Учебный центр «Крисмас+»

ВЛИЯНИЕ ЭКЗОГЕННОЙ ОБРАБОТКИ ПОЛИАМИНАМИ НА ЦЕЛОСТНОСТЬ КЛЕТОЧНЫХ МЕМБРАН РАСТЕНИЙ.

Автор: Николаева Ирена, 9 кл.

ГБОУ СОШ №1, г. Санкт-Петербург

Руководитель: Ласточкин В. В.

Растения особенно часто подвержены воздействию неблагоприятных факторов, особенно недостатку кислорода. Существуют две стратегии выживания растений в подобных условиях. Первая – уход от воздействия, вторая – адаптивные перестройки в обмене веществ. На организменном уровне основной системой регуляции является гормональная, роль которой достаточно подробно изучена. Известно, что многие функции, выполняемые полиаминами и диаминами в растительных тканях, сходны с функциями гормонов.

Полиамины – углеводороды, содержащие несколько аминогрупп. В физиологических процессах они ведут себя как универсальные многофункциональные регуляторы. В работах различных авторов было показано увеличение уровня полиаминов в тканях в ответ на различные воздействия окружающей среды.

Цель работы: исследование влияния диаминов (путресцина и кадаверина) и полиаминов (спермидина и спермина) на устойчивость растений (пшеницы и риса) в условиях аноксии и последующего окислительного стресса.

Задачи работы:

1. Выявить действие экзогенной обработки ди- и полиаминами на стабильность клеточных мембран растений;

2. Сравнить стабильность клеточных мембран пшеницы и риса до и после обработки полиаминами.

Из литературы известны особенности воздействия на мембраны растений фитогормонов, таких как ауксины и цитокинины. Имели место работы по исследованию рои гиббериллинов в стабилизации клеточных мембран, однако значение полиаминов как широко распространённой группы биологически-активных веществ на клеточные мембраны не рассматривалось.

Объекты исследования. Объектами исследования являлись 7-дневные проростки пшеницы (Triticum aestivum) и 10-дневные проростки риса (Oryza sativa). Пшеницу использовали в качестве неустойчивого, а рис - устойчивого к гипоксии растения.

Методы исследования. Предобработке подвергались 6-дневные и 9-дневные проростки пшеницы и риса соответственно. Корни проростков помещали в стакан с 20% модифицированным раствором Кнопа, в котором был добавлен раствор полиаминов в концентрации 100 мкМ/л. Предобработка длилась 1 сутки, и в этот период растения контрольных и опытных вариантов находились в темноте при комнатной температуре. Через сутки корни предобработанных растений промывали дистиллированной водой, помещали в стаканы со свежеприготовленным питательным раствором и подвергали анаэробному воздействию.

Для определения перекисного окисления липидов растительный материал (1г) гомогенизировали в 0,1 % трихлоруксусной кислоте (ТХУ) с кварцевым песком, после чего пробы фильтровали для отделения мезги и песка. Из полученного экстракта отбирали 2,5 мл, к нему добавляли 1,25 мл воды и 1,25 мл 0,5% раствора тиобарбитуровой кислоты (ТБК) в 10% ТХУ. Полученную смесь встряхивали и кипятили на водяной бане в течение 30 минут до появления окраски. Полученные пробы охлаждали и центрифугировали для осаждения взвеси, после чего определяли содержание малонового диальдегида (МДА) на спектрофотометре.

Влияние аноксии на внешний вид проростков пшеницы и риса. В результате проведённого эксперимента нами было обнаружено, что растения риса, оказавшиеся в условиях аноксии, выгодно отличаются от растений пшеницы, перенёсших эти же неблагоприятные условия (рис.1).

Внешний вид растений позволяет говорить о том, что клеточные структуры пшеницы нарушены сильнее, чем у риса. Это предположение было подтверждено при изучении перекисного окисления липидов мембран обоих растений.

