Биологическое действие металлов группы железа и алюминия на некоторые виды культурных растений

Амосова, Наталья Владимировна

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Биологическое действие металлов группы железа и алюминия на некоторые виды культурных растений
ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Биологическое действие металлов группы железа и алюминия на некоторые виды культурных растений"

На правах рукописи

вН'

Амосова Наталья Владимировна

БИОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ МЕТАЛЛОВ ГРУППЫ ЖЕЛЕЗА И АЛЮМИНИЯ НА НЕКОТОРЫЕ ВИДЫ КУЛЬТУРНЫХ РАСТЕНИЙ

Специальность 03.00.16 - экология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Калуга 2005

2006-4

7502.

На правах рукописи

Амосова Наталья Владимировна

БИОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ МЕТАЛЛОВ ГРУППЫ ЖЕЛЕЗА И АЛЮМИНИЯ НА НЕКОТОРЫЕ ВИДЫ КУЛЬТУРНЫХ РАСТЕНИЙ

Специальность 03.00.16 - экология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

""'•'Калуга-2005

2 уте

Диссертация выполнена на кафедре биологии и экологии Обнинского государственного технического университета

Научные руководители: доктор биологических наук, профессор

Сынзыныс Борис Иванович

доктор биологических наук, Ульяненко Лилия Николаевна

Официальные оппоненты. доктор биологических наук,

профессор Чернова Галина Васильевна кандидат биологических наук, Соколова Лариса Александровна

Ведущая ор« апизация: Московский педагогический государственный университет

Зашита состоится: «¿4» ШиЛ _2005 г. в К часов на заседании диссертационного совета К. 212. 085. 01 в Калужском государственном педагогическом университете им. К.Э. Циолковского по адресу: 248023, г. Калуга, ул. Ст. Разина, д.26.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Калужского государственною педаюгического университета им. К.Э. Циолковскою

Автореферат разослан « 2В> 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат биологических наук

БИБЛИОТЕКА! ClltNftor> О» жДит/

А Б. Стрельцов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Тяжелые и другие металлы являются неотъемлемой частью биосферы. Некоторые из них необходимы как растениям, так и животным в относительно больших количествах (калий, кальций), другие востребованы живыми организмами в микроколичествах, но при этом жизненно необходимы (кобальт, цинк, железо, медь), а третьи даже в крайне малых концентрациях обладают высокой токсичностью (алюминий, кадмий, никель, свинец)

Увеличенное содержание тяжелых металлов (ТМ) в почве ведет к возрастанию их концентрации в растениях. Об этом свидетельствуют многочисленные факты, полученные при изучении ответных реакций действия ТМ на растительные организмы. Актуальность вопросов, связанных с изучением качества продукции растениеводства впопне объяснима, поскольку накопление ТМ в организме человека осуществляется в основном за счет потребления продуктов питания и в меньшей степени - ингаляционным путем. У растений в ходе эволюции и в течение жизни вырабатываются механизмы, приводящие к адаптации организма и снижению первоначальной чувствительности к изменению баланса химических элементов в окружающей среде (Пономарева, 1978; Ильин, 1997; Романов, Симцина, 2000).

Физиологические свойства, механизмы действия и токсичность металлов для живых организмов интенсивно изучаются. Наибольшее внимание исследователей до последнего времени было обращено на такую пару элементов, как цинк и кадмий, которые, обладая сходными физико-химическими свойствами, тем не менее находятся на противоположных полюсах своего биологического действия: цинк является необходимым элементом многих биологических структур и функций клеток (входя в активные центры 70-ти ферментов и реализуя сигнал транедукции в клетках), а кадмий - даже в малых концентрациях в окружающей среде очень токсичен для всего живого.

Не менее интересны для изучения элементы триады железа (железо, кобальт, никель), которые, характеризуясь одинаковыми химическими свойствами, в то же время, подобно цинку и кадмию, обладают различным влиянием на клетки и ткани растений и животных, железо крайне необходимо для животных и растений; кобальт являемся кофактором ферментов растений и входит в состав витаминов у животных, а никель, напротив, токсичен для растений и животных (Зигель, Зигель ,1980, Ба^о, Со1е, 1988, Оаггткоуа, Вакикоуэ, 1994)

Кроме этого, особое значение придается проблеме изучения токсичности металлов, в частности алюминия (Авцын и др., 1991: КосЫап, 1995; Яковлев, 2001; Сынзыныс и др., 2002). Токсичность

алюминия связана с многообразием его химических форм и миграционной способностью элемента в почвенной и водной средах (Орлов, 1994) Свободные ионы алюминия в токсических концентрациях наносят большой вред сельскохозяйственным растениям. Установлено, что при выпадении "кислотных дождей" токсичность алюминия повышается По мнению ученых, токсичность алюминия является главной причиной недобора урожая зерновых злаковых культур, возделываемых на кислых почвах, которые составляют около 40 % всех обрабатываемых земель (Foy. 1976; Климашевский, Чернышева, 1980; Kochian, 1995).

Для понимания механизмов токсического действия алюминия на всех уровнях организации растительных организмов важное значение имеет изучение механизмов ингибирующего действия этого металла на цшогенетическом уровне (Foy,1978; Климашевский, 1982, 1983; Freda, 1991, Буланова и др., 2002). В результате длительного воздействия на почву «кислотных осадков» происходят изменения рН почвенного раствора, что обуславливает изменения в содержании и распределении форм соединений не только алюминия, но и железа. При усилении кислотного воздействия избыток алюминия находится в растворе в виде иона А13+ или органо-минеральных комплексов в концентрации 0,5 мг/л, оказывая токсическое действие на корневые системы растений и микроорганизмы. Также возможно токсическое действие ионов железа, представленных в почвенном растворе (в концентрации» равной 0,3 мт/л) преимущественно органоминеральными соединениями (Орлов и др., 1994). Исходя из вышесказанного, возникает вопрос о вероятном комбинированном действии этих элементов на растения, поскольку взаимное влияние, например, тяжелых металлов может усиливать или уменьшать фитотоксическое действие на растения (Алексеев, 1987).

В почвенных растворах в условиях повышенной кислотности среди \iei атлов наиболее представлены железо и алюминий (коюрые по содержанию в верхних слоях литосферы занимают 3 и 4 места, соответственно, после кислорода и кремния). Присутствующие в почвенном растворе ионы алюминия, а также некоторые органические комплексы, в состав которых входит алюминий, токсичны для растений. Поэтому борьба с алюминиевой токсичностью - важнейшая практическая задача. Результаты изучения физиолого-биохимических и тенетических основ устойчивости растений к ионам алюминия расширят современное представление о токсическом действии металлов и позволят предложить приемы и методы борьбы с ионной токсичностью, а возможность идентифицировать наиболее устойчивые формы растений способны привести к созданию устойчивых к действию алюминия сортов культурных растений.

Следует отметить, чго сведения о комбинированном действии железа и алюминия на рас1ения различных видов в доступной литературе отсутствуют.

Целью нашей работы явилось изучение фито- и генотоксического действия ионов железа, кобальта, никеля и алюминия , в том числе при совместном присутствии в почвенном растворе железа и алюминия на растения традесканции и ячменя.

В задачи исследования входило:

• Определить фитотоксическое действие ионов металлов группы железа в зависимости от их концентрации по показателям морфофизиологического развития проростков ячменя и растяжения клеток колеоптилей пшеницы.

• Определить генотоксичность ионов железа, кобальта и никеля по показателям митотического индекса, частоты и спектра хромосомных аберраций.

• Выявить особенности комбинированного действия ионов железа и алюминия по морфометрическим показателям проростков ячменя и пшеницы.

• Определить чувсгвитсльность различных сортов ячменя к раздельному и комбинированному действию железа и алюминия

• Определить действие цитрата натрия на развитие токсических эффектов ионов алюминия у растений ячменя

Научная новизна исследований заключается в юм, что впервые

показано:

• изменение параметров морфофизиологического развития проростков ячменя в меньшей степени зависит от химических свойств элементов триады железа (железо, кобальт и никель), а определяется величиной концентрации ионов этих металлов в диапазоне концентраций от 1 до 100 ПДК;

• показатель прироста отрезков колеоптилей пшеницы при концентрации ионов Бе выше 0,3 мг/л (более 1 ПДК) существенно (р<0,05) отличается от величины показателя как в контроле, так и в вариантах действия солей кобальта и пикета в тех же концентрациях, что позволяет рассматривать данный тест в качестве биоиндикатора на присутствие повышенных концентраций ионов Ре в воде или почвенном растворе;

• ионы алюминия в концентрации 0,5 мг/,1 в клетках корневой меристемы ячменя вызывают образование всего спектра хромосомных аберраций; геномные, хромосомные и хроматидные;

• присутствие ионов железа совместно с ионами алюминия способствует снятию негативного влияния последнего, что наиболее выражено у чувствительных к действию алюминию сортов ячменя;

• при взаимодействии ионов алюминия с анионами лимонной кислоты процент гибельных для клеток геномных мутаций сводится к нулю.

Практическая значимость работы.

Выявленные в ходе диссертационного исследования закономерности раздельного и комбинированного действия алюминия и железа на растения могут быть использованы при решении проблем охраны окружающей среды и разработке методов биотестирования, выборе сортов зерновых злаковых культур для возделывания на кислых почвах, а также при выведении новых сортов кулыурных растений, устойчивых к воздействию химических токсикантов.

Полученные в диссертационной работе результаты позволили предложить биотест для оценки действия железа, кобальта и никеля: определение мутагенной активности в волосках тычиночных нитей традесканции может быть использовано для прогнозирования вошикновения морфологических аномалий под действием химических элементов в водной среде; изменение биометрических показателей проростков семян зерновых культур выявляют различные по устойчивости к алюминию сорта растений.

Положения, выносимые на защиту:

• Фито и генотоксическое действие ионов металлов определяется свойствами элементов и может быть идентифицировано с помощью методов биотестирования.

• Механизмы устойчивости ячменя к токсичносш алюминия сложны и находятся под генетическим контролем. По отклонению показателей морфометрического развития проростков семян ячменя и цитогенетическим тсстам можно распределить сорта ячменя на чувсгви1ельные и толерантные формы.

• Ионы железа способны снижать токсическое действие алюминия, при этом их модифицирующее влияние менее значимо, чем действие органических кислот.

Декларация личного участия автора. Основная работа над диссертацией проводилась на кафедре биологии и экологии Государственного технического университета атомной энергетики I Обнинска. Автор участвовал в разработке методоло! ических подходов и определении цели и задач исследований, постановке и выполнении экспериментальных работ; анализе и обсуждении полученных результатов: выявлении и описании основных закономерностей действия со'(ей металлов на растения, являющиеся основой для формулирования

выводов и заключения диссертации. Сбор экспериментального

материала проводился лично автором в течение 1996-2005 гг.

Апробация работы. Основные результаты работы были доложены на научных семинарах кафедры «Биология» Обнинского Государственного технического университета атомной энергетики; доложены и опубликованы в трудах межрегиональной научно-практической конференции «Опыт и проблемы экологического образования и воспитания», Пенза,1997; международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы экологии на рубеже третьего тысячелетия и пути их разрешения», Брянск, 1999; межрегиональной научно-практической конференции «Радиация и биосфера», Обнинск,2000; международной конференции «Экология и жизнь», Пенза, 2003; конференции Евросоюза по подземным водам в г. Штуттгарт, Германия, 2003г; 2-ой Международной геоэкологической конференции «Геоэкологические проблеммы загрязнения окружающей среды 1яжелыми металлами», Тула , 2004; международной научно-практической конференции «Наука сельскохозяйственного производства и образования», Смоленск, 2004; 2-ой Региональной научной конференции «Техногенные системы и экологический риск», Обнинск, 2005.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 работ, 3 из них в рецензируемых российских журналах.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, разделов материалов и методов, результатов и их обсуждения, заключения, выводов, списка литературы и приложения. Работа изложена на 111 страницах, включает 19 таблиц и 16 рисунков. Список литературы включает 182 источника, из них иностранных изданий 82.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Объекты исследования. Исследования проведены на представителях различных видов высших растений- ячмень яровой (Hordeum L.) сортов Восточный, Турынгия, Горинский, Hyp. Биос, Атаман, Аурига, Гетман, Бином, Ратник, Маргрет, Гонар, Перун, Зевс, Селлар; пшеница (Triticum L.) сорта Элит и традесканция (Tradescantia) -клон-02.

Методики. Для изучения фитотоксического действия ионов металлов использовали биотест - отрезки колеоптилей пшеницы - метод биотестирования, разработанный в НПО «Тайфун» (г. Обнинск), коюрый в настоящее время стандартизирован на государственном уровне (РД 52 18 344-93, 1993), а также определяли энергию прорастания семян ячменя и пшеницы. Энергию прорастания оценивали по количеству проросших семян в течение трех суток (ГОСТ 12038-84,- М.: 1991.)

