WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

УДК 577.355 ГЛАЗУНОВА СВЕТЛАНА АНДРЕЕВНА ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАСТЕНИЙ, ОБРАБОТАННЫХ РОСТРЕГУЛИРУЮЩИМИ ПРЕПАРАТАМИ 03.00.02. – биофизика 03.00.16 – экология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва – 2009

Работа выполнена на кафедре общей физики физического факультета Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова

Научный консультант:

доктор физико-математических наук, профессор Владимир Александрович Караваев

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор Энно Куставич Рууге доктор физико-математических наук, профессор Виктор Николаевич Баграташвили

Ведущая организация:

Учреждение Российской академии наук Институт фундаменталтных проблем биологии РАН (ИФПБ РАН), г. Пущино

Защита диссертации состоится декабря 2009 года в часов на заседании диссертационного совета Д501.002.11 при Московском государственном университете имени М.В. Ломоносова по адресу: 119991, Москва, ГСП-1, Ленинские горы, МГУ имени М.В. Ломоносова, физический факультет, аудитория.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова

Автореферат разослан «» ноября 2009 года

Ученый секретарь диссертационного совета Д501.002.11 доктор физико-математических наук Г.Б. Хомутов 2 1.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Постановка проблемы, ее актуальность.

Растения – основа существования жизни на Земле. Вырабатываемые в процессе фотосинтеза органические вещества служат продуктами питания человека, сырьем для промышленности, кормом для животных. Детальное изучение механизмов фотобиологических реакций, приводящих к образованию кислорода, непосредственно связано с проблемой управления процессом фотосинтеза, повышения его эффективности и устойчивости к воздействию негативных факторов окружающей среды.

В современных условиях выращивания сельскохозяйственных культур высокая пестицидная нагрузка приводит к ухудшению экологической обстановки. Имеются данные о негативном влиянии пестицидов на защищаемую культуру. Разработка новых экологически чистых препаратов для сельскохозяйственного производства, которые могли бы заменить химические средства защиты растений, является актуальной задачей современной «зеленой» химии и биологии. Одно из направлений в разработке таких препаратов связано с получением растительных экстрактов и изучением их действия на физиологическое состояние растения. В последние годы активно развивается метод так называемой сверхкритической флюидной экстракции (СКФ-экстракции), основанный на использовании диоксида углерода в сверхкритическом состоянии.

Преимущество этого метода заключается в сохранении большого количества физиологически активных веществ, зачастую теряемых при других способах экстракции. В этой связи весьма актуальным является получение СКФэкстрактов из растительного сырья и изучение их действия как на метаболизм и продуктивность сельскохозяйственных культур в целом, так и на функциональную активность их фотосинтетического аппарата.

В настоящее время известно большое число рострегулирующих препаратов, рекомендованных для применения в растениеводстве.

Биорегуляторы ускоряют прорастание семян, влияют на свойства биологических мембран и активность ферментов, повышают устойчивость растений к неблагоприятным воздействиям и т.п. Применение нетоксичных природных препаратов позволяет в имеющихся условиях вырастить высокие урожаи сельскохозяйственных культур. Вместе с тем, действие большинства регуляторов роста видо- и сортоспецифично и, кроме того, зависит от способа обработки и условий выращивания культуры. В этой связи актуальной является разработка экспресс-методов, позволяющих оценить влияние рострегулирующих препаратов на растения и, в том числе, на их фотосинтетический аппарат.

В последние годы для изучения функциональной активности фотосинтетического аппарата активно используются люминесцентные методы исследования, основанные на регистрации медленной индукции флуоресценции и термолюминесценции растений. Эти методы отражают те изменения в фотосинтетическом аппарате, которые происходят на самых ранних стадиях внешнего воздействия. Люминесцентные методы успешно применяются для изучения изменений, происходящих в фотосинтетическом аппарате растений при их обработке различными физиологически активными веществами: гербицидами, фунгицидами, антиоксидантами и, в том числе, растительными экстрактами.

