WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 ||

5.3. Влияние никеля на дифференциацию клеток и развитие боковых корней. В присутствии 110-4 М Ni начинало формирования вторичных утолщений клеточных стенок в протоксилеме через двое суток опыта завершалось ближе к кончику корня (1680±50 мкм, при 2680±30 мкм у контрольных) а корневые волоски в апикальном сегменте корня длиной 4 мм отсутствовали (в контрольнвх корнях – на расстоянии 2750±40 мкм). Дифференциация протофлоэмы завершалась на большем расстоянии от кончика корня (587±11 мкм, при 494±мкм в контроле). На расстоянии 2.2-3.8 мм от кончика корня происходил некроз клеток сначала в эндодерме и внутренних слоях коры, а затем и перицикле (Рис. 6б). В корнях проростков при воздействии 110-4 М Ni примордии боковых корней (ПБК) первого порядка находились ближе к кончику корня. Первые деления клеток в стелярной паренхиме и перицикле, в связи с началом 10  Прирост корня, мм инициации ПБК встречались уже на расстоянии 2.2-2.3 мм от границы чехлика и тела корня. В ПБК и боковых корнях деление клеток не было ингибировано (Рис. 5а). В боковых корнях первого порядка уже начиналось формирование ПБК второго порядка. В участке корня где находились эти примордии появлялись гипертрофированные корневые волоски и клетки всех тканей имели значительно меньшую длину (Рис. 5б).

Глава 6. Динамика роста, пролиферации и дифференциации клеток корневой системы проростков T. aestivum при действии никеля.

6.1. Динамика роста и начала дифференциации клеток корня при действии никеля. Через 24 ч длина клеток в корнях опытных проростков под влиянием 1 10-4 M Ni заметно снизилась на протяжении большей части зоны растяжения, что и обусловило уменьшение длины завершивших растяжение клеток (Рис. 8в). Расстояние от кончика корня, на котором происходило начало дифференциации клеток протоксилемы, было меньшим, чем в контрольных корнях. В опытных корнях начало роста корневых волосков появлялись на участке, расположенном выше по корню (на 600 мкм), чем участок, где начиналось формирование вторичных утолщений в клетках протоксилемы (Рис. 8в). Через 36, 48 и 72 ч опыта наблюдалась тенденция к увеличению длины клеток корней опытных растений в апикальной половине зоны деления клеток. Формирование вторичных утолщений в клетках протоксилемы продвигалось к кончику корня, а расстояние от кончика корня до зоны начала роста корневых волосков увеличивалось. К 36 ч формирование вторичных утолщений клеток протоксилемы начиналось на расстоянии 1700 мкм от инициальной клетки центрального ряда метаксилемы, а через 48 ч – 1600 мкм. Первые корневые волоски к 36 ч опыта находились на расстоянии 3500 мкм, а к 48 ч на расстоянии 3600 мкм. Начало дифференциации клеток метаксилемы и метафлоэмы, а также инициация примордиев боковых корней приближались к кончику корня (Рис. 8г).  6.2. Динамика синтеза ДНК и деления клеток в разных тканях и участках корня под воздействием никеля. В корнях опытных растений уже к 6 ч от начала воздействия 1 10-4 M Ni величина индекса меченых H–тимидином клеток, синтезирующих ДНК, (ИМК) во всех изучаемых тканях корня (ЦРМ, ризодерма, ПЦ, клетки чехлика) заметно снизилась (рис.9). В последующие сроки ИМК резко снижался. Через 48 ч в чехлике и ризодерме встречались лишь единичные меченые клетки, а через 72 ч такие отсутствовали. В метаксилеме, в течение 18–48 ч ИМК изменялся незначительно, но к 72 ч опыта уже встречались единичные меченые клетки (Рис. 9в). Большая часть меченых клеток находилась в базальной половине зоны деления (100– 199 мкм). В корнях опытных растений резкое уменьшение ИМК в клетках покоящегося центра происходило через 12 ч от начала опыта, с последующим его постепенным снижением. К 36 ч ИМК составлял 0.7±0.2% и все синтезирующие ДНК клетки были инициалями рядов различных тканей. Через 48 и 72 ч синтезирующих ДНК клеток в покоящемся центре не обнаружено.