Для изучения действия ионов железа, кобальта и никеля на растения традесканции, ячменя сорта Восточный и пшеницы сорта Элит использовали водные растворы солей: FeCl3 * 6Н20 (ч.д.а.), СоС12 * 6Н20 (ч.д.а) и NiCl2 * 6Н20 (ч.д.а.) в концентрациях 1, 5, 10, 50 и 100 ПДК (по Fe, Со и Ni для питьевой воды). Концентрацию действующих агентов выражали в долях ПДК для питьевой воды, принятой-в России (ГОСТ 2874-82): для Fe3+ , Со2+ и Ni2+ - соответс1венно 0,3; 0,1 и 0,1 mi/л. Для определения концентрации раствора солей с таким содержанием определенных ионов пересчитывали ПДК из мг/л в ммоль/л.

При исследовании комбинированного действия ионов железа и алюминия использовали растворы солей FeCl3-6HjO (х.ч.) и А1С13-6Н20 (х.ч.), концентрация ионов Fe3+ и А13+ составляла, соответственно 0,3 и 0,5 vn/л, водородный показатель (рН) был равен 5.

При изучении влияния органических кислот на токсическое действие алюминия мы использовали соль лимонной кислоты (цитрат натрня) в концентрации 20 мкМ (Ма, 2000).

Для проведения экспериментов с водными культурами традесканции (клон 02) используют как укоренившиеся, так и свежесрезанные черенки с бутонами. В наших экспериментах волоски тычинок в каждом раскрывшемся бутоне просматривали под микроскопом (увеличение в 300 раз) и регистрировали морфоло! ические аномалии (гигантские, карликовые клетки, разветвления и изгибы тычиночных нитей), потерю репродуктивной способности в волосках тычиночных нигей на основе общепринятых методик (Underdrink, 1973; lchikawa , 1978; Mcricle, 1967).

Цитогенетические эффекты оценивали по митотическому индексу, частоте аберрантных клеток, а также спектру хромосомных

аберраций семян проростков ячменя различных сортов, используя общепринятые методики (Паушева, 1980) В каждом препарате анализировали все ана-телофазные клетки и учитывали долю клеюк с аберрациями хромосом Анализ спектра аберраций проводили по классификации Бочкова Н.П , Демина Ю С (Бочков Н.ГТ. и др., 1970) с выделением хроматидных (одиночных) и хромосомных (двойных) фрагментов и мостов, а также геномных мутаций (отставания хромосом). Клетки со сложными, (неподдающимися распознаванию) аберрациями из анализа были исключены. Частоту аберрантных клеток (ЧАК) и повреждения различных типов (ЧАХ) рассчитывали по формулам.

ЧАК % = (количество аберрантных клеток / общее количество делящихся клеток) * 100%

ЧАХ % = (суммарное количество повреждений определенною типа / общее количество аберрантных клеток) * 100%

Коэффициент антагонизма рассчитывали по формуле: КА = S наблюдаемое / S ожидаемое = S наблюдаемое ! Sa + SB i де S наблюдаемое - показатель при совместном действии железа и алюминия;

SA - показатель при действии железа; SB - показатель при действии алюминия.

Статистическая обработка данных. На стадии обработки результатов использовали стандартные методы определения значений средней арифметической (х), ошибки средней арифметической (пах), коэффициента антагонизма, а также математические расчет построения графиков СУрбах ВЮ. 1964) и программные пакеты (Microsoft ® Excel *97*SR-2, Origin® 6.1.).

Достоверность различий оценивали по t- критерию Сгыодента. При оценке результатов статистически достоверным принимали уровень различий при р<0,05.

Полуширина доверительного интервала определялась при 95%-ном уровне надёжности, для которых коэффициент Стьюдента tan=2,8 при а=0,95, п=5 Результаты измерений представлены в виде значения а ± Да.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

В последнее десятилетие происходит значительное загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами (Мильчакова, Иванов, 2000). Известно также, что некоторые тяжелые металлы вызывают повреждение ДНК, и с этим может бьиь связана их мутагенная и канцерогенная активность. Вместе с гем, по другим сведениям (Зигель, 1980), если такая активность и существует, то она, скорее всего, носить опосредованный характер, что обусловлено возможностью переходных металлов индуцировать супероксидные радикалы согласно реакции Fentona (Aust,

Morehouse et al, 1985). В этом случае, как сами клетки, так и их геном подвергаются атаке продуктами этой реакции.

Оценка фитотоксического действия ионов железа, кобальта и никеля

Оценку фитотоксического действия ионов группы железа проводили по показателям, характеризующим рост и развитие растений

Морфометрические показатели развития проростков семян. Энергия прорастания семян является одним из показателей, но изменению которого можно судить о действии того или иного химического соединения на растительный организм. Показано, что при низком содержании (~ 1 ПДК) в воде железа (0,3 мг/л); никеля (0,1 мг/л) и кобальта (0,1 мг/л) ионы кобальта и никеля подавляли прорастание семян ячменя сорта Восточный, в то время как ионы железа способствовали повышению величины энергии прорастания. При увеличении концентрации до 50 ПДК различия в эффектах действия ионов всех трех элементов нивелировались и значения показателей энергии прорастания семян в опыте практически не отличались от контрольных величин (рис. 1).

ПДК ионов металлов

Рисунок 1. Энергия прорастания семян ячменя сорта Восточный при действии растворов, содержащих соли металлов в различных концентрациях

Анализ полученных результатов свидетельствует о том, что показатель энергии прорастания не можег служить информативным

тестом, на основании которого можно определить различия в действии солей железа, кобальта и никеля на растения ячменя в зависимости от концентрации ионов металлов в растворе, а также их химических свойств.

Изменение длины прироста отрезков колеогпилей пшеницы при действии железа кобальта и никеля.. Прирост дайны отрезков колеогпилей пшеницы при изменении среда их инкубации (дистиллированная вода или растворы солей тяжелых металлов) может служил, тестом, характеризующим действие стресс-фактора различной природы на растительные организмы (Сьшзыныс Б.И., Буланова Н.В, Козьмин Г.В., 2000). Следует ошетгаь, что отрезки колеогпилей ячменя оказались неудобным объектом для биотестирования, так как его колеогпили имеют сильно изогнутую форму, что крайне неудобно для измерения.

Установлено, что на отрезки колеоптилей пшеницы ионы Со2+ и №2+ в выбранном интервале концентраций не оказывали угнетающего воздействия (рис.2), а, напротив, отмечено удлинение колеоптилей пшеницы в опыте по сравнению с контролем (инкубация в дистиллированная вода; прирост отрезков в контроле составлял 4, 1 мм) Это свидетельствует о том. что ионы кобальта и никеля в данной концентрации обладают, в некоторой степени, стимулирующим влиянием на процессы растяжения клеток пшеницы. В то же время, при действии ионов железа в концентрации, начиная с 5 ПДК, прирост отрезков колеоптилей пшеницы подавлялся (рис.2).

• Контроль

5 55-

-■-Ре Со А N1

100

ПДК ионов металлов

Рисунок 2 Прирост отрезков колеоптилей проростков пшеницы сорта Элит при действии растворов, содержащих соли металлов в различных концентрациях

Таким образом, измерение прироста отрезков колеоптилей пшеницы при действии растворов солей железа является чувствительным 1естом, реагирующим на изменение концентраций ионов этого металла, способных оказывать негативное влияние на развитие растений.

Влияние ионов железа, кобальта и никеля на онтогенетические показатели у

растений ячменя

Наряду с действием металлов на развитие проростков растений, оценивали мутагенные эффекты солей металлов (БеС^бНгО, СаС]?*6Н20 и №С12*6Н20) в разных концентрациях. Показателем, характеризующим цитотоксическое действие физических или химических агентов, является митотический индекс - (МИ) - доля делящихся клеток в корневой меристеме. Показано, что соли никеля в наибольшей степени подавляли деление клеток проростков ячменя сорта Восточный: при концентрации 1 ПДК МИ достоверно уменьшался в 2 раза по сравнению с контролем (рис. 3). При увеличении концентрации растворов солей металлов до 100 ПДК наблюдалась устойчивая тенденция к уменьшению МИ (для солей никеля практически до 0).

ПДК ионов металлов

Рисунок 3. Митотический индекс корневой меристемы проростков ячменя сорта Восточный (%) при действии растворов, содержащих соли металлов в различных концентрациях

Таким образом, даже при относительно невысоких концентрациях ионы Ре + , Со2+ и 1ч'12+ оказывают цитотоксическое действие и являются генотоксическими веществами, действующими на веретено или аппарат деления клеток.

Возможным механизмом подавления деления клеток является образование различных структурных аберраций хромосом -хроматидных, хромосомных и геномных. При использовании анафазною метода было выявлено число аберрантных клеток в корневой меристеме проростков ячменя при обработке растворами РеС13 и СоС\2 в различных концентрациях. При действии ионов железа в концентрациях от 1-50 ПДК частота аберрантных клеток не отличалась от контрольного значения, однако в концентрации 100 ПДК - частота аберрантных клеток увеличивалась почти в 2 раз в по сравнению с контролем (табл.1). При увеличении концентрации ионов N1 до 50 ПДК число аберрантных клеток корневой меристемы ячменя достоверно возрастало, причем преобладали одиночные и двойные мосты. Отсутствие аберраншых клеток при действии никеля в концентрациях 50 и 100 ПДК объясняется низким значением митотического индекса. Можно предположить, чю подавление МИ и увеличение частоты аберрантных клеток корневой меристемы ячменя сорта Восточный при действии ионов 1Чг+ обусловлено, в основном, повреждением веретена деления. В таких условиях мишенями действия никеля становятся хромосомы, что и приводит к нарушению процессов, обеспечивающих нормальное деление клеток в зоне меристемы корней.

Таблица 1. Частота хромосомных нарушений в клетках корневой меристемы проростков ячменя сорта Восточный при действии растворов, содержащих соли металлов группы железа в различных концентрациях

Кониенграция ионов металлов, мг/л (ПДК) * Число просмотренных ана-телофашмх клеток Частота аберрантных клеток, % Частота нарушений, % Митотичес- кии индекс, %

отставание хромосом одиночные и двойные мосты

Контрочь (дисти пированная вода) 0 4220±168 0,40±0,1 0,28±0,03 0,12+0,05 7,9±1,5

Растворы солей железа

1,25(1) 509±65 0,39±0,02 0,19±0,02 0,19±0,02 7,20+0,20

6,25(5) 279+48 0,36±0.01 0 0,36±0,01 4,60±0,10*

12,50(10) 259+21 0,42±0,1 0 0,42±0,02 3,90±0,30*

62,68 (50) 207+34 0,48±0.2 0,48+0,1 0 3,20+0,20*

125,36(100) 133+19 0.75±0,01* 0,75±0.2 0 2,60+0,40^

Растворы со 1ей коба чьта

0,40(1) 1150±110 0,52±0.1 0,35±0,01 0,17±0,05 5,9(Н0 30

2,01 (5) 798+49 0,63+*0,01 0,37+0,01 0,25±0,04 3,30.г0,40"

4,02 10 491+38 0,40+0,1 0,20+0,1 0,20±0,01 2,50±0,10*

20,0850 473±24 0,63±0,2* 0,63±0,1 0 2,30±0,40*

40,16100 414±22 0.48+0,01 0,24*0,02 0,24+0,2 1,90± 1,70*

Растворы солей никет

0,40(1) 489+15 0,20±0,01 0,20±0,01 0 4,0±1,60*

2,03 (5) 239±14 1,25+0,1* 0 1,25±0,2 2,0+1,10*

4,07 (10) 269±9 3,84±0,3* 1,28+0,3 2,56+0,4 1,70+0,30*

20,34 (50) 78±5 0 0 0 0,70+0,05*

40,68 (100) 45±5 0 0 0 0,50±0,10*

р- - здесь и далее различия с данными контроля значимы при р'"0,05 " - ъ пересчете на соль

Цитогенегические изменения в кпегках традесканции при действии ионов железа, кобальта и никеля

Высокой чувствительностью к генотоксическому действию металлов обладает традесканция. В наших исследованиях традесканцию использовали для выявления морфологических аномалий и нарушения репродуктивной способности клеток под действием ионов железа, кобальта и никеля. Цитотоксическое действие ионов изучали, определяя морфологические аномалии в клетках волосков тычиночных нитей.

Отмечено отсутствие достоверных различий между величиной показателя частоты морфологических аномалий волосков тычиночных нитей традесканции после воздействия солей железа и кобальта в концентрации, соответствующей 1 ПДК и контролем (табл. 2), однако ионы никеля в концентрациях 1и 10 ПДК достоверно увеличивали частоту морфолог ических аномалий в 2 и в 3,5 раза. Соли Бе, Со и N1 вызывали нарушение репродуктивной способности клешк в волосках тычиночных нитей (репродуктивно полноценными являются те волоски тычиночных нитей, в которых количество клеток более 12 (Генетические критерии ..., 1990). Достоверное уменьшение репродуктивной способности клеток волосков тычиночных нитей (учитывались волоски с количеством клеток менее 12) наблюдалось после действия ионов Бе в концентрации 0,3 мг/л (соответствует 1 ПДК для питьевой воды), для Со - при 0,1 и 1,0 мг/л (1 и 10 ПДК соответственно), а для № - при 1 мг/л (10 ПДК) Эти данные позволяют сделать заключение, что все металлы этой группы обладают ь.итотоксическим действием.

