биотехнологические методы микроклонального размножения картофеля в стерильных и гидропонных условиях;
2. Провести вегетативное размножение картофеля в условии in vitro на средах с добавлением фитогормона - 24-эпибрассинолида;
3. Сравнить действие двух концентраций ЭБЛ (10 и 1000 нМ) на рост растений-регенерантов на этапах прорастания черенков в условиях in vitro и последующего роста растений в гидропонных условиях;
4. Провести анализ физиологических показателей, таких как содержание пигментов, пролина и степень перекисного окисления липидов в растениях для наблюдения за протекторным действием гормона при отложенном хлоридном засолении.
В работе применялись следующие методы исследования:
микроклональное размножение, культивирование растений в гидропонной культуре, морфометрические методы (измерение длины побегов и корней, количества ярусов, в том числе листьев и столонов, массы клонов), биохимические методы (определение содержания фотосинтетических пигментов, свободного пролина, ТБК-АП).
Практическая значимость исследования
Мы впервые оценили влияние длительного присутствия 10 и 1000 нМ ЭБЛ в питательной среде на динамику роста на начальных этапах развития клонов картофеля в условии in vitro. Также нами впервые показана способность ЭБЛ регулировать ростовые и физиологические процессы через 19 суток, после прекращения гормонального воздействия, в норме и при отложенном действии стресса (75 мМ NaCl).
Теоретическая и практическая значимость
Полученные в работе данные позволят предложить новые способы длительного воздействия брассиностероидами, с целью повышения продуктивности сельскохозяйственно-значимых культур, в том числе, произрастающих на засолённых территориях.
Теоретические обобщения и совокупность полученных
экспериментальных данных могут использоваться в лекционных и практических курсах «Физиология растений», «Биохимия», «Гормональная регуляция и сигнальные системы высших растений», «Физиологические основы устойчивости растений к факторам среды», «Экологическая физиология растений» и «Сигнальные системы высших растений» для студентов и магистрантов ВУЗов страны.
Результаты исследования были представлены на Годичном собрании Общества физиологов растений России, в рамках Всероссийской научной конференции с международным участием "Физиология растений и феномика как основа современных фитобиотехнологий" и на Всероссийской научной конференции для молодых ученых «Физиология, биотехнология и биоинформатика растений и микроорганизмов - путь в будущее: к 85-летию Р.А. Карначук». Разработки были представлены на международных форум- выставках РосБиоТех (Москва, 2021, 2022 г.), где удостоились присуждения золотых медалей и дипломов.
Работа проводилась в лаборатории биохимии и молекулярной биологии кафедры физиологии растений, биотехнологии и биоинформатики Биологического института Национального Томского государственного университета. Выполнена при финансовой поддержке грантов РФФИ № 20¬34-90094 «Влияние брассиностероидов на развитие растений картофеля в оптимальных условиях и при хлоридном засолении», РНФ № 23-44-10019 «Стероидные фитогормоны и их новые производные - природный нанобиотехнологический инструмент для высокопродуктивного
экологического земледелия» и программы «Приоритет 2030» по теме «Геномное редактирование как инновационная технология управления механизмами стресс-толерантности и повышения продуктивности растений в условиях неблагоприятных изменений природной среды и климата».
Автор выражает глубокую признательность коллективам лаборатории молекулярной биологии и биохимии, а также кафедры физиологии, биотехнологии растений и биоинформатики ТГУ и их заведующей - д.б.н., профессору Ольге Викторовне Карначук. Отдельно автор выражает искреннюю благодарность научным руководителям - к.б.н., доценту Марине Васильевне Ефимовой и м.н.с. Ольге Константиновне Мурган за оказанную поддержку и помощь в проведении исследования, освоении практических навыков и методик. Автор выражает особую благодарность Медведевой Ю.В. за предоставление микроклонов растений, Даниловой Е.Д., Кадырбаеву М.К. и Бойко Е. В. за помощь в проведении исследований.
1. В ходе многократного клонирования растений-регенерантов методом микрочеренкования, получен необходимый объём микроклонов.
2. Присутствие 24-эпибрассинолида в питательной среде на этапе культивирования in vitro растений-регенерантов ингибировало процессы прорастания и дальнейшего роста. Длительное присутствие БС в питательной среде снижало скорость роста корня даже через 19 суток после прекращения гормонального воздействия. В большей степени на данные параметры оказывала влияние высокая концентрация ЭБЛ (1000 нМ). При этом низкая концентрация (10 нМ) стимулировала наибольший прирост биомассы и длины побега после прекращения гормонального воздействия.
3. Хлоридное засоление в концентрации 75 мМ негативно влияло на формирование ярусов, в том числе листьев и столонов, а также снижало биомассу растений. Среди фотосинтетических пигментов 75 мМ NaCl вызывало уменьшение содержания хлорофилла а и каротиноидов. Также воздействие хлорида натрия повышало степень ПОЛ в зелёных тканях растений картофеля (листья и стебли) и стимулировало значительное накопление пролина.
4. Брассиностероиды оказывали протекторное действие на физиологические показатели растений при хлоридном засолении, поддерживая содержание фотосинтетических пигментов и понижая степень ПОЛ в листьях и стебле.
2. Присутствие 24-эпибрассинолида в питательной среде на этапе культивирования in vitro растений-регенерантов ингибировало процессы прорастания и дальнейшего роста. Длительное присутствие БС в питательной среде снижало скорость роста корня даже через 19 суток после прекращения гормонального воздействия. В большей степени на данные параметры оказывала влияние высокая концентрация ЭБЛ (1000 нМ). При этом низкая концентрация (10 нМ) стимулировала наибольший прирост биомассы и длины побега после прекращения гормонального воздействия.
3. Хлоридное засоление в концентрации 75 мМ негативно влияло на формирование ярусов, в том числе листьев и столонов, а также снижало биомассу растений. Среди фотосинтетических пигментов 75 мМ NaCl вызывало уменьшение содержания хлорофилла а и каротиноидов. Также воздействие хлорида натрия повышало степень ПОЛ в зелёных тканях растений картофеля (листья и стебли) и стимулировало значительное накопление пролина.
4. Брассиностероиды оказывали протекторное действие на физиологические показатели растений при хлоридном засолении, поддерживая содержание фотосинтетических пигментов и понижая степень ПОЛ в листьях и стебле.
Подобные работы
- ГОРМОНАЛЬНАЯ РЕГУЛЯЦИЯ МОРФОГЕНЕЗА РАСТЕНИЙ-РЕГЕНЕРАНТОВ КАРТОФЕЛЯ /У VITRO
Бакалаврская работа, биология. Язык работы: Русский. Цена: 4700 р. Год сдачи: 2019 - ЗАЩИТНОЕ ДЕЙСТВИЕ ФИТОГОРМОНОВ У РАСТЕНИЙ ПРИ
ХЛОРИДНОМ ЗАСОЛЕНИИ
Бакалаврская работа, биология. Язык работы: Русский. Цена: 4400 р. Год сдачи: 2020