Ингибирование синтеза ДНК в клетках корней под влиянием ТМ было отмечено и ранее (Doncheva al al, 2005). Заметное уменьшение величины МИ в тканях корней опытных растений происходило через 12 ч. В последующие сроки МИ постепенно снижался, но менее резко, чем ИМК. Даже через 72 ч в чехлике и ризодерме некоторых корней встречались делящиеся клетки (Рис. 9а, б). В корнях опытных растений величина МИ в ПЦ увеличивалась уже через 6 ч от начала опыта. К 18 ч величина МИ резко уменьшалась. Заметных нарушений структуры ядра клеток ПЦ не наблюдалось (Рис. 7в). К 36 ч и в последующие сроки фиксации корней делящиеся клетки встречались вблизи ПЦ (Рис. 7г).

6.3. Влияние никеля на инициацию и развитие примордиев боковых корней. Через 18 ч первые возобновившие синтез ДНК клетки стелярной паренхимы (Рис. 7а) в корнях опытных растений при действии 1 10-4 M Ni наблюдались ближе к кончику корня, чем в контрольных, а доля корней с такими клетками в стелярной паренхиме резко увеличилась. В конце сегмента корня встречались не только синтезирующие ДНК клетки перицикла, но и делящиеся клетки стелярной паренхимы и перицикла, то есть началась инициация примордия бокового корня (ИПБК). Через 24 ч первые возобновившие синтез ДНК клетки появились в эндодерме и коре. К 36 ч опыта во всех исследованных корнях наблюдались ПБК и ИПБК, которая происходила ещё 11  ближе к кончику корня. Через 48 ч ИПБК продолжалась, клетки перицикла синтезировали ДНК и делились (Рис. 7б). Меченые Н-тимидином клетки видны не только в ходе ИПБК, но в и близлежащих клетках коры. Позже, в ходе формирования ПБК, меченые клетки в примордии не выявляются, поскольку тимидин не проникает через чехол, образованный из сжатых оболочек клеток коры. Через 72 ч во всех 5 исследованных корнях наблюдались ПБК и делящиеся клетки в меристеме.

6.4. Структурные изменения в клетках под воздействием никеля. Все структурные изменения встречались только в клетках, проходивших растяжение под воздействием никеля, и проявлялись после прекращения их растяжения. В завершивших растяжение клетках ризодермы уже через 24 ч увеличивалась частота встречаемости разветвленных корневых волосков. К 36 ч в некоторых корнях в начале зоны растяжения в клетках ризодермы наблюдался хроматолизис ядра: в этих клетках ядро слабо окрашивалось реактивом Шиффа.

Затем хроматолизис распространялся до клеток внутренних слоев коры, а в клетках эндодермы происходил пикноз ядра. В некоторых клетках центрального ряда метаксилемы (ЦРМ) нарушалась структура ядра, появлялись гантелевидные ядра. Через 72 ч в клетках коры, расположенных около растущего примордия, встречались не только нормальные митозы, но и многополюсные. Ингибирование роста корня и нарушение клеток меристемы при действии ТМ отражено и в других работах (Robertson, 1985; Sresty, 1999; Довгалюк, 2001).

Рис 8. Динамика роста клеток ЦРМ в корнях T. aestivum при действии 1 10-4 M Ni а, б, в, г – 12, 18, 24, 48 ч от начала опыта, начало формирования корневых волосков ( ), начало формирования вторичных утолщений стенок протоксилемы ( ) 12  (а) (б) Рис. 5. Развитие боковых корней T. aestivum при действии 1 10-4 M Ni через 48 ч воздействия (а) – в боковых корнях деление клеток не ингибируется, (б) –в боковых корнях первого порядка уже начинается формирование ПБК второго порядка.

Масштабная линейка – 50 мкм экз экз (а) (б) Рис. 6. Нарушения в тканях корня T. aestivum через 48 ч от начала опыта (а) – нарушение межклеточных связей ( ) в ризодермы при действии 1 10-6 M Ni (экз – экзодерма), (б) – некроз клеток эндодермы и перицикла при действии 1 10-4 M Ni.