Таблица 2. Оценка морфологических нарушений роста и деления клеток волосков тычиночных ни гей традесканции при действии растворов, содержащих соли металлов группы железа в различных концентрациях

Вариант Число просмотренных волосков Частота морфологических аномалий, % Доля волосков с количеством клеток <12, %

Конфоль 1258+44 0,4010,24 7,0±4,4

Fe(l ПДК) 2411+59 0,28+0,28 16,4+2,8*

Со (1 ПДК) 2371±61 0,12+0,02 11,0±2,2*

Ni (1 ПДК) 1915+67 0,7110,33 10,0+2,5

Fe С10 ПДК) 1496+32 1,0010,40 7,811,1

Со (10 ПДК) 1131+38 0,48+0,21 17,7+7,1*

Ni (10 ПДК) 1842145 1,5010,34 13,012,4*

* - здесь и далее различия с данными контроля значимы при р<0.05

Анализируя полученные в ходе исследований результаты, можно заключить, что: ионы Ре3+, Со2+и №2+в концентрациях, равных 1-50 ПДК не оказывали значимою влияния на энергию прорастания семян и биомассу трехсуточных проростков семян ячменя, однако изменяли величину показателей прироста отрезков колеоптилей пшеницы, МИ, частоту хромосомных аберраций в клетках корневой меристемы ячменя, а также репродуктивную способность клеток традесканции (табл. 3). В основе этих изменений лежит реакция Фентона, в результате которой при взаимодействии с ионами Ре3 образуются гидроперекисные радикалы

(Ре2+ + П202.....> Ре3+ + [Н202] Рс1+ + ОН* + ОН" ), которые, как известно,

способны вызывать аберрации хромосом и нарушение репродукции, а также уменьшение процесса растяжения клеток при росте растений и уменьшение числа делящихся клеток.

Таблица 3. Оценка фито- и генотоксического действия ионов металлов группы железа на растения различных видов

Показатель Fe" Со"+ Nf Контроль

Энергия прорастания семян ячменя, % 55,3±7,4 37,7±6,8 44,4+12,8 54,5± 11,2

Биомасса проростков ячменя, м! 67,7±7,5 77,8±7,4 86,7+10,9 88,5+6,2

Длина проростка ячменя, мм 21,1 ±3,0 18,4+1,1 21,9+3,5 24,4+2,7

Длина корешка проростка ячменя, мм 52,9±5,5 55,8±2,3 56,0+4,1 59,2+1,5

Прирост отрезков колеоптилей пшеницы, мм 2,9+0* 4,7±0,7 5,0+0,2 4,2+0,3

МИ клеток корневой меристемы ячменя, % 3 9+0,3* 2,5+0,1 * 1,7+0,3* 7,9+1,5

Частота аберрантных клеток корневой мсристемы ячменя, % 0,4±0.1 0.4±0,2 3,8+0,2 0,4+0 02

Частота морфологических аномалий волосков тычиночных нитей традесканции. % 1,0Í 0,4 0,4+0,21 0,5+0,3 0,4+0,2

Нарушение репродуктивной способности клеток традесканции, % 7,8±1,1 17,7+7,0* 13,0±2,4* 7,0+4,4

Примечание Приведены данные при использовании концентраций

солей металлов, соответствующих 10 ПДК для питьевой воды.

Таким образом, на основании полученных результатов можно сделать следующее заключение:

• показатель прироста отрезков колеоптилей пшеницы при концентрации ионов Fe выше 0,3 мг/л (более 1 ПДК) существенно (р<0,05) отличается от величины показателя как в контроле, так и в вариантах действия солей кобальта и никеля в тех же концентрациях, что позволяет рассматривать данный тест в качестве биоиндикатора на присутствие повышенных концентраций ионов Fe в воде или почвенном растворе;

• наиболее чувствительным биотестом (среди изученных) для определения генотоксического действия металлов группы железа в водной среде является митотический индекс клеток корневой меристемы проростков ячменя;

• ионы Fe, Со и Ni оказывают цитотоксическое действие на клетки волосков тычиночных нитей традесканции при концентрации соответственно 1, 10 и 100 ПДК.

Комбинированное действие ионов железа и алюминия на растения

Под влиянием ионов железа выявлена тенденция к повышению энергии прорастания семян ячменя сорта Турынгия (82,1%) по сравнению с контролем (78,8%). Напротив, в прису1ствии ионов Al3f и при комбинированном воздействии ионов этих элементов в концентрациях 0,3 и 0,5 мг/л (для железа и алюминия, что соответствует 1 ПДК), наблюдалось уменьшение энергии прорастания — соответственно до 50,8 (р<0,1 по сравнению с контролем) и 61,8 (рис.4).

контроль

FeCI3

AICI3

FeCI3+AICI3

Рисунок 4. Энергия прорастания (%) семян ячменя copia Турынгия при действии солей железа и алюминия в концентрациях 0,3 и 0,5 мг/л (1 ПДК )

В растворах хлоридов железа и алюминия величина МИ клеток корневой меристемы ячменя составляла соответственно 8,3 и 6,5 %, что достоверно (для ионов алюминия) отличалось от такового в контроле — 9,3 %, При комбинированном действии железа и алюминия МИ равнялся 7,7 %, что свидетельствует о конкурентном действии ионов этих элементов (рис.5).

Частота хромосомных аберраций в клетках меристемы корешков проростков ячменя под влиянием ионов А13+ возрастала в 2,5 раза; при действии ионов Fe3+ - оставалась на уровне контроля (рис.6).

>х

? 6 о

1 4

контроль

FeCI3

AICI3

FeCI3+AICI3

Рисунок 5. Митотический индекс (%) проростков ячменя сорта Турынгия при действии солей железа и алюминия в концентрациях 0,3 и 0,5 мг/л (1 ПДК соответственно)

Рисунок 6. Частота аберрантных клеток (%) корневой меристемы проростков ячменя сорта Турынгия при действии солей железа и алюминия в концентрациях 0,3 0,5 мг/л соответственно.

При комбинированном воздействии ионов Fe3+ и А13+ часто ia аберраций в клетках меристемы уменьшалась в 1,3 раза по сравнению с таковой в растворе, содержащем только ионы А13+.

Анализ спектра хромосомных аберраций в клетках корневой меристемы проростков ячменя сорта Турынгил в контроле свидетельствует о том, что 67 % приходится на долю хроматидных аберраций. При действии солсй железа наблюдается равное процентное соотношение хромосомных и хроматидных аберраций в клетках корневой меристемы проростков ячменя сорта Турынгил. Однако действие алюминия приводит к появлению геномных

мутаций, что является показателем определения токсичности ионов алюминия на проростки ячменя. Нами показано, что ионы алюминия индуцируют все типы структурных мутаций: геномные, хромосомные и хроматидные аберрации. При совместном действии солей железа и алюминия происходит достоверное снижение геномных мутаций с 17 % до 10 %, при этом основная доля аберраций приходится на хромосомные, которые составляют 62 % (рис.7). Повреждения хромосом клеток корневой меристемы проростков ячменя, вызванные действием алюминия, вероятно, не обусловлены прямыми эффектами на хроматин или ДНК растительных клеток, а связаны с повреждением или нарушением структуры мембраны клетки (Jones D.L., Kochian L.V., 1977)., на которых находятся сайты инициации репликации ДНК, или путем влияния на реализацию сигнала трансдукции в растительной клетке (Kochian L.V., 1995).

Рисунок 7. Спектр хромосомных аберраций корневой меристемы проростков ячменя сорта Турынгия

Полученные результаты свидетельствуют о том, что фитотоксическое действие ионов А13+ в присутствии ионов Ре3+ уменьшается. Можно предположить, что механизм этого феномена обусловлен несколькими факторами. Во-первых, в клетках корней ячменя при действии ионов Бе3*, возможно, индуцируется синтез белков, аналогичных трансферрину или лактоферрину у животных, которые могут связываться с ионами А13+, делая их неактивными и не влияющими на процессы деления клеток меристемы. Во-вторых, ионы Ре3+, вероятно, индуцируют образование в клетках органических кислот, которые связывают свободный алюминий, как в прикорневой зоне, так и межклеточном или внутриклеточном пространстве клеток корней ячменя (Сынзыныс Б.И., Николаева О.Н., Рухляда Н.Н., 2004). В-третьих, ионы Ре3+, проникая в клетки корней ячменя, могут индуцировать в них синтез белков - фитохелатинов, некоторые из которых так же, как и аналоги ферритина, связываются с ионами А13+, делая их функционально неактивными, подобно тому, как это наблюдается у растений, предварительно перед облучением подвергнутых действию ионов кадмия (Данилин И.А., Дикарев В.Г., Гераськин С.А., 2004). Вероятно, эти механизмы обеспечивают защиту растений от губительного действия ионов алюминия.

Чувствительность различных сортов ячменя к раздельному и

комбинированному действию ионов алюминия и железа

Оценка результатов анализа морфометрических и цитогенетических показателей разных сортов семян ячменя свидетельствует о том, что ионы железа в выбранной концентрации (0,3 мг/л - 1 ПДК) не оказывали существенного влияния на отклонение этих показателей от значений в контроле (табл. 4- 7).

Под действием ионов алюминия в концентрации 0,5 мг/л -1 ПДК (как при раздельном, так и совместном присутствии с ионами железа) отмечены различные по величине изменения, как энергии прорастания семян, так и МИ, и частоты хромосомных аберраций 2-х суточных проростков ячменя У сортов Биос, Ратник и Зевс величина показатетя энергии прорастания при проращивании ячменя в растворе А1 составляла в среднем 16,6 % , что в 4,8 раза меньше по сравнению с контрольными значениями (табл. 4, 6); а МИ - 2,9 %, что в 2,9 раза меньше по сравнению с контролем (табл. 5, 6). У сортов Горинский, Гетман. Мар1рет и Гонар изменения показателей были незначительные- в среднем энергия прорастания была в 1,6 раза меньше, чем контрольные значения, а МИ уменьшался в 1,2 раза.

Обращает на себя внимание, что у части сортов (Турынгил, Нур, Атаман, Аурига. Бином, Перун, Селлар) хотя и отмечались отклонения величины показателей энергии прорастания и МИ от их значений в контроле, но они не были столь значимыми, как для сортов Биос, Ратник и Зевс.

Таблица 4. Энергия прорастания (%) семян ячменя различных сортов

Сорт Варианты Коэфф антагониз

Контроль FeCl3 AlClj FeCb+AICl 3

Биос 78,2±3,6 83,8+5,2 16,8±3,5* 48,2+4,3« 0,48

Ратник 78,8+7,2 88,Ог6,3 17,0+5,8* 32,8+5,6« 0,31

Зевс 85,2+8,4 92,0±6,4 16,0+5,0* 47,4+12,0« 0,43

Горинский 90,4±3,3 87,8111,2 76,2+3,2* 80,0+3,3 0,49

Маргрет 89,2±7,7 91,4±7,5 77,2+4,2* 80,8±2,2 0,48

Гонар 89,2±6,7 90,2±6,4 72,4±3,3* 82,0+4,2« 0,50

Гетман 84,6±4,7 90,2±5,2 68,8±3,5* 73,4±3,8 0,46

Бином 90,6±12,7 90,0+3,3 41,8±16,1* 73,8±9,7« 0,55

Атаман 8б,6±4,1 89,0+2,2 45,2±8,0* 78,0±3,6« 0,60

Аурига 87,2+7,5 93,8+4,4 49,03:4,7* 68,2±3,3. 0,47

Турынгия 76,8±3,2 82,1 ±5,33 50,8±2,5* 61,8±2,8« 0,46

Перун 91,4+6,9 95,0+5,9 41,6+8,3* 69 4+4,6« 0.51

Нур 85,2±6,4 87,4+6,4 49,4+5,0* 75,6+5,8« 0,55

Селлар 86,4+8 3 91,0+7,7 45,0±6,3* 69,2+5 0« 0,50

Здесь и далее в таблицах различия значимы при р < 0,05: * - по сравнению с данными контроля; • - с данными варианта А1С13

Таблица 5. Митотический индекс (%) проростков семян ячменя различных сортов

Сорт Вариант Коэфф антагонизма

Контроль FeCl3 А1СЬ FeCh+AlCl

Биос 8,4±0,6 8,9л),7 3,0+0,3,0* 5,411,0. 0,45

Ратник 8,1+0,6 8,0+0,2 3,2±0 8* 5,110,2» 0,45

Зевс 8,9+0.3 8,3+0,9 2,7±0,5* 6,1г0,6» 0,55

Горинский 9,110,7 9,4+0,7 7,810,6* 8,110,4 0,47

Mapiper 8,4+1,1 9,310,8 8,210,7* 8,510,8 0,48

Гонар 9,110,2 8,710,5 6,2+0,3* 6,810,5 0,45

I етман 10,010,3 9,310,8 6,110,2* 7,210,3. 0,46

Бином 9,7+1,1 9,910,8 4,610,8* 6,7+0,6» 0,44

Атаман 9,510,6 9,1+0,6 5,710,8* 8,210,3« 0,55

Аурига 9,6+0,5 9,710,6 5,8±0,2* 8,1+0,2» 0,52

Турынгия 9,310,7 8,3+0,6 6,510,4* 7,7+0,4* 0,52

Перун 9,3+0,7 9,1+1,2 4,610,8* 710,7» 0,51

Hyp 9,811,1 10,010,9 5,510,5* 7.6+0,7» 0,50

Селлар 9,311,1 8,811,5 4,610,8* 6,910,7» 0,51

Таким образом, наши данные свидетельствуют о существовании генетического контроля над чувствительностью растений к действию алюминия.