Интерес к медленной индукции флуоресценции (МИФ) обусловлен тем, что в этом явлении в значительной степени проявляются регуляторные процессы, обеспечивающие оптимальное функционирование всей совокупности фотосинтетических реакций. Активно изучается корреляция показателей МИФ с фотосинтетической активностью листа. Метод термолюминесценции (ТЛ), со своей стороны, позволяет изучить характер воздействия исследуемых препаратов на первичные процессы фотосинтеза, связанные с функционированием фотосистемы 2 (мембранный комплекс, в котором происходит светоиндуцированное разделение зарядов в реакционном центре Р680, перенос электронов на вторичный переносчик QB и окисление воды). Изучение МИФ и ТЛ растений, обработанных различными физиологически активными веществами, представляется весьма перспективным с точки зрения разработки экспресс-методов оценки состояния растений в изменяющихся условиях окружающей природной среды.

Цель и задачи исследования.

Цель работы заключалась в изучении влияния различных рострегулирующих препаратов на фотосинтетический аппарат растений люминесцентными методами.

Задачи исследований:

1. Разработка методики экстракции и получение СКФ-экстрактов горца сахалинского Reynoutria sachalinensis, известного своими иммуногенными свойствами.

2. Сравнительное изучение люминесцентных характеристик растений, обработанных СКФ-экстрактами R. sachalinensis, водным экстрактом этого растения, а также препаратом Milsana®, приготовленным на основе этого растительного сырья.

3. Изучение люминесцентных характеристик растений, обработанных препаратом Эпин-Экстра и кремнийсодержащим препаратом Силиплант в лабораторных условиях, с целью выяснения влияния этих препаратов на фотосинтетическую активность растений.

4. Изучение люминесцентных характеристик растений, обработанных рядом рострегулирующих препаратов, в полевых испытаниях (совместно с РГАУ – МСХА им. К.А. Тимирязева); сопоставление изменений показателя относительного тушения флуоресценции при регистрации МИФ, характеризующего фотосинтетическую активность растений, с изменением конечной продуктивности сельскохозяйственных культур.

5. Изучение с использованием люминесцентных методов влияния западного цветочного трипса (ЗЦТ) на растения огурца; исследование возможности повышения устойчивости растений к ЗПЦ путем обработки растений экстрактом горца сахалинского R. sachalinensis.

Научная новизна работы.

Научная новизна работы заключается прежде всего в разработке методики экстракции, получении и изучении свойств СКФ-экстрактов горца сахалинского R. sachalinensis. Показано, что эти экстракты обладают более интенсивным и более продолжительным стимулирующим действием на фотосинтетический аппарат растений по сравнению с исследованными ранее водным и спиртовым экстрактами R. sachalinensis. Впервые методом медленной индукции флуоресценции с привлечением метода термолюминесценции установлено влияние ряда рострегулирующих препаратов на структурно-функциональные характеристики фотосинтетического аппарата растений бобов, огурца и ячменя. Также впервые показано, что изменения показателя относительного тушения флуоресценции при регистрации МИФ после обработки ячменя рострегулирующими препаратами в период наиболее интенсивного роста и развития растений сопровождаются определенными изменениями показателей продуктивности культуры.

Практическое значение работы.

Разработанная в диссертации методика СКФ-экстракции может быть использована при создании экологически безопасных и эффективных препаратов на основе растительного сырья для стимуляции фотосинтетической активности, регуляции роста и защиты сельскохозяйственных культур от неблагоприятных воздействий. Основой для разработки таких препаратов могут, в частности, служить СКФэкстракты горца сахалинского R. sachalinensis.

Люминесцентные характеристики, основанные на регистрации медленной индукции флуоресценции листьев растений, позволяют получить важную информацию о функциональной активности фотосинтетического аппарата растений. Эти характеристики могут быть использованы для экспресс-диагностики физиологического состояния растений в изменяющихся условиях внешней среды, а также при изучении экологической безопасности разрабатываемых и применяемых на практике препаратов, оптимизации их норм расхода и сроков обработки растений.

Апробация работы.

Основные результаты диссертации были доложены на VI международном симпозиуме «Новые и нетрадиционные растения и перспективы их использования» (Пущино, 2005), IV международной конференции «Регуляция роста, развития и продуктивности растений» (Минск, 2005), Всероссийской конференции «Нетрадиционные и редкие растения, природные соединения и перспективы их использования» (Белгород, 2006), Всероссийской научно-практической конференции «Роль физиолого-биохимических исследований в селекции овощных культур» (Москва, 2007), V Международной научной конференции «Регуляция роста, развития и продуктивности растений» (Минск, 2007), 2-й международной конференции по зеленой химии (Москва – С.-Петербург, 2008), 9-ом международном симпозиуме по сверхкритическим флюидам (Аркашон, 2009), V международной научно-практической конференции «Сверхкритические флюиды: фундаментальные основы, технологии, инновации» (Суздаль, 2009).