Масштабная линейка – 50 мкм (в) (г) Рис. 7. Автографы срезов корня T. aestivum при действии 1 10-4 M Ni через 18 (а) и 48 (б) ч от начала опыта ( ) – делящиеся и ( ) - синтезирующие ДНК клетки перицикла структура ядра в клетках ПЦ через 36 ч (в) – структура ядра не нарушена, через 72 ч (г) – делящиеся клетки в инициалях рядов ( ).

Масштабная линейка – 20 мкм 13  ИМК (%) г МИ (%) время от начала опыта, ч время от начала опыта, ч контроль Ni 110-4 M Рис 9. Динамика индексов меченых 3Н-тимидином клеток (ИМК) и митотического индекса (МИ) в разных тканях корня T. aestivum при действии 1 10-4 M Ni (а – чехлик, б – ризодерма, в – ксилема, г - ПЦ) 14  Таким образом, проведенные исследования показали специфичность токсического действия повышенных концентраций Cu, Ni и Mn на рост и развитие проростков злаков. В основе этого лежит разная химическая природа ТМ, неодинаковые пороговые концентрации ТМ (Ковальский, 1974; Безель, 2006). Прирост корня проростков оказался наиболее чувствительным показателем, позволившим оценить устойчивость разных видов и выявить внутривидовую изменчивость. Особенности ответной реакции на тяжелые металлы изучены на разных уровнях организации. Впервые установлено, что основным механизмом прекращения пролиферации клеток меристемы в присутствии Ni является ингибирование перехода клеток к синтезу ДНК.

Выводы.

1. Методом корневого теста установлен ряд токсичности исследуемых тяжелых металлов для двух видов злаков Hordeum vulgare и Avena sativa: Cu>Ni>Mn. Разные сорта каждого из исследуемых видов различаются по структурно-функциональным показателям роста и развития, фотосинтетического аппарата и минерального состава проростков.

2. Выявлена видоспецифичность накопления металлов в надземной части проростков двух исследуемых видов. Наибольшее содержание Mn по сравнению с другими металлами накапливается в надземных частях проростков обоих видов, особенно у H. vulgare: в среднем в 70 раз выше, чем в контроле. У A. sativa в отличие от H. vulgare концентрация Cu в надземных частях проростков достоверно увеличивается при обеих дозах Cu в среде. Показана относительная стабильность уровня макроэлементов у H vulgare.

3. Установлен ряд токсичности ТМ для хлорофилла a и хлорофилла b в листьях проростков H. vulgare: Mn > Ni > Cu; в листьях проростков A. sativa: Mn > Cu > Ni. Ряд токсичности для каротиноидов в листьях проростков обоих видов: Ni > Mn > Cu. По степени токсического действия Cu каротиноиды располагаются в следующем порядке: -каротин > лютеин > виолоксантин.

4. У сортов, отличающихся по устойчивости к токсическому действию ТМ, время возникновения и степень проявления нарушений структуры клеток корня значительно различались. Установлено повышение МИ в корнях H. vulgare в присутствии повышенных доз Mn в среде.

5. При воздействием Ni в корнях наиболее чувствительным процессом морфогенеза по сравнению с ростом и дифференциацией оказывается пролиферация клеток в меристеме T. aestivum.

6. Основным механизмом прекращения пролиферации клеток меристемы в присутствии Ni является ингибирование перехода клеток к синтезу ДНК. Выход клеток в G1-фазе клеточного цикла является механизмом сохранения способности меристематических клеток к возобновлению пролиферации. В тканях, участвующих в инициации примордиев боковых корней, переход клеток к синтезу ДНК не подавляется.

15  СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ В РЕЦЕНЗИРУЕМЫХ ЖУРНАЛАХ 1. Демченко НП, Калимова И.Б, Демченко КН. Влияние никеля на рост, пролиферацию и дифференциацию клеток корневой системы проростков Triticum aestivum L. // Физиология Растений. 2005, Т.52, № 2, С. 250-258.