Различия в чувствительности к раздельному и комбинированному действию железа и алюминия различных сортов ячменя Анализ полученных результатов позволил нам условно распределить все исследованные сорта ячменя на 3 группы: устойчивые к действию алюминия сорта - Горинский, Гетман, Маргрет, 1'онар с суммарным отклонением по двум значениям показателей (энергия прорастания и МИ) менее -60%; чувствительные - Биос, Ратник, Зевс, суммарное отклонение которых более -130%; а также сорта с промежуточными значениями параметров чувствительности (средние) -Турышил, Нур, Атаман, Аурига, Бином, Перун, Селлар, суммарное значение от -60% до -110% (табл. 6).

Присутствие в растворе для проращивания семян наряду с алюминием ионов железа способствовало снятию негативного влияния алюминия, особенно у чувствительных к алюминию сортов, чю отражалось в возрастании показателя энертии прорастания по сравнению с вариантом проращивания семян только в растворе алюминия (для этих сортов в среднем в 2,6 раза).

По уровню образования аберраций хромосом в клетках корневой меристемы ячменя присутс1вие ионов железа уменьшало общее число аберрантных клеток, обусловленных действием алюминия (табл. 7). Так, у чувствительных к действию алюминия сортов ячменя частота аберрантных клеток при действии хлорида алюминия была в 2 раза больше, чем у устойчивых, однако при комбинированном действии солей железа и алюминия частота аберрантных клеток достоверно уменьшалась, оставаясь значимо выше контрольного уровня (Биос, Ратник, Зевс). При этом следует отметить, что у устойчивых сортов Горинский, Маргрет и Гонар железо практически не снижало токсического действия алюминия но сумме отклонений митотического индекса (табл. 6).

Таблица 6. Отклонение значений показателей от их данных в контроле (%) при раздельном и комбинированном действии солей железа и алюминия

Сорта ячменя/показатель Энергия прорастания (1) Митотический индекс(2) Сумма отклонений показателей 1и 2

А1С13 FeCl3+ А1СЬ А1СЬ FeCl,+ AlCb А1СЬ FeCl3+ А1С13

Чувствительные Биос -78,6 -38,8 -64,2 -35,7 -142,8 -74,5

Ратник -78,4 -38,8 -60,4 -37,0 -138,8 -75,8

Зевс -81,2 -44,2 -69,6 -31,4 -150,8 -75,6

Устойчивые Горинский -15,7 -И,5 -14,2 -10,9 -29,9 -22,4

Маргрет -13,4 -9 4 -2,3 1,2 -15,7 -8,2

Гонар -18,8 -8,2 -31,8 -25,2 -50,6 -33,4

Гетман -18,6 -13.2 -39 0 -28,0 -57,6 -41,2

Средние Бином -53,8 -18,5 -52,5 -31,0 -106,3 -49,5

Атаман -47,8 -9,9 -40,0 -13,6 -87,8 -23,5

Аурига -43,8 -21,7 -39,5 -15,6 -83,3 -37,3

Турынгия -33,8 -19,5 -30.1 -17,2 -63,9 -36.7

Перун -54,4 -24,0 -50,5 -24,7 -104,9 -48,7

Hyp -42,0 -11,2 -43,8 -22,4 -98,5 -45,7

Селлар -48,0 -19,9 -50,5 -25,8 -85,8 -33,6

Примечание: (-) - снижение значений показателя по сравнению с контролем;

отклонения показателей в варианте РеСЦ колебались в пределах (-10,7) -(+11,6)%

Таблица 7 Частота аберрантных клеток корневой меристемы проростков ячменя, %

Сорта ячменя Варианты Коэффициент антагонизма

Контроль FeCb А1С13 FeCb+Al С13

Чувствительные 1,7±0,3 1,5+0,4 6,810,4* 4,110,7« 0,50

Биос

Ратник 1,810,3 1,9+0,2 7,310,5* 5,710,6« 0,61

Зевс 1,4+0,6 0,910,2 7,4±0,5* 3,2+0,4« 0,38

Устойчивые 0,7±0,3 0,9+0,2 1,8+0,3* 1,610,7 0 60

Горинский

Маргрет 1+0,3 1,1+0,2 2,3+0,6* 2.5+0,5 0,30

Гонар 1,2+0,2 1,1±0,4 2,910,1* 2,610,1 0,65

Гетман 0,7+0,4 0,7±0,5 3,410,3* 2,8+0,4 0,68

Средние 1,4+0,4 1,3+0,5 4,710,6* 3,1+0,3« 0,50

Бином

Нур 1,6±0,3 1,3+0,8 3,8±0,5* 2.210,3« 0,43

Аурига 1,6+0,6 1,510,4 4,6±0,8* 2,5+0,5« 0,40

Турынгия 2,6+0,2 2,8+0,1 5,210,2* 4,3+0,3« 0,53

Перун 1,210,8 1,3 ±0,5 4,610,6* 3,210,6« 0,54

Атаман 1,5+0,5 1,410,3 4,810,6* 2,1+0,7« 0.33

Се.игар 1,3+0,6 1,1+0,3 4,810,8* 3,2+0,7« 0,54

Механизм защитного действия железа сложен и можег быть связан как с происходящими биохимическими изменениями на клеточном уровне (например, синтез белков-фитохелатинов), гак и индуцированием иных механизмов защиты от действия токсикантов в растительных организмах Отмеченные нами сортовые различия к действию ионов алюминия и железа, по всей видимости, связаны с генетически детерминированными механизмами устойчивости растений к действию токсичных ионов (Климашевский Э J1, 1991). У устойчивых к алюминию сортов ячменя содержание его в протопластах корня можег быть низким, оставаясь высоким в тканях корня в целом. Существуют прямые доказательства поглощения алюминия - диффузия его через илазмалемму (Sampson M.D., Clarkson D.T., Davies D D , 1965) Проникая вовнутрь клетки, алюминий локализуется в наибольшей степени в ядре, причем в клеточных ядрах чувствительных сортов его в 2-3 раза больше, чем в

клетках толерантных сортов. Связывание алюминия с нуклеиновыми кислотами, в основном с ДНК, приводит к серьезным нарушениям функционирования растущих клеток корней. Установлено, что устойчивость к ионам алюминия у ячменя контролируется одним доминантным геном (Reíd D.A. , 1971). Это, с нашей точки зрения, еще раз свидетельствует в пользу существования приспособительных механизмов, позволяющих ослаблять влияние неблагоприятных факторов внешней среды на растительный организм.

Влияние цитрата натрия на развитие токсического действия металлов на растения ячменя

При определении содержания органических кислот в корнях и в прикорневой зоне выявлено, что у устойчивых к действию алюминия форм растений количество их значительно выше, чем у чувствительных видов (Э.Л. Климашевский, 1991; Сынзыныс Б.И., Николаева О.Н., Рухляда H.H., 2004) Механизм устойчивости растений к алюминию, по мнению Kochian (1995) и Taylor (1991), определяется внешними и внутренними способами его детоксикации: механизм внешней детоксикации ионов металлов в растительных организмах связан с задержкой алюминия в стенке корневой ячейки или в прикорневой зоне, а внутренней - с наличием в растениях органических кислот, способных образовывать комплексные соединения со свободным алюминием.

Установлено, что под влиянием ионов А13+ энергия прорастания семян чувствительного к действию алюминия сорта ячменя Биос уменьшалась до 17% и достоверно отличалась oí контрольных значений -79,3% (табл. 8). При одновременном присутствии в растворе для проращивания семян ионов железа и алюминия наблюдалось увеличение (по сравнению с вариантом, где присутствовал только алюминий) энергии прорастания семян до 48,6%, оставаясь достоверно ниже контроля. Однако присутствие соли лимонной кислоты одновременно с ионами алюминия способствовало значительному повышению энергии прорастания практически до контрольного уровня (70%). Добавление в раствор ионов железа (на фоне алюминия и анионов лимонной кислотой) практически не влияло на величину энергии прорастания семян ячменя, которая составляла 71,3%. В растворах хлоридов железа и алюминия митотический индекс клеток корневой меристемы ячменя составлял, соответственно 9,1 и 2,8 %, что для варианта с использованием алюминия достоверно отличалось от величины показателя в контроле — 9,1%. При комбинированном действии железа и алюминия на проростки семян ячменя сорта Биос (чувствительного к действию алюминия) МИ равнялся 5,2%, что может свидетельствовать о возможном конкурентном действии ионов этих элементов (табл.8.).

Присутствие в растворе соли лимонной кислоты совместно с ионами алюминия приводило к увеличению количества делящихся клеток, блаюдаря чему МИ достоверно увеличивался по сравнению с вариантом действия ионов алюминия (2,8%) и составлял 7,9%. Частота хромосомных аберраций в клетках корневой меристемы проростков ячменя при взаимном влиянии ионов А13+ и ионов железа уменьшалась до 15%, что достоверно отличается от варианта, где присутствовал только алюминий (37%), однако при взаимодействии ионов алюмния с анионами лимонной кислоты частота хромосомных аберраций уменьшалась в 3 раза, причем процент гибельных для клеток геномных мутаций сводился к нулю (рис.8).

Таблица 8. Морфометрические и цитогенетические показатели проростков ячменя сорта Биос____

Показатель Энергия Митотический Частота

прорастания, % индекс, % аберрантных клеток, %

Контроль 79,3±5,0 9,1 ±1,7 1,3±1.1

РеСЬ 86,0 ±6,4 9,1 ±0,6 1,6±0,8

АЮз 17,0±6,4* 2,8±1,1* 6,3±1,7*

РеСЬ+АКПз 48,6+6,7*. 5,2+0,5»* 3,5±0,8«*

А1С1,+цитрат N8 70,0+8.1» 7,9±0,4. 2,0±1,0«

РеС1,+А1С1,+ 71,3±5,6» 8,4+0,8« 1,6±0,7«

цитрат №

Рисунок 8. Типы хромосомных аберраций в клетках корневой меристемы проростков ячменя сорта Биос, обработанных хлоридами железа и алюминия, а также в присутствии цитрата натрия

выводы

1. Фитотоксическое проявление действия ионов металлов группы железа (железо, кобальт и никель) на проростки ячменя по показателям их морфофизиологического развития зависит от концентрации ионов металлов в диапазоне доз от 1 до 100 ПДК.

2. Повышенное (свыше 1 ПДК для питьевой воды) содержание ионов * железа в воде или почвенном растворе может быть определено с помощью методов биотестирования по изменению скорости прироста

отрезков колеоптилей пшеницы. При этом тест может ^

рассматриваться в качестве специфичного для железа, поскольку в присутствии солсй кобальта и никеля величина показателя не отличается от контрольных значений (дистиллированная вода).

3. Наиболее чувствительным биотестом для определения I енотоксического действия металлов группы железа в водной среде является митотический индекс клеток корневой меристемы проростков ячменя.

4. Установлены различия в проявлении фито- и генотоксического действия алюминия на проростки различных сортов ячменя. По степени изменения величин показателей у 14 сортов ячменя (энергия прорастания семян и митотический индекс) при действии солей алюминия их можно разделить на 3 группы - сорта с высокой чувствительностью к ионам алюминия, устойчивые сорта и сорта с промежуточными параметрами чувствительности.

5. Отмечена модификация развития биологических эффектов алюминия в присутствии ионов железа. Совместное с ионами алюминия нахождение в растворе ионов железа способствует снятию негативного влияния последнего, что наиболее выражено у чувствительных к действию алюминию сортов ячменя.

6. Органические кислоты (соли лимонной кислоты) способны снижать * токсическое действие алюминия, при этом их модифицирующее

влияние выше, чем эффективность действия ионов железа. На фоне присутствия в растворе солей алюминия анионов лимонной кислоты •

выявлено снижение частоты хромосомных аберраций в 3 раза, при полном подавлении развития процент гибельных для клеток геномных мутаций.

7. Закономерности раздельного и комбинированного действия алюминия и железа на растительные обьекты могут быть использованы при решении проблем охраны окружающей среды и разработке методов биотестирования, а также селекции устойчивых к токсичным металлам сортов культурных растений.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Амосова Н.В., Егорова Е.И., Сынзыныс Б.И., Козьмнн Г.В. Биомониторинг агробиоценозов городских экосистем в условиях комбинированного загрязнения агентами физической и химической природы // Тез. докл. науч. - практич. конф. «Опыт и проблемы экологического образования и воспитания», Пенза, 1997. С. 24-26.

2. Амосова Н.В., Тазина И.В., Сынзыныс Б.И. Определение фито- и генотоксичности металлов триады железа на растения ячменя и традесканции // Радиация и биосфера, Обнинск, 2000. С. 76-79.

3. Амосова Н.В., Тазина И.А., Сынзыныс Б И. Современные проблемы токсикологии никеля и подходы его биотестированию // Безопасность XXI века, Иркутск, 2001. С. 112-114.

