Влияние условий минерального питания на продукционные характеристики SalicorniaeuropaeaL., BrassicajunceaL., LepidiumsativumangustifoliaL., и NasturtiumofficinaleR.Br.в системе жизнеобеспечения человека
Аннотация 3
Введение 3
Глава 1. Обзор литературы 6
1.1. Физиология солеустойчивости растений 8
1.2. Характеристика исследуемых видов растений 15
1.2.1. Солерос европейский (Salicornia europaea L.) 15
1.2.2. Горчицасизая (Brassica juncea L.) 19
1.2.3. Кресс - салат узколистный (Lepidium sativum angustifolia L.) 23
1.2.4. Водяной кресс - салат (NasturtiumofficinaleR.BR.) 25
Глава 2. Материалы и методы исследования 27
2.1. Объект исследования и технология выращивания растений 28
2.2. Методы исследования растений 32
Глава 3. Результаты 34
3.1 Продукционные характеристики растений Salicornia europaea L., Brassica juncea L., Lepidium sativum angustifolia L., Nasturtium officinale R. Br., при выращивании на питательных растворах с добавлением минерализованных экзометаболитов человека 34
3.2 Продукционные характеристики растений Salicornia europaea и Nasturtium officinale при выращивании на модельном растворе, имитирующем раствор с добавлением минерализованных экзометаболитов человека 41
Заключение 59
Список использованных источников 61
Наряду с огромным природным разнообразием естественных экосистем, возможно создание человеком различных искусственных экосистем.
Искусственная система, предназначенная для существования в ней какого- либо конкретного вида (например, человека), определяющего качественную специфику всех процессов в системе, может быть названа системой жизнеобеспечения данного вида.
Биорегенеративные системы жизнеобеспечения (БСЖО) являются искусственными замкнутыми экосистемами, а также инструментом для моделирования процессов круговорота веществ на обитаемых космических станциях [13]. Для совершенствования круговоротных процессов в искусственных экосистемах необходимо создание технологий, обеспечивающих включение в круговорот экзометаболитов человека, в том числе и NaCl.
В ИБФ СО РАН разработан и продолжает совершенствоваться метод физико - химической минерализации перекисью водорода в переменном магнитном поле плотных и жидких выделений человека [50]. Однако использование минерализованных экзометаболитов человека в качестве единственного источника минеральных элементов для питания растений влечет за собой, с одной стороны, проблему недостатка некоторых минеральных элементов, а с другой стороны, поднимает проблемы, связанные с оценкой устойчивости растений к NaCl, содержащемуся в жидких выделениях человека.
Одним из возможных подходов в решении данной проблемы является подбор таких видов растений, которые могли бы произрастать на нестандартных по минеральному составу питательных растворах, утилизировать хлористый натрий в достаточно высоких концентрациях, быть съедобными для человека и обладать достаточно высокой продуктивностью.
Ранее было показано, что соленакапливающий галофит Salicornia europaea L., благодаря своим физиологическим характеристикам, является перспективным претендентом для выращивания в искусственной замкнутой экосистеме космического назначения c целью включения хлористого натрия во внутрисистемный массообмен[49].
Однако для создания более полноценной растительной диеты человека необходимо также оценить возможности выращивания ряда растений при использовании минерализованных экзометаболитов человека, содержащих хлорид натрия, в качестве источников минерального питания.
Целью данной работы являлось изучение продукционных характеристик SalicorniaeuropaeaL., BrassicajunceaL.,
LepidiumsalivumanguslifoliaL, иNaslurliumofficinaleRBr при использовании минерализованных экзометаболитов человека как источников минерального питания применительно к БСЖО.
В задачи работы входило:
1. Изучить продукционные характеристики растений SalicorniaeuropaeaL., BrassicajunceaL., LepidiumsativumangustifoliaL., HNcislinniinimJjicincileR.Bv. при выращивании на растворах с добавлением минерализованных экзометаболитов человека.
2. Изучить влияние различных концентраций хлорида натрия в модельных растворах, имитирующих растворы с добавлением минерализованных экзометаболитов человека, на фотосинтетическую продуктивность и накопление натрия растениями Salicorniaeuropaeaи Nasturtiumofficinale.
3. Изучить влияние различных концентраций хлорида натрия в модельных растворах, имитирующих растворы с добавлением минерализованных экзометаболитов человека, на уровень перекисного окисления липидов в клетках растений Salicorniaeuropaeaи Nasturtiumofficinale.
4. Дать рекомендации по культивированию исследуемых видов растений при включении их в фототрофное звено БСЖО нового поколения.
Результаты данного исследования вносят вклад в курс «Физиология растений» раздел «минеральное питание» применительно к биорегенеративным системам жизнеобеспечения (БСЖО) и будут использованы в создании БСЖО нового поколения в ИБФ СО РАН, а также могут быть использованы для снижения засоления почв и повышения их плодородия в естественных экосистемах.
На основании проведенных исследований можно сделать следующие выводы:
1) показано, что исследуемые виды растений можно выращивать методом водной культуры при использовании жидких продуктов минерализации экзометаболитов человека в качестве источников минерального питания. При этом наибольшую сухую съедобную биомассу с наиболее высоким содержанием натрия имеют растения Salicorniaeuropaeaи Nasturtiumofficinale;
2) при уровнях засоления NaCl0,02 г/л, 0,7 г/л, 1,4 г/ и 2,1 г/л сухая масса растений Nasturtiumofficinale,выращенных на модельном растворе, имитирующем раствор с добавлением минерализованных экзометаболитов человека, значимо выше, чем у растений Salicorniaeuropaea, поскольку растения солероса европейского при данных уровнях засоления испытывают гипоосмотический стресс;
3) концентрация NaCl выше 5 г/л приводит к значительному ингибированию роста и гибели растений Nasturtiumofficinale, тогда как для солероса европейского 10 isiNaC’l является оптимальным уровнем засоления, стимулирующим рост растений;
4) в результате выращивания растений SalicorniaeuropaeaиNasturtiumofficinale на модельном растворе,имитирующем раствор с добавлением минерализованных экзометаболитов человека, при концентрации№О2,1 г/л растения Salicorniaeuropaeaвыносят из раствора в 2 раза больше Na по сравнению с Nasturtiumofficinale. Выявленную закономерность необходимо учитывать при включении данных видов растений в фототрофное звено БСЖО;
5) высокое содержание МДА в клетках растений Nasturtiumofficinaleпо сравнению с растениями Salicorniaeuropaeaвконце вегетации свидетельствует о том, что растения Nasturtiumofficmaleнаходились в состоянии стресса;
6) растения Salicornia europaeaи Nasturtium officinaleявляются наиболее перспективными из исследованных видов для включения в фототрофное звено БСЖО при использовании минерализованных экзометаболитов человека в качестве источников минерального питания.
