ВВЕДЕНИЕ 3
1 ЗНАЧЕНИЕ ИОНОВ МЕДИ В ПРИРОДЕ 5
1.1 Медь в почве и растениях 5
1.1.1 Медь в почве 5
1.1.1.1 Общие сведения 5
1.1.1.2 Реакции с компонентами почв 7
1.1.1.3 Загрязнение почв 10
1.1.2 Медь в растениях 11
1.1.2.1 Биохимические функции 11
1.1.2.2 Поглощение и перенос 16
1.1.2.З. Взаимодействие с другими элементами 18
2 СВЕТ В ЖИЗНИ РАСТЕНИЯ 21
2.1. Общие сведения 21
2.2. Красный свет и растение 22
2.3. Синий свет и растение 23
2.3.1 Фоторецепция 23
2.3.3 Взаимодействие рецепторов 24
2.3.2 Структура криптохрома 25
3 ОБЪЕКТ И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ 27
3.1 Описание вида Lychnis chalcedonica L. и преимущества его использования в качестве модельного объекта 27
3.2 Методики исследования 27
3.2.1 Приготовление питательной среды 28
3.2.3 Количественное определение фотосинтетических пигментов в
микроклонах Lychnis chalcedonica L 28
3.2.2 Ламинарный бокс и техника работы в нём 28
4 ВЛИЯНИЕ ИОНОВ МЕДИ НА МИКРОКЛОНИРОВАНИЕ LYCHNIS
CHALCEDONICA L. В УСЛОВИЯХ СЕЛЕКТИВНОГО СВЕТА 31
4.1 Влияние ионов меди на морфогенез микроклонов Lychnis chalcedonica L.
в условиях селективного света 31
4.1.1 Влияние ионов меди на развитие побега микроклонов Lychnis
chalcedonica L. в условиях селективного света 31
4.1.2 Влияние ионов меди на развитие корневой системы микроклонов
Lychnis chalcedonica L. в условиях селективного света 33
4.1.3. Влияние ионов меди на массу растения Lychnis chalcedonica L. в условиях селективного света 36
4.2 Влияние ионов меди на содержание фотосинтетических пигментов в
микроклонах Lychnis chalcedonica L. в условиях селективного
света 38
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 40
ВЫВОДЫ 43
Список использованной литературы 45
Медь является важным микроэлементом, определяющим рост и развитие растений. Ионы этого металла участвуют в многочисленных физиологических процессах и являются существенным кофактором многих металлопротеинов, однако, избыток меди ингибирует рост растений и ухудшает важные клеточные процессы (в т.ч. работу ЭТЦ фотосинтеза). В связи с этим в растениях развивались различные стратегии регуляции гомеостаза меди в зависимости от её уровня в окружающей среде. Такие стратегии должны предотвратить накопление металла в свободной реактивной форме (пути детоксикации металла и т.д.) и обеспечить своевременную доставку этого элемента к целевым металлопротеидам [Yruela, 2005]. Однако, механизмы, связанные с усвоением этого незаменимого микроэлемента на селективном свету, пока не были чётко определены. В связи с этим, целью нашей работы было определить влияние ионов меди на микроклонирование Lychnis chalcedonica в условиях селективного света.
В соответствии с целью были сформулированы следующие задачи:
1) Получить микроклоны Lychnis chalcedonica L., выращенные на свету красной и синей областей спектра ФАР;
2) Изучить влияние меди на рост микроклонов Lychnis chalcedonica L. (длина междоузлий, количество ярусов, длина и количество корней, сухая и сырая масса побега и корня) на красном и синем свету;
3) Определить содержание фотосинтетических пигментов в листьях микроклонов Lychnis chalcedonica L. в зависимости от концентрации экзогенной меди и спектрального состава света;
Работа выполнена в лаборатории биотехнологии и биоинженерии при кафедре физиологии растений и биотехнологии Биологического института ТГУ.
По результатам исследований было сделано 3 постерных доклада и опубликовано 2-3 тезисов на конференциях «Старт в науку» (Томск, 2015), «Растения в условиях глобальных и локальных природно-климатических и антропогенных воздействий» (Петрозаводск, 2016) и «Биотехнология, биоинформатика и геномика растений и микроорганизмов» (Томск, 2016). В настоящее время 1 материалы сданы для представления на Годичном собрании общества физиологов растений России г. Санкт-Петербург (июнь, 2016).
Автор работы выражает благодарность научному руководителю профессору доктору биологических наук И.Ф. Головацкой за помощь в выполнении работы и ценные советы, консультанту Ю.В. Медведевой за полезные рекомендации и предоставленный материал, а также аспиранту Е.В. Бойко за помощь в освоении методик исследования.
1. При пробирочном микроклонировании в питательной среде растения L. chalcedonica росли до 48-суточного возраста, увеличение их ростовых параметров продолжалось в течение всего времени культивирования, что свидетельствовало о достаточном количестве минеральных компонентов среды для жизнедеятельности микроклонов.
2. Наблюдали тенденцию к снижению количества ярусов и длины побега, количества и длины корней L. chalcedonica с увеличением концентрации CuSO4 в питательной среде. Наибольший ингибирующий развитие корневой системы эффект оказала двойная доза меди. Двойная и тройная концентрации меди ингибировали накопление сухой и сырой массы побега, хотя наибольшая (десятикратная) доза меди обладала подобным эффектом в меньшей степени. В соответствии с полученными данными можно предположить, что все исследуемые нами концентрации соли меди являются физиологически допустимыми для роста и развития микроклонов на фоне минеральных компонентов среды Мурасиге-Скуга.
3. Синий свет способствовал незначительному уменьшению количества ярусов побега, но сильному (в пять раз) уменьшению общей длины побега микроклонов относительно красного света. Это свидетельствует об ингибировании растяжения междоузлий светом коротковолновой области спектра ФАР. Длина корней не зависела от спектрального состава света, однако, наблюдалось увеличение количества корней микроклонов, выращенных на синем свету.
4. Анализ содержания фотосинтетических пигментов в листьях 2 яруса лихниса (рис. 17, 18) показал, что на синем свету уровень пигментов был ниже на 50% относительно красного света. На красном свету увеличение содержания меди в 2 раза способствовало повышению уровня пигментов микроклонов, тогда как 10-кратное увеличение меди снижало уровень всех фотосинтетических пигментов в два раза. На синем свету увеличение меди в 2 раза не изменяло уровень пигментов, тогда как 3- и 10-кратное увеличение снижало уровень пигментов на 30%.
Отмечено, что красный свет повышал чувствительность микроклона к увеличению концентрации меди, что проявлялось в большем угнетении ростовых и синтетических процессов относительно синего света.