4. Amosova N.V., Synsynys B.I., Latynova N.E. et al. Toxic aluminum and heavy metals in ground waters of European Russia: health and ecological risk assessment // Proceed of INCORE, 2003, Stuttgart, Germany. P. 1012.

5. Амосова H.B., Тазина И.А., Сынзыныс Б.И. Фито- и генотиксическое действие ионов железа, кобальта и никеля на физиологические показатели растений различных видов // С.- х. Биология, 2003. № 5. С. 49-54.

6. Амосова Н.В., Сынзыныс Б.И., Козьмин Г.В. Мутагенная активность переходных металлов и возможный механизм ее реализации при за1рязнении водоема-охладителя АЭС сбросными водами // Экология и жизнь, Пенза, 2003. С. 48-51.

7. Амосова Н.В., Сынзыныс Б.И. О комбинированном действии алюминия и железа на проростки ячменя // С.- х. Биология, 2004. №6. С. 56-61.

8. Амосова Н.В., Сынзыныс Б.И. Фитотоксическое действие алюминия и железа // Сб. Геоэкологические проблемы загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами, Тула, 2004. С. 94-96.

9. Амосова Н.В., Сынзыныс Б.И., Ульяненко Л.Н., Половая Е.А. Действие алюминия и железа на морфометрические показатели различных сортов ячменя // Тез. докл. междунар. конф. «Наука сельскохозяйственного производства и образования», Смоленск, 2004. С. 95-98.

10. Амосова Н.В. Ионы железа снижают токсическое действие алюминия // Тез. докл. 2 региональной конф. «Техногенные системы и экологический риск», Обнинск, 2005. С. 39-40.

11. Амосова Н.В., Сынзыныс Б.И., Ульяненко J1H. Чувствительность различных сортов ячменя к действию железа и алюминия // Доклады РАСХН, 2005 №5. С. 65-71.

«1228 2

РНБ Русский фонд

2006-4 7502

Отпечатано в типографии ООО "Оргтехпринт" 249030, г. Обнинск Калужской обл., Киевское шоссе, 59. Тел./факс (08439) 6-84-46

Тираж 100 экз.

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Амосова, Наталья Владимировна

С ВВЕДЕНИЕ.

1. ОСОБЕННОСТИ БИОЛОГИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ НА РАСТИТЕЛЬНЫЕ ОРГАНИЗМЫ.

1.1. Тяжелые металлы в естественных и искусственных экосистемах

1.2. Влияние закисления вод на распределение и поведение металлов.

1.3. Действие железа и алюминия на живые организмы.

1.3.1. Особенности биологического действия железа.

1.3.2. Роль железа в образовании свободных радикалов в биологических системах.

1.3.3. Особенности биологического действия алюминия.

1.3.4. Комбинированное действие ионов металлов на растения.

1.3.5. Генетическая детерминация устойчивости растений к действию ионов металлов.

1.4. Механизмы дотоксикации металлов при поступлении в растения

1.5. Обоснованность использования цитогенетических методов анализа для изучения эффектов тяжелых металлов на растительные объекты.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Биологическое действие металлов группы железа и алюминия на некоторые виды культурных растений"

Тяжелые и другие металлы являются неотъемлемой частью биосферы. Некоторые из них необходимы как растениям, так и животным в относительно больших количествах (калий, кальций), другие востребованы живыми организмами в микроколичествах, но при этом жизненно необходимы (кобальт, цинк, железо, медь). И, наконец, третья часть этих химических элементов даже в крайне малых концентрациях токсична для всего живого (алюминий, кадмий, никель, свинец). В настоящее время нет четкого определения понятия «тяжелые металлы». Например, алюминий относят к «тяжелым элементам», но многие авторы объединяют такие элементы в группу под общим названием «тяжелые токсичные металлы».

Увеличенное содержание тяжелых металлов (ТМ) в почве ведет к возрастанию их концентрации в растениях. Об этом свидетельствуют многочисленные факты, полученные при изучении ответных реакций действия ТМ на растительные организмы. Актуальность вопросов качества продукции растениеводства вполне объяснима, поскольку накопление тяжелых металлов в организме человека осуществляется в основном за счет потребления продуктов питания и в меньшей степени - ингаляционным путем. Среди пищевых продуктов одними из наиболее загрязненных являются продукты растительного происхождения. Следует отметить, что динамика развития реакций растений на химические стрессоры (избыток содержания микроэлементов) достаточно лабильна. Однако у растений в ходе эволюции и в течение жизни вырабатываются механизмы, приводящие к адаптации, обусловленной изменением чувствительности к нарушению баланса химических элементов в окружающей среде (Пономарева И.Н., 1978; Ильин В.Б., 1997, Романов Г.Г., Симцина С.Е., 2000).

Физиологические свойства, механизмы действия и токсичность металлов для живых организмов интенсивно изучаются. Наибольшее внимание исследователей до последнего времени было обращено на пару таких элементов, как цинк и кадмий, которые, обладая сходными физико-химическими свойствами, тем не менее находятся на противоположных полюсах своего биологического действия: цинк является необходимым элементом многих биологических структур и функций клеток (входя в активные центры 70-ти ферментов и реализуя сигнал трансдукции в клетках), а кадмий - даже в малых концентрациях в окружающей среде очень токсичен для всего живого.

Не менее интересны для изучения элементы триады железа (железо, кобальт, никель), которые, характеризуясь одинаковыми химическими свойствами, в то же время, подобно цинку и кадмию, обладают различным биологическим влиянием на клетки и ткани растений и животных: железо крайне необходимо (и в больших количествах) для животных и растений; кобальт является кофактором ферментов растений и входит в состав витаминов у животных, а никель, напротив, токсичен для растений и животных (Зигель X., Зигель А.,1980; Farago М.Е., Cole М., 1988; Gamzikova O.L., Barsukova B.S., 1994).

Кроме этого, особое внимание уделяется проблеме токсичности металлов, в частности алюминия (Авдонин Н.С., 1969; Kochian L.V., 1995; Сынзыныс Б.И. и др., 2002). Токсичность алюминия связана с многообразием химических форм, его миграционной способностью в почвенной и водной средах (Орлов Д.С., 1994). Свободные ионы алюминия в токсических концентрациях наносят большой вред сельскохозяйственным растениям. Установлено, что при выпадении "кислотных дождей" токсичность алюминия повышается. По мнению Э.Л. Климашевского и L.V. Kochian, токсичность алюминия является главной причиной недобора урожая зерновых злаковых культур, возделываемых на кислых почвах, которые составляют около 40 % всех обрабатываемых земель (Климашевский Э.Л., Чернышева Н.Ф., 1980; Kochian L.V., 1995). Для понимания механизмов токсического действия алюминия на всех уровнях организации растительных организмов важное значение имеет изучение механизмов ингибирующего действия этого металла на цитогенетическом уровне (Foy C.D. ,1978; Климашевский Э.Л, 1982, 1983; Freda J., 1991; Буланова Н.В. и др., 2002). В результате длительного воздействия на почву «кислотных осадков» происходят изменения рН почвенного раствора, что обуславливает изменения в содержании и распределении форм соединений не только алюминия, но и железа. При усилении кислотного воздействия избыток алюминия находится в растворе в виде иона А13+ или органо-минеральных комплексов в концентрации 0,5 мг/л, оказывая токсическое действие на корневые системы растений и микроорганизмы. Возможное токсическое действие ионов железа, представленных в почвенном растворе (в концентрации, равной 0,3 мг/л) преимущественно органоминеральными соединениями, в результате этих процессов также может повышается (Орлов Д.С.и др., 1994). Исходя из выше сказанного, возникает вопрос о вероятном комбинированном действии этих элементов на растения. Взаимное влияние тяжелых металлов может усиливать или уменьшать их действие на растения (Алексеев Ю.В., 1987).

В современных условиях агроэкосистемы в наибольшей степени подвергаются негативному антропогенному воздействию. В ряду отрицательных факторов, усиливающих агроэкологическое неблагополучие, особое место занимает загрязнение почв токсикантами различной природы. При этом присущие техногенным биоценозам сообщества живых организмов характеризуются изменчивостью структуры, слабой устойчивостью, случайным составом видов и неспособностью к воспроизводству (Моторина JI.B., Овчинников Н.С., 1975; Колесников Б.Г., Моторина JI.B., 1978). Загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами может стать фактором, увеличивающим мутагенную нагрузку в популяциях растений, животных и человека, а также модификатором действия других мутагенных факторов (Лекаявичюс Р.Б., 1983).

При техногенном загрязнении территорий проблема чувствительности растений к биотическим и абиотическим факторам приобретает особое значение, поскольку непосредственно связана с устойчивостью агроэкосистем. Известно, что присутствие в почве тяжелых металлов в высоких концентрациях отрицательно влияет на физиолого-биохимические реакции растений, что в конечном итоге приводит к потере урожая. Наряду с этим, изменение биохимического статуса растительных организмов способно опосредованно влиять на состояние других компонентов ценоза, изменяя отношение хозяин-паразит.

Возрастающее влияние антропогенных загрязнителей на агроэкосистемы предполагает необходимость изучения состояния и оценки устойчивости наиболее значимых компонентов ценоза и поиска приемов сохранения их стабильности.

В почвенных растворах в условиях повышенной кислотности среди металлов наиболее представлены железо и алюминий (которые по содержанию в верхних слоях литосферы занимают 3 и 4 места, соответственно, после кислорода и кремния). Присутствующие в почвенном растворе ионы алюминия, а также некоторые органические комплексы, в состав которых входит алюминий, токсичны для растений. Поэтому борьба с алюминиевой токсичностью - важнейшая практическая задача. Результаты изучения физиолого-биохимических и генетических основ устойчивости растений к ионам алюминия расширят современное представление о токсическом действии металлов и позволят предложить приемы и методы борьбы с ионной токсичностью, а возможность идентифицировать наиболее устойчивые формы растений - способны привести к создания устойчивых сортов культурных растений.

Следует отметить, что сведения о комбинированном действии железа и алюминия на растения различных видов в доступной литературе отсутствуют.

Целью нашей работы явилось изучение фито- и генотоксического действия ионов железа, кобальта, никеля и алюминия, в том числе при совместном присутствии в почвенном растворе железа и алюминия на растения традесканции и ячменя.

В задачи исследования входило:

1. Определить фитотоксическое действие ионов металлов группы железа в зависимости от их концентрации по показателям морфофизиологического развития проростков ячменя и растяжения клеток колеоптилей пшеницы.

2. Определить генотоксичность ионов железа, кобальта и никеля по показателям митотического индекса, частоты и спектра хромосомных аберраций.

3. Выявить особенности комбинированного действия ионов железа и алюминия по морфометрическим показателям проростков ячменя и пшеницы.

4. Определить чувствительность различных сортов ячменя к раздельному и комбинированному действию железа и алюминия.

5. Оценить модифицирующее влияние цитрата натрия на развитие токсических эффектов ионов алюминия и железа у растений ячменя.

В качестве объектов исследования в данной работе использовались высшие растения: ячмень (Hordeum L.), пшеница (Triticum L.), традесканция — клон-02 (Tradescantia). Данный выбор не случаен и обусловлен несколькими причинами: во-первых, растения по уровню своей биологической организации находятся на достаточно высокой ступени эволюционной лестницы, и этим приближаются к животным. В частности, также как и у животных и человека у растений функционирует система детоксификации тяжелых металлов с помощью фитохелатинов - аналогов металлотионеинов у животных (Grill Е.,

1987). Во-вторых, для растений очень хорошо разработаны методы определения всевозможных генетических нарушений (С.А. Гераськин и др., 1996). Для определения соматических мутаций, а также морфологических аномалий и нарушения репродуктивной способности клеток идеальным объектом является традесканция клон-02 (А.Х. Сперроу, 1975). В-третьих, традесканция, проростки ячменя и пшеницы являются доступными объектами для круглогодичного наблюдения в лаборатории.

Научная новизна исследований заключается в том, что впервые показано:

• ионы алюминия в концентрации 0,5 мг/л в клетках корневой меристемы ячменя вызывают образование всего спектра хромосомных аберраций: геномных, хромосомных и хроматидных;

Практическая значимость работы.

Выявленные в ходе диссертационного исследования закономерности раздельного и комбинированного действия алюминия и железа на растения могут быть использованы при решении проблем охраны окружающей среды и разработке методов биотестирования, выборе сортов зерновых злаковых культур для возделывания на кислых почвах, а также при выведении новых сортов культурных растений, устойчивых к воздействию химических токсикантов.

Полученные в диссертационной работе результаты позволили предложить биотест для разносторонней оценки генетического действия железа, кобальта и никеля: определение мутагенной активности в волосках тычиночных нитей традесканции может быть использовано для прогнозирования возникновения морфологических аномалий под действием химических мутагенов в водной среде; изменение биометрических показателей проростков семян зерновых культур коррелируют с устойчивостью к алюминию различных сортов растений.

Положения, выносимые на защиту:

• Фито- и генотоксическое действие ионов металлов группы железа не определяется химическими свойствами элементов и может быть идентифицировано с помощью методов биотестирования.

• Механизмы устойчивости ячменя к токсичности алюминия сложны и находятся под генетическим контролем. По отклонению показателей морфометрического развития проростков семян ячменя и цитогенетическим тестам можно распределить сорта ячменя на чувствительные и толерантные формы.