Влияние аноксии и полиаминов на перекисное окисление мембран клеток растений. Интенсивность перекисного окисления у риса снижалась в бескислородных условиях (рис.2), что можно было объяснить отсутствием в окружающей среде кислорода. В связи с этим, действие полиаминов несколько изменяло уровень перекисного окисления, причём эти изменения были различными.

Так, в ещё большей степени уменьшали ПОЛ путресцин и спермин, что позволяет говорить об их стабилизирующем действии на мембраны клетки риса, как в побегах, так и в корнях (рис.2). С другой стороны, для спермидина и, в меньшей степени, для ДАП характерно было усиливать процессы перекисного окисления (рис.2). Тем не менее, ни один полиамин не способствовал усилению ПОЛ, сопоставимому с контрольным в условиях аэрации.

Таким образом, полиамины оказывали скорее стабилизирующее действие на клеточные мембраны риса в условиях аноксии.

Интересно, что уровень ПОЛ у пшеницы был существенно выше, чем у риса, даже в условиях нормальной аэрации. В бескислородных условиях в побегах и корнях проростков пшеницы наблюдалось усиление ПОЛ (рис.3).

Действие всех полиаминов в условиях аноксии на мембраны проростков пшеницы и риса можно было назвать стабилизирующим. В большей степени снижали уровень ПОЛ путресцин, спермин и кадаверин, а наименьшее воздействие оказывали диаминопропан и спермидин (рис.3). Эти результаты подтверждают данные, полученные для риса.

Таким образом, полиамины способны оказывать стабилизирующее действие на мембраны клеток растений, оказавшихся под действием аноксического стресса.

Выводы:

1. Уровень перекисного окисления растений пшеницы существенно выше, чем уровень ПОЛ у риса.

2. В бескислородных условиях у устойчивого растения происходит снижение уровня ПОЛ, тогда как у пшеницы наблюдается его усиление.

3. Путресцин, спермин и, в меньшей степени, кадаверин оказывают стабилизирующее действие на мембраны клеток растений, подвергнутых действию аноксии.

Источники информации в литературе:

1. Чиркова Т.В., Блохина О.Б. Влияние аноксии на уровень эндогенного перекисного окисления липидов в корнях растений, различающихся по устойчивости к недостатку кислорода // Вестн. ЛГУ. Биология. - 1991. - Вып. 4. -С. 85-90.

2. Чиркова Т.В. Пути адаптации растений к гипоксии и аноксии. Л.: Изд-во ЛГУ, 1988. 244 с.

3. Crawford R.M.M. Studies in plant survival. Ecological case histories of plant adaptation to adversity. / eds. D.J. Anderson e. a. Oxford etc.: Blackwell Scientific Publications, 1989. P.296.

4. Crawford R.M.M. Plant survival without oxygen. // Biologist. -1993.-V.40, №3.-P.110-114.

5. Crawford R.M.M., Walton J.С Wollenweber-Ratser B. Similarities between post-ischaemic injury to animal tissues and post-anoxic injury in plants // Proceedings of the Royal Society of Edinburgh. - Edinburgh, -1994. - V. 102B. - P. 325-332.

6. Drew M.C. Oxygen deficiency and root metabolism: injury and acclimation under hypoxia and anoxia. // Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol.Biol. -1997. -V.48. -P.223-250.

7. Vartapetian B.B., Andreeva I.N., Kozlova G.I. The resistens to anoxia and the mitochondrial fine structure of rice seeding. // Protoplasma. –1978.-V.88. –P.215-224.

8. Vartapetian B.B., Zakhmilova N.A. Ultrastructure of wheat seeding mitochondria under anoxia and postanoxia. // Protoplasma. -1990. -V.156. –P.39-44.

См. также

Путеводитель по выбору оборудования для учебно-исследовательских работ

Этот материал опубликован в Сборнике тезисов участников IX Международного конкурса «Инструментальные исследования окружающей среды»