По материалам диссертации опубликовано 15 работ, в том числе статьи в журналах из списка ВАК.

Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания объектов и методов исследования, изложения и обсуждения результатов, выводов и списка цитируемой литературы. Диссертация изложена на страницах, содержит рисунков и таблиц. Список литературы состоит из ссылок на работы отечественных и зарубежных авторов.

2. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и основные задачи работы, охарактеризована научная новизна полученных результатов.

Глава I диссертации представляет собой обзор литературных данных по применению люминесцентных методов к изучению фотосинтетического аппарата растений.

В разделе I.1. дано описание структурно-функциональной организации фотосинтетического аппарата высших растений. В разделе I.2.

изложены современные представления о природе медленной индукции флуоресценции листьев высших растений, а в разделе I.3. описаны основы метода термолюминесценции. Раздел I.4. посвящен экстракции, как важнейшего метода выделения из растений физиологически активных соединений. Рассмотрены основные принципы этого метода и способы классификации экстракционных процессов. Выделены основные виды экстракции по типу растворителя, рассмотрены их основные преимущества и недостатки. Более подробно описана экстракция сверхкритическими флюидами, в частности диоксидом углерода в сверхкритическом состоянии.

Основными преимуществами сверхкритических флюидов как растворителей являются:

- сочетание свойств газов при высоких давлениях (низкая вязкость, высокая проникающая способность) и жидкостей (высокая растворяющая способность);

- высокая чувствительность растворяющей способности к изменению давления или температуры; таким образом, изменяя эти параметры, можно менять спектр экстрагируемых веществ;

- быстрый массоперенос, что позволяет сократить время экстракции по сравнению с традиционными методами;

- простота разделения сверхкритических флюидов и растворенных в них веществ при сбросе давления (Залепугин Д.Ю., Тилькунова Н.А. и др., 2006).

В главе II дано описание объектов исследований и методик экспериментов. Исследования проводились на проростках бобов Vicia faba L.

сорта «Русские черные», листьях огурца Cucumis sativus L. сорта «Зозуля» и проростках ячменя Hordeum vulgare L. сорта «Михайловский». В работе использовался препарат Эпин-Экстра фирмы ННПП «Нэст М» (Россия), гербицид логран и препарат Силиплант – кремнийсодержащее жидкое органическое удобрение. Использовали также свежеприготовленный водный экстракт горца сахалинского Reynoutria sachalinensis (F. Schmidt) Nakai, препарат Milsana®, приготовленный на основе этого растительного сырья, и СКФ-экстракты R. sachalinensis.

СКФ-экстракты R. sachalinensis получали на лабораторной установке SFE-1000M1-2-FMC50 производства Thar Instruments, Inc. /США/. Данная система позволяет проводить экстракцию с использованием диоксида углерода в качестве основного компонента сверхкритического флюида и различных органических растворителей в качестве модификаторов.

Экстракцию проводили в следующих условиях: давление 450 бар, температура предварительного нагревателя 55 С, температура экстракционного сосуда 50 С, температура сборника фракций 30 С, скорость потока 50 г/мин. Элюирование проводили в течение 60 минут.

СКФ-экстракты получали с использованием либо чистого СО2 в качестве элюента, либо СО2 с 10% этанола и 2% этанола в качестве сорастворителя.

Анализ СКФ-экстрактов велся на полупрепаративном сверхкритическом флюидном хроматографе SD-SCFI4 производства компании Thar Instruments, Inc. /США/. Данная модель хроматографа позволяет проводить аналитические исследования по разделению смесей и определению их состава с использованием обычных колонок для высокоэффективной жидкостной хроматографии.

Для измерения индукции флуоресценции листья растений помещали в держатель и адаптировали к темноте в течение 5 мин. Затем производили облучение образца и регистрацию флуоресценции. Флуоресценцию возбуждали широкополосным синим светом (с шириной полосы около нм) интенсивностью около 50 Вт/м2, а регистрировали на длине волны нм, соответствующей максимуму в спектре флуоресценции зеленого листа.

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»