2. Демченко Н.П., Калимова И.Б. Динамика роста и деления клеток и структурные изменения в корнях пшеницы под воздействием высокой концентрации никеля // Физиология Растений, 2008, Т. 55, № 6, С.874-885.

3. Беляева А.И., Калимова И.Б. Металлоустойчивость двух видов рода Lupinus (Fabaceae) // Растительные ресурсы, 2008, вып. 4, С. 56-65.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ 4. Калимова И.Б., Алексеева-Попова Н.В. Влияние избытка никеля, меди, марганца на корневые меристемы Hordeum vulgare и Avena sativa // Труды международной конференции по анатомии и морфологии растений. С-Петербург, 1997, С. 261-262.

5. Alexeeva-Popova N.V, Beljaeva A.I., Drozdova I.V., Igoshina T.I., Kalimova I.B., Cataeva M.N.

Species of serpentine flora of Polar Ural – natural bioaccumulators of heavy metals. Fist Russian Setak symposium on risk assesment for environmental contamination. St. Petersburg, 1998, pp 4445.

6. Алексеева-Попова Н.В., Беляева А.И., Виролайнен А.В., Дроздова И.В., Игошина Т.И., Калимова И.Б. Сравнительная оценка токсичности никеля, меди и марганца для растений по физиологическим, цитологическим и оптическим характеристикам // Труды III Международной конференции по устойчивому развитию «Проблемы индустриальных регионов: менеджмент и экология». Запорожье, 1998, С. 78-81.

7. Беляева А.И., Игошина Т.И., Калимова И.Б. Некоторые физиологические характеристики проростков злаков при действии тяжёлых металлов // Труды II Съезда Русского Ботанического Общества «Проблемы ботаники на рубеже XX – XXI веков». С.-Петербург.

1998, Т. 1, С.149-150.

8. Калимова И.Б., Беляева А.И. Изменчивость химического состава растений в связи с устойчивостью к тяжёлым металлов // Материалы III Российской биогеохимической школы «Геохимическая экология и биогеохимическое изучение таксонов биосферы».

Горноалтайск, 2000, С. 263-364.

9. Алексеева-Попова Н.В., Калимова И.Б., Беляева А.И. Межвидовые различия устойчивости растений к стрессовым минерального питания // Материалы Всероссийской научной конференции, посвящённой 100-летию со дня рождения А.Д. Фурсаева. Саратов, 2000, С.

199.

10. Калимова И.Б. Сравнительные физиологические характеристики растений, отличающиеся по устойчивости к тяжёлым металлам // Материалы VII Молодёжной конференции ботаников. С.-Петербург, 2000, С. 199.

11. Алексеева-Попова Н.В., Беляева А.И., Калимова И.Б. Влияние тяжёлых металлов на ионный гомеостаз растений // Флористические и экологические исследования растительности природных зон. Саратов, 2000, С. 85-88.

12. Демченко НП, Калимова И.Б, Демченко КН, Влияние никеля на развитие корневой системы проростков пшеницы // Тезисы 2-ой Международной научной конференции «Регуляция роста, развития и продуктивности растений». Минск, 2001, С. 59-60.

13. Калимова И.Б, Демченко НП, Демченко КН,. Тканевая реакция корней проростков Triticum aestivum на действие избытка никеля в среде // Труды II Международной конференции по анатомии и морфологии растений. С.-Петербург, 2002, pp 283.

14. Demchenko N.P, Kalimova I.B, Demchenko K.N.. Nickel effects on root system development of Triticum aestivum L. seedlings: growth, cell proliferation, and differentiation, 6th International Symposium on Structure and Function of Roots - Plant Root Development and Adaptation to Stresses. Stara Lesna, Slovakia, 2003, pp 68.

16  15. Демченко Н.П., Калимова И.Б, Демченко К.Н. Влияние никеля на рост, пролиферацию и дифференциацию клеток корневой системы проростков Triticum aestivum L. // Тезисы докладов Международной конференции «Проблемы физиологии растений Севера».

Петрозаводск, 2004, С. 58.

Pages:     | 1 | 2 ||






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