• Ионы железа способны снижать токсическое действие алюминия, при этом их модифицирующее влияние ниже, чем действие органических кислот.

Декларация личного участия автора. Основная работа над диссертацией проводилась на кафедрах биологии и экологии Государственного технического Университета города Обнинска. Автор участвовал в постановке и выполнении цели и задач исследований, в анализе и обсуждении результатов, формулировании выводов и заключения. Сбор материала проводился лично автором в течение 1996-2005 гг.

Апробация работы. Основные результаты работы были доложены и опубликованы на научных семинарах кафедры «Биология» Обнинского Государственного технического университета атомной энергетики; на межрегиональной научно-практической конференции «Опыт и проблемы экологического образования и воспитания», Пенза, 1997; на международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы экологии на рубеже третьего тысячелетия и пути их разрешения», Брянск,1999; на межрегиональной научно-практической конференции «Радиация и биосфера», Обнинск,2000; на международной конференции «Экология и жизнь», Пенза, 2003; на конференции Евросоюза по подземным водам в г.Штуттгарт, Германия, 2003г; на 2-ой Международной геоэкологической конференции «Геоэкологические проблеммы загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами», Тула , 2004 ; на международной научно-практической конференции «Наука сельскохозяйственного производства и образования», Смоленск, 2004; на 2-ой региональной конференции «Техногенные системы и экологический риск», Обнинск, 2005.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 работ, 3 из них в рецензируемых российских журналах.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, разделов материалов и методов, результатов и их обсуждения, заключения, выводов, списка литературы и приложения. Работа изложена на 111 страницах, включает 19 таблиц и 16 рисунков. Список литературы состоит из 182 источников, из них иностранных изданий 81.

Заключение Диссертация по теме "Экология", Амосова, Наталья Владимировна

ВЫВОДЫ

2. Повышенное (свыше 1 ПДК для питьевой воды) содержание ионов железа в воде или почвенном растворе может быть определено с помощью методов биотестирования по изменению скорости прироста отрезков колеоптилей пшеницы. При этом тест может рассматриваться в качестве специфичного для железа, поскольку в присутствии солей кобальта и никеля величина показателя не отличается от контрольных значений (дистиллированная вода).

3. Наиболее чувствительным биотестом для определения генотоксического действия металлов группы железа в водной среде является митотический индекс клеток корневой меристемы проростков ячменя.

6. Органические кислоты (соли лимонной кислоты) способны снижать токсическое действие алюминия, при этом их модифицирующее влияние выше, чем эффективность действия ионов железа. На фоне присутствия в растворе солей алюминия анионов лимонной кислоты выявлено снижение частоты хромосомных аберраций в 3 раза, при полном подавлении развития процент гибельных для клеток геномных мутаций.

7. Закономерности раздельного и комбинированного действия алюминия и железа на растительные объекты могут быть использованы при решении проблем охраны окружающей среды и разработке методов биотестирования, а также селекции устойчивых к токсичным металлам сортов культурных растений.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В решении проблем токсичности металлов значительные успехи были достигнуты советскими учеными в 60-80-х годах 20 века. Закономерности, выявленные Э.Л. Климашевским и его соратниками, связанные с реакцией растений гороха и кукурузы на действие ионов водорода и алюминия (Климашевский Э.Л. и др., 1972; Климашевский Э.Л., 1982; Дедов В.М., 1974; Буланова Н.В. и др., 2001; Clarksaon D.T., 1969; Foy C.D., 1967; Freda J., 1991) значительно позже были установлены американскими, японскими и австралийскими агроэкологами. Как и предполагал Климашевский Э.Л., устойчивость растений к действию алюминия действительно находится под генетическим контролем и, вероятно, контролируется целым семейством генов, из которых на сегодняшний день идентифицирован пока один - Alt (aluminum tolerant).

При выяснении механизмов действия алюминия на растения, возделываемые в условиях повышенной кислотности почв, мы обратили внимание на то, что в почвенном растворе, с которым непосредственно контактирует корневая система растительных организмов в процессе роста и развития, находятся не только ионы водорода и алюминия, но и ионы других металлов (в частности железа), и их присутствие способно модифицировать развитие токсических реакций. Придерживаясь мнения ученых о генетически детерминированной устойчивости растений к действию ионов металлов, мы полагали, что для различных видов и сортов растений характерен свой генетически обусловленный уровень устойчивости (или чувствительности) к алюминию, поэтому в качестве объектов исследования были выбраны несколько сортов ячменя (14 сортов), пшеницы и традесканция - клон — 02 (чувствительный к действию ионизирующей радиации и химических агентов).

Изучено фитотоксическое действие железа на растительные организмы, второго после алюминия по содержанию в почвенном растворе элемента содержание ионов железа в почве составляет 4,4 %, алюминия - 8,8 %). Изучая действие ионов железа, параллельно было определено действие на разные виды растений и других металлов (ионов кобальта и никеля), которые по своим химическим свойствам схожи с железом, так как находятся в одной подгруппе периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева. Действие этих элементов достаточно хорошо изучено на животных и даже человеке, но в значительно меньшей степени для растений.

Установлено, что, несмотря на свое химическое родство, эти элементы по-разному действуют на растения. Железо подавляет процесс растяжения клеток проростков пшеницы, но не вызывает генетических изменений в них, кобальт в малых концентрациях стимулирует развитие проростков ячменя, а никель обладает выраженным мутагенным действием, вызывая хромосомные аберрации в клетках корневой меристемы проростков ячменя, практически не влияя на морфометрические характеристики проростков. Из этой триады химических элементов для дальнейших исследований было выбрано железо, которое в достаточно больших концентрациях присутствует в кислой почве (до 0,3 мг/л почвенного раствора) и по своему содержанию уступает только алюминию, которого в кислом почвенном растворе содержится до 0,5 мг/л.

Ранее было установлено токсическое и генотоксическое проявление действия алюминия на растения пшеницы (Сынзыныс, Буланова, Козьмиин, 2001; Буланова, Сынзыныс, Козьмин, 2000), которое в данной работе было подтверждено и на растениях ячменя и традесканции. Нами показано, что токсическое и генотоксическое действие алюминия является сорт-специфичным. Даже из выбранного нами ограниченного числа сортов ячменя только около одной трети были очень чувствительными к действию ионов алюминия; часть сортов обладала высокой устойчивостью (на которые алюминий влиял незначительно), а часть - по чувствительности оказалась с промежуточными по величине значениями. Выявленное распределение изначально предполагало, что чувствительность к действию алюминия носит генетический плейотропный характер и контролируется не только геном Alt. Выявить эту плейотропность можно было, обрабатывая растения агентами, которые могли стимулировать экспрессию других «экологически» важных генов. Действительно, одновременная обработка проростков ячменя ионами железа и алюминия, позволила не только значительно снизить фитотоксическое проявления эффектов алюминия (определяемое по величине интенсивности прироста отрезков колеоптилей пшеницы), но и его генотоксическое действие, регистрируемое, как по показателю частоты аберрантных клеток (снижение), так и по изменению спектра аберраций (уменьшение числа наиболее губительных для клеток аберраций геномного типа). При этом присутствие в растворе ионов железа не приводило к химическому осаждению соединений алюминия, а уменьшало биологическое действие алюминия на растительные организмы на уровне метаболических реакций, выраженное появление которых фиксировали у чувствительных к действию алюминия сортов ячменя.

Затрагивая молекулярные аспекты установленного нами антагонистического взаимодействия ионов железа и алюминия, можно предположить, что действие железа приводит к увеличению экспрессии генов, контролирующий повышенный синтез в клетках апикальной меристемы белков, подобных лактоферрину или трансферрину. Эти белки в клетках млекопитающих и растений способны инактивировать действие токсичных ионов алюминия (Moshtaghie A.A., Skillen A.W., 1986; Phytoferritin, 1987; Vrkieij J.A.C., SchatH., 1990).

О плейотропности генетической природы толерантности растений к алюминию, указывают и экспериментальные результаты нашей работы. Так, одновременное добавление с ионами железа и алюминия ионов цитрата натрия почти полностью снимает токсическое действие алюминия на проростки чувствительных к нему сортов ячменя, что свидетельствует о превалирующей роли гена толерантности Alt в формировании устойчивости растений к алюминию. В настоящее время в транснациональной корпорации CSIRO австралийскими и японскими учеными установлено, что продуктом гена Alt является белок, осуществляющий функцию «шаперона» (поводыря). Этот белок в ответ на действие алюминия в клетках корневой меристемы проростков растений осуществляет перенос органических кислот из корней в прикорневую зону. Для растений пшеницы, в основном, яблочной, а для ячменя - еще и лимонной кислот, которые, в свою очередь, связывают и делают неактивным ион Al3+ (Ryan P.R., Dong Beu, Watt M et al., 2003).

Таким образом, полученные нами результаты указывают на существование и активное функционирование у растений, так называемых, экологических генов, основной функцией которых является защита клеток, в частности от действия токсичных металлов.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Амосова, Наталья Владимировна, Калуга

1. Авдонин Н.С. Повышение плодородия кислых почв. М.: Колос, 1969, 303 с.

2. Алексеев Ю.В. Тяжелые металлы в почвах и растениях. — Л.: Агропромиздат, ЛО, 1987. С. 142.

3. Алексеева-Попова Н.В. Клеточно-молекулярные механизмы металлоустойчивости растений // Устойчивость к тяжелым металлам дикорастущих видов. Л.: Ботан. Ин-т им. В.П. Комарова. 1991. С. 5-15.

4. Алов И.А. Цитофизиология и патология митоза. М.: Медицина, 1972. 264с.

5. Амосова Н.В., Сынзыныс Б.И. О комбинированном действии алюминия и железа на проростки ячменя и пшеницы // С. х. Биология, 2005. №1. С.46-49.

6. Амосова Н.В., Тазина И.В., Сынзыныс Б.И. Фито- и генотоксическое действие ионов железа , кобальта и никеля на физиологические показатели растений разных видов // С. х. Биология, 2003. №5. С.45-54.

7. Амосова Н.В., Сынзыныс Б.И. Фитотоксическое действие алюминия и железа // Тезисы докладов на 2-ой Международной геоэкологической конф. «Геоэкологические проблеммы загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами» Тула, 2004. С. 157-159.

8. Амосова Н.В., Сынзыныс Б.И., Ульяненко Л.Н., Половая Е.А. Чувствительность различных сортов ячменя к действию алюминия и железа // Наука сельскохозяйственного производства и образования. Смоленск. 2004. С. 6-8.

9. Березовский К.К., Климашевский Э.Л. Ассимиляция азота растениями, различно чувствительных к алюминию // Сибирск. Вестн. с.-х. Науки. 1975. №4. С.22.

10. Ю.Беспятых С. Агроэкологический мониторинг в интенсивном земледелии. Химизация сельского хозяйства. 1991. № 7. С. 107-110.

11. Большой практикум по физиологии растений под ред. проф. Рубина Б.А., М.: «Высшая школа», 1978. 408 с.

12. Бочков Н.П., Демин Ю.С., Лучник Н.В. Классификация и методы учета хромосомных аберраций в соматических клетках // Генетика. 1972. Т. 8. №5. С. 134-141.

13. Буланова Н.В., Сынзыныс Б.И., Козьмин Г.В. Алюминий индуцирует аберрации хромосом в клетках корневой меристемы пшеницы // Генетика. 2001. Т. 37. №12. С. 1725-1728.

14. М.Венецкий С.И. Рассказы о металлах. М., Металлургия, 1993.

15. Владимиров Ю.А. Свободные радикалы в биологических системах // Соровский образовательный журнал. 2000 г. Т.6. №12. С. 16-19.

16. Владимиров Ю.А., Азизова О.А., Деев А.И. Свободные радикалы в живых системах // Итоги науки и техники. Биофизика. 1992. Т.29. С.3-250.

17. П.Владимиров Ю.А., Арчаков А.И. Пересиксное окисление липидов в биологических мембранах. М.: Наука, 1972. 320 с.

18. Галиулина Р.А. Извлечение растениями тяжелых металлов из почвы и водной среды// Агрохимия. 2003. №12. С. 60-68.

19. Ганжа Б.А. К вопросу о действии алюминия на растения // Почвоведение. 1941. №1. С. 22.

20. Гарина К.П. Ячмень как возможный объект для цитогенетических исследований при изучении мутагенности факторов окружающей среды / Генетические критерии загрязнения окружающей среды под ред. Н.П. Дубинина. М., 1983. С. 13-24.

21. Гераськин С.А., Дикарев В.Г., Удалова А.А., Дикарева Н.С. Влияние комбинированного действия ионизирующего излучения и солей тяжелых металлов на частоту хромосомных аберраций в листовой меристеме ярового ячменя // Генетика. 1996. Т. 32. №2. С. 279-288.

22. Гутиева Н.М. Влияние тяжелых металлов Zn, Mn, Ni на урожай и качество ячменя (вегетационный опыт) // Биология почв ин-та им. В.В.Докучаева. М., 1985. Вып.37. - С. 12-15.

23. Данилин И.А., Дикарев В.Г., Гераськин С.А. Гамма-излучение увеличивает синтез фитохелатинов в проростках ярового ячменя // Радиационная биология. Радиоэкология. 2004. Т. 44. № 1. С. 91-94.

24. Дедов В.М. Влияние ионов алюминия на скорость роста корней гороха / Сорт и удобрение. Иркутск. 1974. С. 235.

25. Диви Э. Круговорот минеральных веществ / Биосфера. М.: Мир, 1972. С.120.

26. Довгалюк А.И., Калиняк Т.Б., Блюм Я.Г. Оценка фито- и цитотоксической активности соединений тяжелых металлов и алюминия с помощью корневой апикальной меристемы лука // Цитология и генетика. 2001а. Т. 1. С. 3-9.

27. Довгалюк А.И., Калиняк Т.Б., Блюм Я.Г. Цитогенетические эффекты солей тяжелых металлов на клетки апикальной меристемы проростков Allium сера L. //Цитология и генетика. 20016. Т. 2. С. 3-10.

28. Дубинин Н.П., Пашин Ю.В. Мутагенез и окружающая среда. М.: Наука, 1978. 130 с.

29. Дубинин Н.П. Потенциальные изменения ДНК и мутации. Молекулярная цитогенетика. М.: Наука, 1978. 242 с.

30. О.Евсеева Т.И., Зайнулин В.Г. Исследование мутагенной активности атмосферного воздуха и снежного покрова г. Сыктывкара по тесту соматических мутаций в волосках тычинок традесканции (клон 02) // Экология. 2000. №5. С.343-348.

31. Журбицкий З.И. Физиологические и агрохимические основы применения удобрений. М.: Изд. АН СССР, 1963. 427 с.32.3агрязнение атмосферы и почвы / Под ред. Тулупова П.Е. М.: Московское отделение гидрометеоиздата. 1991. С. 47.

32. Иванов В.Б., Быстрова Е.И., Серегин И.В. Сравнение влияния тяжелых металлов на рост корня в связи с проблемой специфичности и избирательности их действия // Физиология растений 2003. Т.50. С.445-454.

33. Ильин В.Б. Буферные свойства почв и допустимый уровень ее загрязнения тяжелыми металлами // Агрохимия. 1997. №11. С. 65-70.

34. Ильин В.Б. Тяжелые металлы в системе почва-растение. — Новосибирск.: Наука, СО, 1991. 151 с.

35. Ильин В.Б. Фоновое содержание кадмия в почвах Западной Сибири // Агрохимия. 1993. №5. С. 103-108.

36. Ильин В.Б., Степанова М.Е. Распределение свинца и кадмия в растениях пшеницы, произрастающей на загрязненных почвах // Агрохимия. 1980. №5. С. 114-120.

37. Кабата-Пендиас А., Пендиас X. Микроэлементы в почвах и растениях. — М.: Мир, 1989. С. 191-201.

38. Климашевский Э.Л. Влияние реакции среды на развитие и рост кукурузы // Растениеводство. Свердловск. 1960. Т.2. С. 125.

39. Климашевский Э.Л. Генетический аспект минерального питания растений М.: Агропромиздат. 1991. 415 с.

40. Климашевский Э.Л. Почвенная кислотность — генотип задачи селекции // Вестник с. - х. Науки. 1983. №4. С.16.

41. Климашевский Э.Л. Проблеммы генотипической специфики корневого питания растений / Сорт и удобрение. Иркутск,. 1974. С.11.

42. Климашевский Э.Л. Устойчивость растений к кислотности среды и химическая мелиорация почв // Докл. ВАСХНИЛ. 1982. №4. С.2.

43. Климашевский Э.Л. Физиологические особенности питания различных сортов кукурузы. М.: Наука. 1966. С.152.

44. Климашевский ЭЛ., Дедов В.М. О локализации механизма ингибирующего рост действия алюминия в растягивающихся клеточных стенках // Физиология растений. 1975. Вып.6. С. 1183-1190.

45. Климашевский ЭЛ., Маркова Ю.А., Малышева А.С. Генотипическая специфика поглощения и локализации алюминия растениями гороха // Докл. АН СССР. 1972. Т.203. №3. С.711.

46. Климашевский Э.Л., Чернышева Н.Ф. Генетическая вариабельность устойчивости растений к ионной токсичности: теория и практические аспекты//С.-х. Биология. 1980. Т. 15,№2. С.270.

47. Колесников Б.Г., Моторина Л.В., Методы изучения биоценозов в техногенных ландшафтах / Программа и методика изучения техногенных биоценозов. М.: Наука, 1978. С.5-21.

48. Лекаявичюс Р.Б. Химический мутагенез и загрязнение окружающей среды. — Вильнюс: Мокслас. 1983. С.32-42, 193-198.

49. Линник П.Н., Набиванец Б.И. Формы миграции металлов в пресных поверхностных водах. Л.: Гидрометеоиздат, 1986. 270 с.

50. Мещеряков А.И. Влияние кислотности и алюминия на рост растений // Тр. ВИУА. 1937. Т. 16. С.166.

51. Мильчакова О.В., Иванов А.И. Тяжелые металлы в сельскохозяйственных растениях / /Экология и промышленность России. 2000.№3. С.14-17.5 8.Митрофанов Ю.А., Олимпиенко Г.С. Индуцированный мутационный процесс у эукариот. М.: Наука, 1980. 264 с.

52. Мецлер Д. Биохимия. М.: Мир, 1980. Т. 1. 407 с.

53. Моторина J1.B., Овчинников В.А. Промышленность и рекультивация земель. -М.: Мысль, 1975.240 с.

54. Мусиенко Н.Н., Тернавский А.И. Корневое питание растений. Киев: Высшая школа, 1989. 205 с.

55. Нестерова А.Н. Действие тяжелых металлов на корни растений. Локализация тяжелых металлов и механизмы устойчивости растений И Биологические науки. 1989. №9. С. 72-85.

56. Николаев А.А. Металлы в живых организмах. М., Просвещение, 1986. С.54.64.0короков В.В. Физико-химические аспекты рекультивации загрязненных тяжелыми металлами почв // Вестник РАСХН. 2004. №3. С.46-48.

57. Паушева З.П. Практикум по цитологии растений .М.: Колос, 1988.303 с.

58. Пахомова В.М. Основные положения современной теории стресса и неспецифический адаптационный синдром у растений // Цитология. 1995. Т. 37. С. 66-86.

59. Пономарева И.Н. Экология растений с основами биогеоценологии. М.: Просвещение, 1978. 270 с.

60. Потутаева Ю.П. Роль алюминия в питании растений // Сельск. хоз-во за рубежом. 1964. №7. С.32.

61. РД 52.18.344-93. Методика выполнения измерений интегрального уровня загрязнения почвы техногенных районов методом биотестирования. Федеральная служба России по гидрометеорологии мониторингу окружающей среды — Москва. 1993.

62. Ринькис Г.Я. Система оптимизации и методы диагностики минерального питания растений. Рига: Зинатне, 1989. 195 с.

63. Романов Г.Г., Симцина Т.Е. Влияние тяжелых металлов на биологическую активность почв / Тр. Коми. Научный центр УрОРАН. 2000. С. 101-108.

64. Рубин А.Б. Биофизика. М.: Наука, 1987. Т. 2. 303 с.

65. Рубин А.Б. Курс физиологии растений. М., 1976. 576 с.

66. Руководство по краткосрочным тестам для выявления мутагенных химических веществ. Гигиенические критерии состояния окружающей среды./Публикация ВОЗ №51. Женева. 1989. 180с.

67. Рупошев А.Р. Цитогенетические эффекты ионов тяжелых металлов на семена Crepis capillaris L. // Генетика. 1976. Т. 12. № 3. С. 35-43.

68. Савич В. Регулирование подвижности тяжелых металлов в почве // Международный агропромышленный журнал. 1990. №6. С. 94-101.

69. Сарапульцев Б.И., Гераськин С.А. Генетические основы радиорезистентности и эволюция. М.: Энергоатомиздат, 1993. 208 с.

70. Свешников А.А. Сборник задач по теории вероятностей, математической статиститки и теории случайных функций. М.: Наука, 1970.

71. Сингх С.А., Ракипов Н.Г. Изучение токсического действия кадмия, меди, никеля на яровую пшеницу / Интенсивное возделывание полевых культур и морфологические основы устойчивости растений / ТСХА. -М., 1987. С.56-59

72. Снакин В.В., Присяжная А.А., Рухович О.В. Состав жидкой фазы почв. М.: РЭФИА, 1997. 325 С.

73. Спэрроу А.Х., Шейнер JI.A. Возникновение соматических мутаций в Tradescantia под действием химических мутагенов ЭМС и ДБЭ и специфическими загрязнителями атмосферы 03, S02, N02} N20 / В сб.:

74. Генетические критерии загрязнения окружающей среды. Под ред. Н.П.Дубинина. М.: Наука. 1975. С. 134-145.

75. Спитковский Д.М., Ермаков А.В., Горин А.И., Поспехова Н.П., Прохоров А.Ю. Зависимость репарации ДНК , индуцированной генетически опасными воздействиями, от ионной силы среды, в которой находятся клетки // Цитология. 1992. Т. 37. № 7. С. 76-85.

76. Сынзыныс Б.И., Буланова Н.В., Козьмин Г.В. О фито- и генотоксическом действии алюминия на проростки пшиницы // С. х. Биология. 2000. N 1. С. 104-109.

77. Сынзыныс Б.И., Николаева О.И., Рухляда Н.Н. Роль органических кислот в снижении фитотоксического действия алюминия на некоторые сорта российских пшениц // Вестник РАСХН. 2004. №75. С.42-47.

78. Сынзыныс Б.И., Никольская О.Г., Буланова Н.В., Харламова О.В. О действии алюминия на проростки пшеницы при разных значениях рН среды культивированич// С.- х. Биология. 2004. №3. С. 80-84.

79. Сынзыныс Б.И., Харламова О.В., Козьмин Г.В. Радиометрическое действие алюминия на геном клеток пшеницы / Тез. докладов Международной конференции «Проблемы радиационной генетики на рубеже веков» Москва, 2003. С.165-168.

80. Тарасенко Н.Д. Экспериментальная наследственная изменчивость у растений. Издательство: «Наука», Сибирское отделение Новосибирск, 1980.

81. Темп Г.А., Лязгунова О.В. Токсичность никеля и его взаимодействие с элементами минерального питания. Ленинград, 1986. С.84-85.

82. Темп Г.А., Лязгунова О.В. Тяжелые металлы и радионуклеиды в агроэкосистемах // Вестник РАСХН. 1994. 288 с.

83. Тулупов П.Е., Лапина Н.Ф., Ласточкина Л.А. и др. Загрязнение атмосферы и почвы. М., 1991. С. 41-50.

84. Урбах В.Ю. Биометрические методы. М.: Наука, 1964.

85. Фенис С.И., Трофимяк Т.Б., Блюм Я.Б. Механизмы формирования устойчивости растений к тяжелым металлам // Успехи современной биологии. 1995. Т.115. Вып. 3. С. 261-275.

86. Фроловская Т.П. Влияние подвижных форм алюминия на урожай растений. Влияние свойств почв и удобрений на качество растений. М.: МГУ. 1966, С.157.

87. Харьковская H.JI. Железо в природной среде. М., 2001.

88. Химическое загрязнение почв и их охрана: Словарь-справочник. М.: Агропромиздат, 1991. 303 с.

89. Черных Н.А. Изменения содержания ряда химических элементов в растениях под действием различных количеств тяжелых металлов в почве // Агрохимия. 1991. №3. С. 68-76.

90. Черных Н.А., Милащенко Н.З., Ладонин В.Ф. Экотоксикологические аспекты загрязнения почв тяжелыми металлами. М.: Наука, 1999.

91. Чекунова М.П., Фролова А.Д. Современные представления о • биологическом действии металлов // Гигиена и санитария. 1986. Т. 12. С. 1828.

92. Aniol A. Breeding of triticale for A1 tolerance // Genet. Breed. Triticale Proc. 3rd EUCARPIA Meet. Cereal See. Triticale, 2-5 juli. 1984. Paris, 1985. P. 573.

93. Athar M., Hasan S.K., Srivatstava R.C. Evidence for the involvement of hydroxyl-radicals in nickel carcinogenesis // Biochem . Biophys. Res. Comm., 1987. v.147. p. 1276-1281.

94. Aust S.D., Morehouse L.A., Thomas C.E. Role of metals in oxygen radical reactions // Free Radical. Biology. Medicine. 1985. P. 3-25.

95. Bantam Т., Miladis R., Mitrovas B. Combinations of various analytical techniques for speciation of low molecular weight aluminum complexes in plant sap // Anal.Chem. 1999. V. 365. P. 545-552.

96. Berzowsky W.A., Kimber B. Tolerance of Triticum species to A1 // Plant Breed, 1986. V. 97. N 3. P. 275.

97. Blair L.M., Taylor G.J. The nature of interaction between aluminum and manganese on growth and metal accumulation in Triticum aestivum // Environmental and Experimental Botany. 1997. V.37. P. 25-37.

98. Britt A. DNA repair mechanism in vegetable cell // Radiat. Res., 1996. Vol. 146. N.5.P. 1158-1172.

99. Chromium, nickel and welding. // Monograph on the evaluation of carcinogenic risk of chemical to man. Vol.49.International Agency for Research on Cancer. Lyon. 1990. 400p.

100. Clarkson D.T. Metabolic aspects of A1 toxicity and some possible mechanisms for resistance / Ecol. Aspects of Miner. Nutr. of Plants. Oxford, 1969. P. 381.

101. Clarkson D.T. The effect of A1 and other trivalent metal cations on cell rivision apeces of Allium сера // Ann. Bot. 1965. V.29. N 5. P. 309.

102. Conner A.J., Meredith C.P. Large scale of Al-resistant mutants from plant cell culture // Theor. Appl. Genet. 1985. V. 71. N 2. P. 159.

103. Crissman H.A., Steinkamp J.A. Rapid simultaneous measurement of DNA, protein and cells volume in from large mammalian cell populations // J. Cell Biol. 59,1973. P. 766.

104. De Moor J., Koropatnick d.J. Metall and cellular signaling in mammalian cells. // Cell. Mol. Biol., 200, V. 46(2). P. 367-381.

105. Delhaize E., Ryan P.R., Randall P.J. Aluminum tolerance in wheat (Triticum aestivum L) // Plant Phisiol. 1993. N 103. P. 695-702.

106. Douglas J.S., James G.W. Aluminum // Env. Poll. 1991. N 71. P. 272-281.

107. Fagaro M.E., Cole M. Nickel and plants // Metal ions in biological systems. — Marsel. N.Y. Basel, 1988. Vol. 23. P. 47-82.

108. Farago M.E. Metal tolerance plants // Coord. Chem. Revs. 1981. V. 36. N 2. P. 155.

109. Fowler M. R., Eyre S., Scott N.W., Slater A., Elliott M.C. The plant cells cycle in context // Molecular Biotechnology. 1998. V. 10. № 2. P. 123-153.

110. Foy C.D. A1 tolerance of wheat cultivates to region of origin // Agr. J., 1974. V. 66. N6. P. 751.

111. Foy C.D. Differential A1 tolerance of two wheat varieties associated with plant induced pH chenges araund their roots // Proc. Soil Sci. Sci. Soc. Amer. 1965. V. 29. N1. P. 64.

112. Foy C.D., Chaney R.L. and White M.C. The physiology of metal toxicity in plants // Annu Rev. Plant Physiol. 1978. V. 29. P.511.

113. Foy C.D., Characterisation of differentiale A1 tolerance among variaties of wheat and barley // Proc. Amer. 1967. V. 31. №4. P. 513.

114. Foy C.D., Fleming A. L. A1 tolerance of two wheat genotypes related to nitrale reductase activites//J. Plant Nutr., 1982. V.5. N 11. P. 1313.

115. Freda J. The effects of aluminum and other metals on amphibians // Env. Poll. 1991. N. 71. P. 227-231.

116. Gamzikova O.L., Barsukova B.S. Wheat potential for cadmium and nikel resistence // Genetics and molecular biology of plant nutrition / 5 Inter. Symp. Davis, U.S.A. 1994. P. 116.

117. Genotoxic effects of heavy metals: comparative investigation with plant bioassays / H. Steinkellner, K. Mun-Sik, C. Helma et al. // Environ. Mol. Mutagen 1998. Vol.31.N. 2. P. 183-191.

118. Gill B.S., Sandhu R. Application of the Tradescantia micronucleus assay for the genetic evaluation of chemical mixtures soil and agues media/ Mutat/ Res: 1992,270, P. 65-69.

119. Gorsline L.W., Thomas W.I., Baker D.E. Inheritance of P, K, Mg, Си, B, Zn, Mn, Al, and Fe concentrations by corn leaves and grain // Crop Sci., 1964. Vol. 4. P. 207-210.

120. Grill B.S., Winnacker L.-L., Zenk M.H. Phytochelatins, a class of heavy-metal-binding pentides from plants, are functionally analogous to metallo thioneins // Proc. Natl. Acad. Sci. USA / 1987. V .84. P. 439-443.

121. Hall J.L.Cellular mechanisms for heavy metal detoxification and tolerance // Journal of Experimental Botany. 2002. V. 53. № 366. P. 1-11.

122. Hamp R., Schnabl H. Effect of A1 on 14CC>2 fixation and membrane system of isolate spinach chloroplasts // Zeitsch. Pflanz., 1975. V. 76. N 4. P. 300.

123. Haridasan M. A1 accumulation by sone cerrado native species of central Brazil // Plant and Soil, 1982. V. 65. N 2. P. 265.

124. Hoveler R.H., Cadavid L.F. Schrening of rice cultivates for tolerance to Al-toxicity in solutions as compared with a field screening method // Agr. J. 1976. V. 68. N. 4. P. 551.

125. Huntley R.P., Murray J.A.H. The plant cell cycle // Current Opinion in Plant Biology. 1999. V. 2. P. 440-446.

126. Ichikawa S., Sparrow A.H., Thompson K.H. Morphologically abnormal cells, somatic mutations and loss reproductire integrity in irradiated Tradescantiastamen hairs//Bot. 1987.№9. P. 195-211.

127. Iwai I., Нага Т., Sonoka Y. Factors affecting cadmium uptake by the corn plant // Soil Sci a. Plant Nutr. 1975. Vol. 21, N 1. P. 37-46.

128. Jones L.H. A1 uptake and toxicity in plants // Plant Soil, 1961. N 12. P. 297.

129. Kochian L.V. Cellular mechanism of aluminum toxicity and resistance in plants // Annu.Rev. Plant Physiol. Plant. Mol. Biol. 1995. P. 46.

130. Krupitz A. Topochemischer A1 in den Zellen von licopodiaceen // Protoplazma, 1969. V. 68. N 1-2. P. 47.

131. Lunt O.f., Kofzanek A.M. Manganese and A1 tolerance of Azaiea // Plant Anal. Fert., 1970. V. 2. P. 559.

132. Ma J.F. Role of organic acids in detoxification of aluminum in higher plant // Plants Cell Phisiol. 2002. V. 41. N 4. P. 383-439.

133. Ma J.F., Taketa S., Yang Z.M. Aluminum tolerance genes of the short arm of chromosome 3R are linked to organic acid release in Triticale // Plant Phisiol. 200, V. 122. P. 687-694.

134. Ma J.F., Zheng S.J., Heridate S., Marsumoto H. Detoxifying aluminum with buckwheat // Nature. 1997.V. 390. P. 569-570.

135. Ma J.F., Zheng S.J., Marsumoto H. Internal detoxification mechanism of A1 in hydrangea. Identification of A1 form in the leaves // Plant Cell Phisiol. 1997. V. 38. P. 1019-1025.

136. Mac Lean A. A., Chiasson T.C. Differential performance of two barley varieties associated with plant induced pH // Canad J. Soil Sci. 1966. V. 46. N 2. P. 147153.

137. Martin R.B. Metal ions in biological systems: aluminium and its role in biology / Ed. By Sigel H., Sigel A. N.Y. 1991. V. 24. P. 1-57.

138. Matsumoto H., Morimura S. Repressed template activity of chromatin of pea roots treated by A1 // Plant and Cell Phisiol, 1980. V. 21. N 6. P. 951.

139. Matsumoto H., Morimura S., Hirasava E. Localization of adsorbed A1 in plant tissens // Miner. Nutr. Plants. Proc., Inter. Symp., Varna. 1979. V. 1. P. 171.

140. Mericle L.W., Mericle R.P. Genetic nature of somatic mutation for flower color in Tradescantia / Rad. Bot. 1967. N 7. p. 449 464.

141. Miyasaka S.C., Bute J.G., Howell R.K., Foy C.D. Mechanism of aluminum tolerance in snapbean, root exudation of citric acid // Plant. Phisiol. 1996. P. 737743.

142. Mortvedt J.J., Mays D.A., Osborn G. Uptake by wheat of cadmium and other heavy metal contaminants in phosphate fertilizers // Journ. Environ. Qual. 1981, V. 10. N2. P. 193-197.

143. Moshtaghie A.A., Skillen A.W. Binding of aluminum to transferrin and lactoferrin// Biochem Soc. Trans. 1986. V. 14. P. 916-917.

144. Mudwira L.M., Elgawhary S.N., Patel K. The relative A1 tolerance of plant // Agr. J., 1976. V. 68. N 5. P. 782.

145. Mumford F.E., Jensen E.L. Purification and characterization of photochrome from at seedlinds // Biochem. 1966. V. 5. N 11. P. 3657.

146. Neylly Т. A. A rapid method for screening barley to A1 tolerance I I Euphytica, 1982. V. 31. N 1. P. 237.

147. Nocentini S. Inhibition of DNA replication and repair by cadmium in mammalian cells. Protective interaction of zinc // Nuclear Acids Res. 1987. Vol. 15. N. 10. P. 4211-4225.

148. Pellet D.M., Grunes D.L., Kochian L.V. Organic acid exudation as an aluminium-tolerance mechanism in maize // Plant. 1995. V. 196. P. 103-110.

149. Phytoferritin and its role in plant metabolism. Metals and micronutriens: uptake and utilization by plant / N.Y. Academic Press. 1987. 111 p.

150. Pierre W.H., Stuart A.D. Soluble aluminium studies // Soil Sci. 1933. V. 36. N 3.P.211.

151. Quellett G.J., Dessureaus L. Chemical composition of alpha asserted to degree to tolerance to A1 and Mg // Can. J. Plant. Sci., 1958. V. 38. P. 208.

152. Reid D.A. Barley genetics. Gen. Symp., Washington State Univer. 1971: P. 409.

153. Rorison I.H. The effect of A1 on the uptake and incorporation of P by excied sanfoin roots // New. Phytol. 1965. V. 63. N 1. P. 23.

154. Ryan P.R., Delhaize E. Characterisation of Al-stimulated efflux of malat from the apices of Al-tolerant wheat roots // Planta. 1995. N 196. P. 103-110.

155. Ryan P.R., Dong Beu, Watt M.,Katuoka Т., Delhaize E. Strategies to isolate transporter that facilitate organic anion efflux from plant roots // Plant. Soil. 2003. V. 248. P. 61-69.

156. Sampson M.D., Clarkson D.T., Davies D.D. DNA synthesis in A1 treated roots of barley // Science. 1965. V. 148. N 3676. P. 1476.

157. Sivingston R.b., Titus Y.A., Heilbrun S.K. In vitro effects on DNA synthesis as a predictor of biological effect from chemotherapy // Cancer Res. 40. 1980. N 7. P. 2209-22122.

158. Smoll J. Modem aspects of pH. London. 1954. 191 p.

159. Supra V.T., Mebrahtu Т., Mudwira L.M. Soybeean germaplasm and cultivar A1 tolerance in nutrient solution and bladen clay loam soil // Agr. J. 1982. V. 74. N 4. P. 687.

160. Sutton H.C., Winterbourn C.C. On the participation of higher oxidation states of iron and copper in Fenton reaction // Free Radical Biology Medicine. 1989. V.6. p.53-60.

161. Taylor G.L. Current views of the aluminum stress response: the physiological basis of tolerance // Gurr.Top. Plants Biochem. Physiol. 10.1991.

162. Underbrink A.G. Schairer L.A., Sparrow A.H. Tradescantia stamen hairs; a radiobiological test system applicable to chemical mutageness. N.Y.; Plenum Press. 1973. V. 3. P. 171-207.

163. Verkieij J.A.C., Schat H. Heavy metal tolerance in plants : evalutionary aspects / Ed. Shaw A.J. N.Y. CRC Press. 1990. P. 179.

164. Wagatsuma T. Characteristics of upward translocation of A1 in plant // Soil Sci. Plant Nutr. 1984. V. 30. N 3. P. 345.

165. Wagner G.J. Accumulation of cadmium in crop plants and its consequences to human health // Adv. Agron. 1993. N. 51. P. 173-212.

166. Walker W.M. Effects of iron nutritional status and tame of day on concentration of phytosiderophora and nicotianamine in different roots and shoot zones ofbarley//J. Plant nutrition. 1995. Vol. 18. P. 1577- 1593.

167. Walker W.M., Miller J.E., Hassett J.J. Effects of lead and cadmium upon the calcium, magnium, potassium and P concenration in young corn plats // Soil Sci. 1977. Vol. 127. N3. P. 12-25.

168. Weiss M.G. Inheritance and physiology of efficincy in iron utilization in soybeans // Genetics. 1943. Vol. 28. P.253-268.

169. Zans-Medel A. The chemical speciation of aluminum and silicon in human serum I I Analysis magazine. 1998. V. 26. N 6. P. 76-80.

170. Zans-Medel A., Fairman В., Wrobel К. A1 and Si spesiation in biologycal materials of clinical relevance / Ed. Caroli S. N.Y.: Wiley and Sons Inc. 1996.

171. Zheng S.J., Ma J.F., Marsumoto H. Continions secretion of organic acid is related to aluminum resistance in relatively long-term exposure to aluminum stress //Plant Phisiol. 1998. V. 117. P. 745-751.

Информация о работе

Амосова, Наталья Владимировна
кандидата биологических наук
Калуга, 2005
ВАК 03.00.16

Диссертация

Биологическое действие металлов группы железа и алюминия на некоторые виды культурных растений - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы