Люминесцентные характеристики растений, обработанных рострегулирующими препаратами

Глазунова, Светлана Андреевна

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Люминесцентные характеристики растений, обработанных рострегулирующими препаратами
ВАК РФ 03.00.02, Биофизика

Автореферат диссертации по теме "Люминесцентные характеристики растений, обработанных рострегулирующими препаратами"

На правах рукописи

УДК 577.355

ГЛАЗУНОВА СВЕТЛАНА АНДРЕЕВНА

ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАСТЕНИЙ, ОБРАБОТАННЫХ РОСТРЕГУЛИРУЮЩИМИ ПРЕПАРАТАМИ

03.00.02. - биофизика 03.00.16-экология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

- 3 ДЕН 2009

Москва - 2009

003486550

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

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук, профессор Владимир Александрович Караваев

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор Энно Куставич Рууге

доктор физико-математических наук, профессор Виктор Николаевич Баграташвили

Ведущая организация:

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

Защита диссертации состоится л-{ декабря 2009 года в 1Г часов на заседании диссертационного совета Д501.002.11 при Московском государственном университете имени М.В. Ломоносова по адресу: 119991, Москва, ГСП-1, Ленинские горы, МГУ имени М.В. Ломоносова, физический факультет, аудитория 5'/9■

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

Автореферат разослан « » ноября 2009 года

Ученый секретарь

диссертационного совета Д501.002.11 доктор физико-математических наук

Г.Б. Хомутов

I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Постановка проблемы, ее актуальность.

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

В современных условиях выращивания сельскохозяйственных культур высокая пестицидная нагрузка приводит к ухудшению экологической обстановки. Имеются данные о негативном влиянии пестицидов на защищаемую культуру. Разработка новых экологически чистых препаратов для сельскохозяйственного производства, которые могли бы заменить химические средства защиты растений, является актуальной задачей современной «зеленой» химии и биологии. Одно из направлений в разработке таких препаратов связано с получением растительных экстрактов и изучением их действия на физиологическое состояние растения. В последние годы активно развивается метод так называемой сверхкритической флюидной экстракции (СКФ-экстракции), основанный на использовании диоксида углерода в сверхкритическом состоянии. Преимущество этого метода заключается в сохранении большого количества физиологически активных веществ, зачастую теряемых при других способах экстракции. В этой связи весьма актуальным является получение СКФ-зкстрактов из растительного сырья и изучение их действия как на метаболизм и продуктивность сельскохозяйственных культур в целом, так и на функциональную активность их фотосинтетического аппарата.

В настоящее время известно большое число рострегулирующих препаратов, рекомендованных для применения в растениеводстве. Биорегуляторы ускоряют прорастание семян, влияют на свойства биологических мембран и активность ферментов, повышают устойчивость растений к неблагоприятным воздействиям и т.п. Применение нетоксичных природных препаратов позволяет в имеющихся условиях вырастить высокие урожаи сельскохозяйственных культур. Вместе с тем, действие большинства регуляторов роста видо- и сортоспецифично и, кроме того, зависит от способа обработки и условий выращивания

культуры. В этой связи актуальной является разработка экспресс-методов, позволяющих оценить влияние рострегулирующих препаратов на растения и, в том числе, на их фотосинтетический аппарат.

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

Интерес к медленной индукции флуоресценции (МИФ) обусловлен тем, что в этом явлении в значительной степени проявляются регуляторные процессы, обеспечивающие оптимальное функционирование всей совокупности фотосинтетических реакций. Активно изучается корреляция показателей МИФ с фотосинтетической активностью листа. Метод термолюминесценции (ТЛ), со своей стороны, позволяет изучить характер воздействия исследуемых препаратов на первичные процессы фотосинтеза, связанные с функционированием фотосистемы 2 (мембранный комплекс, в котором происходит светоиндуцированное разделение зарядов в реакционном центре Р680, перенос электронов на вторичный переносчик <3В и окисление воды). Изучение МИФ и ТЛ растений, обработанных различными физиологически активными веществами, представляется весьма перспективным с точки зрения разработки экспресс-методов оценки состояния растений в изменяющихся условиях окружающей природной среды.

Цель и задачи исследования.

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

Задачи исследований:

1. Разработка методики экстракции и получение СКФ-экстрактов горца сахалинского ЯеупоШпа $асЬаИпет1з, известного своими иммуногенными свойствами.

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

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

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

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

Научная новизна работы.

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

Практическое значение работы.

Разработанная в диссертации методика СКФ-экстракции может быть использована при создании экологически безопасных и эффективных

препаратов на основе растительного сырья для стимуляции фотосинтетической активности, регуляции роста и защиты сельскохозяйственных культур от неблагоприятных воздействий. Основой для разработки таких препаратов могут, в частности, служить СКФ-экстракты горца сахалинского К. $асЪа1тет1$.

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

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

По материалам диссертации опубликовано 15 работ, в том числе 4 статьи в журналах из списка ВАК.

Структура 11 объем работы Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания объектов и методов исследования, изложения и обсуждения результатов, выводов и списка цитируемой литературы. Диссертация изложена на /У/ страницах, содержит рисунков и ¿С таблиц. Список литературы

состоит из ,/У/Г ссылок на работы отечественных и зарубежных авторов.

2. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

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

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

В разделе 1.1. дано описание структурно-функциональной организации фотосинтетического аппарата высших растений. В разделе 1.2. изложены современные представления о природе медленной индукции флуоресценции листьев высших растений, а в разделе 1.3. описаны основы метода термолюминесценции. Раздел 1.4. посвящен экстракции, как важнейшего метода выделения из растений физиологически активных соединений. Рассмотрены основные принципы этого метода и способы классификации экстракционных процессов. Выделены основные виды экстракции по типу растворителя, рассмотрены их основные преимущества и недостатки. Более подробно описана экстракция сверхкритическими флюидами, в частности диоксидом углерода в сверхкритическом состоянии.

Основными преимуществами сверхкритических флюидов как растворителей являются:

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

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

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

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

В главе II дано описание объектов исследований и методик экспериментов. Исследования проводились на проростках бобов Vicia faba L. сорта «Русские черные», листьях огурца Cucumis sativus L. сорта «Зозуля» и проростках ячменя Hordeum vulgare L. сорта «Михайловский».

В работе использовался препарат Эпин-Экстра фирмы ННГТП «Нэст М» (Россия), гербицид логран и препарат Силиплант - кремнийсодержащее жидкое органическое удобрение. Использовали также свежеприготовленный водный экстракт горца сахалинского Reynoutria sachalinensis (F. Schmidt) Nakai, препарат Milsana®, приготовленный на основе этого растительного сырья, и СКФ-экстракты R. sachalinensis.

СКФ-экстракты R. sachalinensis получали на лабораторной установке SFE-1000M1-2-FMC50 производства Thar Instruments, Inc. /США/. Данная система позволяет проводить экстракцию с использованием диоксида углерода в качестве основного компонента сверхкритического флюида и различных органических растворителей в качестве модификаторов. Экстракцию проводили в следующих условиях: давление 450 бар, температура предварительного нагревателя 55 °С, температура экстракционного сосуда 50 °С, температура сборника фракций 30 °С, скорость потока 50 г/мин. Элюирование проводили в течение 60 минут. СКФ-экстракты получали с использованием либо чистого СО2 в качестве элюента, либо СОг с 10% этанола и 2% этанола в качестве сорастворителя.

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

Для измерения индукции флуоресценции листья растений помещали в держатель и адаптировали к темноте в течение 5 мин. Затем производили облучение образца и регистрацию флуоресценции. Флуоресценцию возбуждали широкополосным синим светом (с шириной полосы около 50 нм) интенсивностью около 50 Вт/м2, а регистрировали на длине волны 686 нм, соответствующей максимуму в спектре флуоресценции зеленого листа. В качестве параметра МИФ использовали показатель относительного тушения флуоресценции при регистрации МИФ - отношение (Fm-Ft)/Ft, где FM - интенсивность флуоресценции в максимуме индукционной кривой, FT - стационарный уровень флуоресценции (см. рис. 1). Ранее было показано, что относительные изменения этого показателя соответствуют относительным изменениям фотосинтетической активности в расчете на хлорофилл (Караваев В.А., 1990).

Для измерения термолюминесценции высечку из листа бобов помещали в держатель и в течение одной минуты освещали красным

светом (Л = 725 нм) при комнатной температуре (для стандартизации условий эксперимента). После этого образец быстро охлаждали до -30 °С и при этой температуре в течение трех минут освещали белым светом. Затем лист охлаждали до -100 °С и после этого нагревали до 100 °С со средней скоростью около 30 град/мин. В процессе нагрева регистрировали суммарную интенсивность излучения во всем диапазоне длин волн. Анализировали TJ1 в трех температурных интервалах: от -40 °С до 0 °С (полоса А), от 0 °С до 50 °С (полоса В) и выше 50 °С (полоса С).

Глава III посвящена изучению влияния на фотосинтетический аппарат растений препаратов на основе горца сахалинского Reynoutria sachalinensis.

В разделе III.1. исследованы люминесцентные характеристики бобов, обработанных препаратами на основе R. sachalinensis в лабораторных условиях. В предварительных экспериментах двухнедельные проростки бобов опрыскивали свежеприготовленным водным экстрактом R. sachalinensis до полного смачивания листьев; контрольные растения опрыскивали дистиллированной водой. Установлено увеличение показателя (Fm~Ft)/Ft МИФ у обработанных растений: на 2-й день после опрыскивания - на 23%, на 10-й день - на 44% по сравнению с контролем. Эти данные свидетельствуют об увеличении фотосинтетической активности растений при их обработке экстрактом горца. У обработанных растений наблюдалось существенное понижение интенсивности ТЛ в области 0 °С, что указывает на повышение эффективности переноса электронов на акцепторной стороне фотосистемы 2 (Иноу Й, Сибата К., 1987). Установлено также уменьшение интенсивности TJ1 при высоких температурах (полоса С), что свидетельствует о повышении устойчивости мембран хлоропластов к низким температурам.

В последующих экспериментах было про ведено сравнительное изучение влияния на фотосинтетический аппарат бобов водного экстракта R. sachalinensis, препарата Milsana®, а также полученных нами сверхкритических флюидных экстрактов горца.

Эксперименты по измерению медленной индукции флуоресценции листьев бобов, обработанных экстрактами R. sachalinensis, неоднократно повторяли в разное время года и в различных вариантах обработки растений. При этом абсолютные значения показателя (FM - FT)/FT для контрольных растений разных посадок изменялись в достаточно широком диапазоне от 0,4 до 0,9. Вместе с тем, относительные изменения этого

показателя в различных вариантах обработки бобов экстрактами достоверно воспроизводились в нескольких сериях экспериментов, проведенных на растениях разных посадок (таблица 1).

Таблица 1. Изменения значений (Рм-Рт)/Рт медленной индукции флуоресценции листьев бобов после их обработки экстрактами КеупоиМа .часка!тепхи препаратом МПвапа®.

Вариант обработки (Fm-Ft)/FT

Срок отбора после обработки

2-й день 9-й день

Контроль (Н20) 100% 100%

СКФ-экстракт R. sachalinensis (С02+ 10% С2Н50Н) 120% 118%

СКФ-экстракт R. sachalinensis (СО,+ 2% CVHjOH) 137% 132%

СКФ-экстракт R. sachalinensis (С02) 123% 111%

Водный экстракт R. sachalinensis 125% 106%

Препарат Milsana® 85% 124%

Согласно общепринятым представлениям (Krause G.H., Weis Е., 1991; Lasar D., 1999), высокие значения интенсивности флуоресценции в первые секунды освещения связаны с восстановлением первичных акцепторов электронов фотосистемы 2. В последующий период начинают работать регуляторные механизмы, обеспечивающие оптимальное функционирование системы фотосинтетических реакций, и флуоресценция уменьшается. Тушение флуоресценции на стадии Fm —> FT обычно подразделяют на фотохимическое и нефотохимическое. Первое связано с окислением первичного акцептора электронов (QA) фотосистемы 2, второе - с рядом процессов, не связанных напрямую с окислительно-восстановительным состоянием Qa. Из них основными являются (1) образование градиента протонов на мембране тилакоидов и (2) перераспределение энергии возбуждения в пользу фотосистемы 1 за счет латеральной миграции части светособирающих комплексов в ту область хлоропласта, где концентрируются комплексы фотосистемы 1 (Krause G.H., Weis Е., 1991; Lasar D., 1999).

Обработка проростков бобов всеми видами СКФ-экстрактов приводила к существенному увеличению значений (FM - FT)/FT МИФ по

сравнению с контролем, что свидетельствует о повышении фотосинтетической активности растений. Следует отметить, что увеличение отношения (Рм - РтУРт во всех экспериментах было обусловлено возрастанием значений Рм по сравнению с Рт (рис. 1). В условиях достаточно интенсивного возбуждающего света, использовавшегося в наших опытах, вклад фотохимического тушения флуоресценции в ее изменение на участке Рм - Б-р невелик (Караваев В.А., 1990). Следовательно, увеличение значений (рм -Рт)/Ет после обработки растений СКФ-экстрактами следует интерпретировать как частичное «снятие» нефотохимического тушения за счет, например, более активного синтеза АТФ в первые секунды освещения и как следствие - уменьшения градиента протонов на мембране тилакоидов. Ускорение процесса фотофосфорилирования, в свою очередь, может быть связано с более быстрым освобождением АДФ и неорганического фосфата в ходе темновых метаболических реакций. Другой возможной причиной увеличения Рм может быть более интенсивная релаксация процессов, ответственных за тушение флуоресценции, в течение 5-минутной темновой адаптации, предшествовавшей регистрации МИФ (снижение градиента протонов на мембране, перемещение светособирающих комплексов в гранальную область тилакоидов и соответствующее увеличение «антенны» фотосистемы 2 и др.).

Рис. 1. Характерные кривые медленной индукции флуоресценции листьев бобов контрольных растений (А) и растений, обработанных СКФ-экстрактом КеупоШ/ча хас1шИпет1х (Б)

Свет

Максимальное увеличение показателя (FM - F-r)/FT МИФ (на 32-37 % по сравнению с контролем) было отмечено в варианте обработки СКФ-экстрактом, полученным с использованием 2% этанола в качестве сорастворителя. Помимо очевидного различия в составе экстрактов при варьировании состава экстрагента можно предположить, что этанол в небольших количествах способствует эффективному проникновению физиологически активных веществ, содержащихся в экстракте R. sachalinensis, внутрь хлоропласта и тем самым усиливает их стимулирующее действие на фотосинтетический аппарат. Однако дальнейшее повышение концентрации спирта при СКФ-экстракции приводило к относительному ослаблению стимулирующего действия экстракта.

Увеличение значений (FM - FT)/FT (повышение фотосинтетической активности) наблюдалось также при использовании водного экстракта R. sachalinensis, однако его стимулирующее действие было не таким продолжительным, как действие СКФ-экстракта. Так, на девятый день после обработки проростков водным экстрактом значения (FM - Ft)/Ft практически не отличались от контрольных значений. По сравнению с препаратом Milsana®, изготовленным на основе R. sachalinensis, значительное стимулирующее действие СКФ-экстрактов развивалось уже в первые дни после обработки растений.

При обработке проростков бобов экстрактом R. sachalinensis наблюдалось увеличение интенсивности TJI в области отрицательных температур (полоса А), но только в случае, если при получении экстракта использовались небольшие концентрации этанола (2%) или же этанол не использовался совсем (рис. 2). Расчеты показали, что в обоих этих случаях значительно возрастала относительная светосумма полосы А (показатель Sa/S06iu, где Sa - площадь под кривой TJI в интервале от -40 до 0 °С, -площадь под всей кривой ТЛ), что свидетельствует об увеличении фотосинтетической активности растений (Юрина Т.П., Умнов A.M. и др., 1992).

Темпера тура,°С

Рис. 2. Характерные кривые термолюминесценции листьев бобов: 1 - контрольные растения; 2 - растения, обработанные СКФ-экстрактами КеупоиЬпа заскаИпет'и. При получении СКФ-экстрактов использовали С02 с 10% этанола (А), С02 с 2% этанола (Б) и чистый С02 (В).

Наиболее сильно эффект увеличения Бд/Зобщ оказался выражен при использовании 2% этанола при получении СКФ-экстрактов, что согласуется с данными, полученными методом МИФ. Кроме того, в вариантах с чистым С02 и С02 с добавкой 2% этанола наблюдалось уменьшение высокотемпературной ТЛ в области полосы С, что свидетельствует о повышении устойчивости мембран хлоропластов к неблагоприятным воздействиям (Солнцев М.К., 1989). При высокой (10%) концентрации этанола, использовавшегося в качестве сорастворителя при получении экстракта, значительно увеличивалась интенсивность ТЛ в области полосы С, что указывает на негативное воздействие больших количеств этанола на структурно-функциональные характеристики мембран хлоропластов. Стимулирующее действие экстрактов Я. ьсюкаИпетхэ на фотосинтетический аппарат листьев бобов может быть связано с поступлением в клетки листа физиологически активных соединений хиноновой природы, увеличивающих пул акцепторов электрона фотосистемы 2. Об этом, в частности, свидетельствуют полученные нами данные по изучению состава экстрактов методом хроматографии.

В разделе Ш.2. представлены и проанализированы результаты полевых опытов по изучению влияния экстрактов Я. ¡аскаИпет1$ и препарата МПвапа® на фотосинтетический аппарат растений ячменя. Опыты проводились в весенне-летний период 2006-2008 гг. на опытном поле РГАУ - МСХА имени К.А. Тимирязева. Сводные данные по влиянию исследованных препаратов на медленную индукцию флуоресценции листьев растений представлены в таблице 2.

Опрыскивание растений ячменя экстрактами Я. заскаИпепзгз приводило к увеличению значений (Бм - Рт)/Рт МИФ. Наиболее сильное стимулирующее действие экстрактов наблюдалось в течение одной недели после обработки при использовании 1%-го раствора СКФ-экстракта Я. $аска\тет1з, полученного с 10% этанола в качестве сорастворителя. При обработке растений 2%-ным раствором того же препарата стимулирующее действие экстракта было слабее. Небольшое уменьшение значений (Рм - Рт)/Рт при использовании 0,5% и 1% растворов МПБапа® на 20-й день после обработки может быть связано с негативным влиянием спирта, входящим в состав препарата.

Увеличение фотосинтетической активности в течение трех недель после обработки вегетирующих растений водным и СКФ-экстрактами

Я. заскаИпет^я способствовало усилению ростовых процессов и, в итоге, привело к повышению урожайности ячменя. Так, наблюдалось увеличение продуктивной кустистости, а также массой зерна с главного колоса и растения.

Таблица 2. Значения (Рм-Рт)/Рт (±0,03) медленной индукции флуоресценции растений ячменя, обработанных экстрактами Я. засИаНпет1з.

(РМ~РТ)/РТ!±0,03

Время после обработки, сутки Контроль Водный экстракт Я. эас1гаИ-пет1$ Мйэапа® 0,5% раствор МИэапа® 1% раствор СКФ-экстракт Я. заскаН- (С02+ 10% С2Н3ОН) 1%-й раствор СКФ-экстракт Я. заскаИ- пеп51я (С02+ 10% С2Н3ОН) 2%-й раствор

0,48 0,59 0,55 0,47 0,60 0,52

(100%) (123%) (115%) (98%) (125%) (108%)

11 0,45 0,53 0,41 0,45 0,63 0,56

(100%) (118%) (91%) (100%) (140%) (124%)

20 0,36 0,39 0,27 0,26 0,52 0,46

(100%) (108%) (75%) (72%) (144%) (128%)

Наличие определенной корреляции между увеличением значений (Бм - Рт)/Г?т МИФ (увеличением фотосинтетической активности) в первые дни после обработки растений в фазу их наиболее интенсивного роста и развития, с одной стороны, и повышением урожайности, с другой, -свидетельствует о возможности использования метода МИФ для оптимизации норм расхода, сроков и способов обработки растений физиологически активными веществами.

В разделе Ш.З. описаны опыты по изучению изменений фотосинтетической активности листьев огурца, обработанных экстрактом ЯеупоШпа васкаИпет'м и пораженных западным цветочным трипсом. Значения (Рм - РгУРт МИФ при поражении уменьшались и составляли 7090% от контрольных значений, что свидетельствует о соответствующем снижении фотосинтетической активности. У пораженных растений отсутствовал первый «быстрый» пик МИФ, наблюдавшийся у здоровых растений (рис. 3) и характерный для относительно молодых листьев.

Таким образом, можно констатировать, что поражение трипсом в данном случае вызывало ускоренное старение растений.

Положительное действие обработки препаратами

проявилось в том, что у обработанных растений,

пораженных трипсом,

фотосинтетическая активность была в целом выше, чем у необработанных.

В разделе III.4. представлены результаты экспериментов по изучению медленной индукции флуоресценции и С02-обмена листьев бобов, обработанных

экстрактом горца сахалинского Reynoutria sachalinensis.

Для измерения С02-обмена пакеты с проростками бобов помещали в

герметизированную камеру из плексигласа объемом 10 л. К воздуху в камере добавляли углекислый газ до концентрации 0,5 %. Содержание С02 измеряли с помощью портативного ИК-газоанализатора С2000 (Oldham, Франция). Изменение содержания С02 в камере непрерывно регистрировали в течение 45 мин, вначале при освещении тремя люминесцентными лампами (средняя освещенность около 5000 лк, 15 мин), затем шестью такими лампами (10000 лк, 15 мин), а затем в течение 15-минутного темнового периода. Среднюю скорость С02-обмена оценивали по угловому коэффициенту соответствующих зависимостей, с учетом данных о вкладе в газообмен биомассы листьев и стеблей (Амелин A.B., 2001).

Рис. 3. Характерные кривые медленной индукции флуоресценции листьев огурца: 1 - здоровые растения; 2 -растения, пораженные трипсом (4-й настоящий лист, 20 дней после высаживания личинок); 3 - лист из специальной камеры (значительные следы поражения).

Таблица 3. Скорость ССЬ-обмена (в мкмолях СО2 на 1 г сырой массы листьев за 1 ч) и значения (Рм-Рт)/Рт медленной индукции флуоресценции листьев бобов, обработанных экстрактом Я. заскаИпетхв.

Вариант обработки Поглощение СО2 на свету Выделение С02 в темноте (Рм-Рт)/Рт

5000 лк 10000 лк

Н20 3,3 ± 1,8 32,9 ±2,3 100% 31,0 ±2,6 0,80 ± 0,05 100%

Я. 8аска1тет15 12 ±2 41,5 ±3,3 126% 45,6 ±3,6 1,00 ±0,07 125%

Полученные результаты (таблица 3) свидетельствуют об увеличении видимого фотосинтеза и интенсивности темнового дыхания у растений, обработанных экстрактом Я. ъасЬаИпежгь. Обращает внимание одинаковое, в процентном отношении, увеличение видимого фотосинтеза на относительно сильном свету (10000 лк) и значения (Рм - РтУРт МИФ. Ранее высокая положительная корреляция между изменениями этих показателей была установлена при снижении фотосинтеза у растений, обработанных ингибитором электронного транспорта диуроном (Караваев В.А., 1990). Таким образом, показатель (Рм - рт)/рт МИФ может быть использован для альтернативной оценки уровня фотосинтетической активности в условиях как ингибирующего, так и стимулирующего воздействия на фотосинтетический аппарат растений.

В главе IV изучена медленная индукция флуоресценции листьев растений при использовании рострегулирующих препаратов Эпин-Экстра и Силиплант.

В разделе ГУ.1. рассмотрено влияние препарата Эпин-Экстра на медленную индукцию флуоресценции листьев бобов и огурца при обработке семян и вегетирующих растений. Замачивание бобов в растворе препарата концентрации 0,02 мг/л (примерно соответствует дозе, рекомендованной фирмой-изготовителем) приводило к увеличению значений (Рм - Рт)/Рт по сравнению с контролем. При увеличении времени замачивания значения (Рм - Рт)/Рт возрастали, ускорялся и рост растений (таблица 4). При более низких и более высоких концентрациях Эпин-Экстра стимулирующее действие препарата снижалось. Аналогичные эффекты были установлены при обработке препаратом Эпин-Экстра семян огурца.

Таблица 4. Люминесцентные и биометрические показатели проростков бобов в зависимости от времени замачивания семян в растворе препарата Эпин-Экстра, С=0,02 мг/л.

Время замачивания

2 часа 4 часа 6 часов

Контроль Эпин-Экстра Контроль Эпин-Экстра Контроль Эпин-Экстра

(Рм-Рт)/Рт,±0,05

0,42 0,77 0,47 0,88 0,76 0,97

Высота проростков, мм

80,6 86,5 96,0 99,4 128,0 169,0

Опрыскивание проростков бобов препаратом Эпин-Экстра также приводило к увеличению значений (Бм - Рт)/Рг; этот эффект наблюдался в течение одной недели после опрыскивания.

Таким образом, применение метода МИФ позволило установить стимулирующее действие препарата Эпин-Экстра в концентрации 0,02 -0,04 мг/л на фотосинтетический аппарат растений при обработке семян и листьев бобов, а также семян огурца. Выявлена концентрация препарата (0,02 мг/л), при которой наблюдался наибольший стимулирующий эффект.

В разделе IV.2. описаны лабораторные опыты по изучению влияния кремнийсодержащего препарата Силиплант на фотосинтетический аппарат листьев бобов. Установлено, что препарат оказывал стимулирующее действие на фотосинтетическую активность растений в первые дни после обработки (таблица 5).

Таблица 5. Значения (Бм - Рт)/Рт (±0,05) медленной индукции флуоресценции листьев бобов, обработанных препаратом Силиплант.

Время после обработки, сутки (Рм-РтУРт(±0,05)

Варианты обработок

Контроль Силиплант

1 1,43 (100%) 1,44(101%)

3 1,20(100%) 1,46(122%)

7 0,85 (100%) 1,35 (159%)

9 1,13 (100%) 1,34(119%)

11 0,88 (100%) 0,87 (99%)

В разделе 1У.З. изложены результаты полевых экспериментов по изучению люминесцентных характеристик листьев ячменя, обработанного гербицидом лограном из группы сульфонилмочевины и препаратом Силиплант. Обработка ячменя лограном при норме расхода 8 г/га приводила к уменьшению значений (Рм - 1;гг)/Рт МИФ (понижению фотосинтетической активности растений вследствие фитотоксического действия гербицида на культуру). Дополнительная обработка Силиплантом существенно компенсировала этот эффект (оптимальная норма расхода 1,5 л/га, таблица 6).

Необходимо отметить, что в этом эксперименте использование одного только лограна при норме расхода 8 г/га не приводило к достоверному увеличению урожайности. При обработке растений смесью логран 8 г/га + Силиплант 1,5 л/га наблюдалось увеличение урожайности на 20%.

Таблица 6. Значения (Рм - Рт)/Рт (± 0,03) медленной индукции флуоресценции растений ячменя, обработанных гербицидом лограном и кремнийсодержащим препаратом Силиплант.

Время после обработки, сутки (Рм-Рт)/Рт,±0,03

Варианты обработок

Контроль Логран Логран + Силиплант 1 л/га Логран + Силиплант 1,5 л/га Логран + Силиплант 2 л/га

10 0,24 0,16 0,20 0,28 0,22

17 0,28 0,22 0,26 0,34 0,28

24 0,36 0,30 0,32 0,36 0,34

Основные результаты и выводы

1. С применением методов медленной индукции флуоресценции (МИФ) и термолюминесценции (ТЛ) показано, что экстракты горца сахалинского Яеупошпа $аскаИпет1$ оказывают стимулирующее действие на фотосинтетический аппарат растений бобов, о^рца и ячменя. Наиболее сильный и наиболее продолжительный эффект наблюдется при использовании препаратов, полученных методом сверхкритической флюидной экстракции.

2. В полевых опытах с растениями ячменя установлено увеличение показателя (FM - FT)/FT МИФ на 10-40% в первые 1-3 недели после обработки растений в фазу их наиболее интенсивного роста и развития. При этом наблюдается увеличение урожайности ячменя и основных показателей структуры урожая.

3. Поражение растений огурца западным цветочным трипсом приводит к снижению значений (FM - FT)/FT МИФ (снижению фотосинтетической активности) на 10-30%, и увеличению интенсивности полосы С TJI в области температур выше 60 °С (ухудшению структурно-функциональных характеристик мембран хлоропластов). Обработка растений экстрактами R. sachalinensis частично компенсирует негативное влияние трипсов.

4. Увеличение значений (Fm-Ft)/Ft МИФ в опытах с бобами, обработанными водным экстрактом горца сахалинского, в процентном отношении соответствовует увеличению скорости поглощения COi в специальных условиях эксперимента (10000 лк, 0,5% С02).

5. Обработка семян и листьев бобов, а также семян огурца препаратом Эпин-Экстра в концентрациях 0,02 - 0,04 мг/л приводит к увеличению значений (FM-FT)/FT МИФ листьев растений, что свидетельствует об увеличении фотосинтетической активности, и соответствующему увеличению биомассы растений; наибольший стимулирующий эффект был зарегистрирован при концентрации 0,02 мг/л.

6. Обработка листьев бобов кремнийсодержащим препаратом Силиплант приводит к значительному (на 20-60%) увеличению значений (FM - FT)/FT МИФ (увеличению фотосинтетической активности растений). Дополнительная обработка Силиплантом растений ячменя в полевом опыте существенно компенсирует негативное действие гербицида лограна на фотосинтетический аппарат растений (оптимальная доза 1,5 л/га).

Публикации по материалам работы

1. Поздняков С.А., Гунар Л.Э., Караваев В.А., Солнцев М.К., Глазунова С.А., Кузнецова Е.А. Люминесцентные показатели здоровых и пораженных трипсом листьев огурца // Вестник Московского государственного университета леса (Лесной вестник), 2006, №3, с.220-223.

2. Глазунова С.А., Караваев В.А., Покровский О.И., Паренаго О.О., Солнцев М.К., Тишкин М.С., Гунар Л.Э.

Люминесцентные показатели листьев бобов Vicia faba L., обработанных СКФ-экстрактами Reynoutria

sachalinensis II Сверхкритические флюиды. Теория и практика, 2009, №1, с.66—77.

3. Глазунова С.А., Птушеако В.В., Гунар Л.Э., Караваев В.А., Солнцев М.К., Тихонов А.Н. Медленная индукция флуоресценции и С02-обмен листьев бобов, обработанных экстрактом Reynoutria sachalinensis II Биофизика, 2009, №3, с.495-497.

4. Гунар Л.Э., Мякиньков А.Г., Глазунова С.А., Караваев В.А. Фотосинтетическая активность, урожайность и технологические качества ячменя, обработанного экстрактами Reynoutria sachalinensis II Известия ТСХА, 2009, вып.2, с.91-96.

5. Караваев В.А., Глазунова С.А., Гунар Л.Э., Мякиньков А.Г., Солнцев М.К., Школьников Д.Ю. Люминесцентные и биометрические показатели листьев бобов, обработанных эпином // Материалы VI международного симпозиума «Новые и нетрадиционные растения и перспективы их использования». Пущино, 2005, т.1, с.259-261.

6. Глазунова С.А. Караваев В.А., Солнцев М.К., Францев В.В., Школьников Д.Ю., Гунар Л.Э., Мякиньков А.Г. Особенности фотосинтетического аппарата листьев бобов, обработанных эпином // Материалы IV международной конференции «Регуляция роста, развития и продуктивности растений». Минск, 2005, с.59.

7. Поздняков С.А., Гунар Л.Э., Караваев В.А., Глазунова С.А., Солнцев М.К. Изменения фотосинтетической активности листьев огурцов, обработанных экстрактом Reynoutria sachalinensis и пораженных трипсом // Тезисы докладов Всероссийской конференции «Нетрадиционные и редкие растения, природные соединения и перспективы их использования». Белгород, 2006, т.2, с. 168-171,

8. Поздняков С.А., Гунар Л.Э., Глазунова С.А., Караваев В.А., Солнцев М.К. Люминесцентные показатели листьев огурцов, обработанных экстрактом Reynoutria sachalinensis и пораженных трипсом // В сб.: «Роль физиолого-биохимических исследований в селекции овощных культур». Материалы Всероссийской научно-практической конференции, посвященной 75-летию отдела физиологии и биохимии растений ВНИИССОК. Москва, Российский университет дружбы народов, 2007, с.79-84.

9. Дорожкина Jl.А., Воронин Д.В., Гунар Л.Э., Караваев В.А., Солнцев М.К., Глазунова С.А. Люминесцентные показатели листьев ячменя, обработанного гербицидом лограном и кремнийсодержащим препаратом «Силиплант» // Материалы V международной конференции «Регуляция роста, развития и продуктивности растений». Минск, 2007, с.58.

10. Глазунова С.А., Караваев В.А., Солнцев М.К. Особенности фотосинтетического аппарата листьев бобов, обработанных экстрактом Reynouíria sachalinensis II Материалы V Международной научной конференции «Регуляция роста, развития и продуктивности растений». Минск, 2007. с.43.

11. Karavaev V.A., Gunar L.E., Myakinkov A.G., Schmitt A., Glazimova S.A., Soínísev М.К. Fluorescent characteristics and yield structure of barley treated with plant extract from Reynoutria sachalinensis // In: «Modern fungicides and antifungal compounds V» / Ed. by H.W. Dehne, H.B. Deising, U. Gisi, K.H. Kuck, P.E. Russel, and H. Lyr. Braunschweig: DPG Selbstverlag, 2008, p.285-288.

12. Solntsev M.K., Glazunova S.A., Levykina I.P., Karavaev V.A. Luminescent characteristics of plants treated with /?-aminobutyric acid (BABA) // In: Modern fungicides and antifungal compounds V» / Ed. by H.W. Dehne, H.B. Deising, U. Gisi, K.H. Kuck, P.E. Russel, and II. Lyr. Braunschweig: DPG Selbstverlag, 2008, p.303-304.

13. Glazunova S.A., Karavaev V.A., Pokrovskíy O.I., Parenago O.O. Supercritical fluid extract of Reynoutria sachalinensis as an environmentally benign agricultural chemical II Abstracts of the 2nd International IUPAC conference on green chemistry. Moscow - St. Petersburg, 2008, p.216-217.

14. Глазунова C.A., Гунар Л.Э., Мякикьков А.Г., Караваев В.А., Солнцев М.К. Фотосинтетическая активность и продуктивность ячменя, обработанного экстрактом Reynoutria sachalinensis II Материалы VIH международного симпозиума «Новые и нетрадиционные растения и перспективы их использования». Москва, 2009, т.2, с. 89-91.

15. Glazunova S.A., Karavaev V.A., Pokrovskíy O.I., Parenago O.O. Influence of SF extracts of Reynoutria sachalinensis on fluorescence induction of higher plants // Abstracts of the 9th International symposium on supercritical fluids. Arcachon (France), 2009, p. 169.

Подписано к печати 12.А1 пч Тираж 4й0 Заказ

Отпечатано в отделе оперативном печати физического факультета МГУ

Содержание диссертации, кандидата физико-математических наук, Глазунова, Светлана Андреевна

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1. Фотосинтетический аппарат высших растений.

1.2. Современные представления о природе медленной индукции флуоресценции листьев высших растений.

1.3. Термолюминесценция листьев растений.

1.4. Экстракция как метод выделения физиологически активных соединений из растительного сырья.

ГЛАВА П. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТОВ.

11.1. Объекты исследований.

11.2. Регистрация индукции флуоресценции.

П.З. Регистрация термолюминесценции.

11.4. Получение сверхкритических флюидных экстрактов.

11.5. Анализ сверхкритических флюидных экстрактов методами хроматографии и масс-спектрометрии.

ГЛАВА Ш. ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛИСТЬЕВ РАСТЕНИЙ, ОБРАБОТАННЫХ ПРЕПАРАТАМИ НА ОСНОВЕ REYNOUTRIA SACHALINENSIS.

Ш.1. Обработка растений бобов препаратами на основе R. sachalinensis (лабораторные опыты).

П1.2. Люминесцентные показатели растений ячменя, обработанных препаратами на основе R. sachalinensis (полевые опыты).

111.3. Изменения фотосинтетической активности растений огурца, обработанных экстрактом R. sachalinensis и пораженных трипсом.

111.4. Медленная индукция флуоресценции и СОг-обмен листьев бобов, обработанных экстрактом R. sachalinensis.

ГЛАВА IV. МЕДЛЕННАЯ ИНДУКЦИЯ ФЛУОРЕСЦЕНЦИИ ЛИСТЬЕВ РАСТЕНИЙ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ РОСТРЕГУЛИРУЮЩИХ ПРЕПАРАТОВ ЭПИН-ЭКСТРА И СИЛИПЛАНТ.

IV.l. Влияние препарата Эпин-Экстра на медленную индукцию флуоресценции листьев бобов и огурца при обработке семян и вегетирующих растений.

IV.2. Люминесцентные показатели листьев бобов, обработанных препаратом Силиплант (лабораторные опыты).

IV.3. Люминесцентные показатели листьев ячменя, обработанного гербицидом лограном и кремнийсодержащим препаратом Силиплант (полевые опыты).

Введение Диссертация по биологии, на тему "Люминесцентные характеристики растений, обработанных рострегулирующими препаратами"

Растения — основа существования жизни на Земле. Весь запас органических веществ, благодаря которому существует жизнь на Земле, создают зеленые растения и некоторые специализированные бактерии. Вырабатываемые в процессе фотосинтеза органические вещества служат продуктами питания человека, сырьем для промышленности, кормом для животных. Детальное изучение механизмов фотобиологических реакций, приводящих к образованию кислорода, непосредственно связано с проблемой управления процессом фотосинтеза, повышения его эффективности и устойчивости к воздействию негативных факторов окружающей среды.

В условиях ухудшения экологической обстановки, загрязнения воды, воздуха, почвы растения нуждаются в помощи для борьбы с болезнями, повышения иммунитета, самоочищения от загрязняющих веществ. Разработка новых экологически чистых препаратов для сельскохозяйственного производства, которые могли бы заменить химические средства защиты растений, является актуальной задачей современной «зеленой» химии и биологии. Одно из направлений в разработке таких препаратов связано с получением растительных экстрактов и изучением их действия на физиологическое состояние растения. В последние годы активно развивается метод так называемой сверхкритической флюидной экстракции (СКФ-экстракции), основанный на использовании диоксида углерода в сверхкритическом состоянии. Преимущество этого метода заключается в сохранении большого количества физиологически активных веществ, зачастую теряемых при других способах экстракции. В этой связи весьма актуальным является получение СКФ-экстрактов из растительного сырья и изучение их действия как на метаболизм и продуктивность сельскохозяйственных культур в целом, так и на функциональную активность их фотосинтетического аппарата.

В настоящее время известно большое число рострегулирующих препаратов, рекомендованных для применения в растениеводстве. Биорегуляторы ускоряют прорастание семян, влияют на свойства биологических мембран и активность ферментов, повышают устойчивость растений к неблагоприятным воздействиям и т.п. Применение нетоксичных природных препаратов позволяет в имеющихся условиях вырастить хороший урожай полноценной сельскохозяйственной продукции. Вместе с тем, действие большинства регуляторов роста видо- и сортоспецифично и, кроме того, зависит от способа обработки и условий выращивания-культуры. В этой связи актуальной- является разработка экспресс-методов, позволяющих оценить влияние рострегулирующих препаратов на растения и, в том числе, на их фотосинтетический аппарат.

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

Дель и задачи исследования.

Цель работы:

Изучение влияния различных рострегулирующих препаратов на фотосинтетический аппарат растений люминесцентными методами.

Задачи исследований:

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

4. Изучение люминесцентных характеристик растений, обработанных рядом рострегулирующих препаратов, в полевых испытаниях; сопоставление изменений показателя относительного тушения флуоресценции при регистрации МИФ, характеризующего фотосинтетическую активность растений, с изменением конечной продуктивности сельскохозяйственных культур.

Научная новизна работы.

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

Практическое значение работы.

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

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

Апробация работы.

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

По материалам диссертации опубликовано 15 работ, в том числе 4 статьи в журналах из списка ВАК.

Заключение Диссертация по теме "Биофизика", Глазунова, Светлана Андреевна

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. С применением методов медленной индукции флуоресценции^ (МИФ) и термолюминесценции (TJI) показано, что экстракты горца сахалинского Reynoutria sachalinensis оказывают стимулирующее действие на фотосинтетический аппарат растений бобов, огурца и ячменя. Наиболее сильный и наиболее продолжительный эффект наблюдается- при использовании препаратов, полученных методом сверхкритической флюидной экстракции.

2. В полевых опытах с растениями ячменя установлено увеличение показателя (FM ~ Ft)/Ft МИФ на 10-40% в первые 1—3 недели после обработки растений экстрактами R. sachalinensis в фазу их наиболее интенсивного роста и развития. При этом наблюдается увеличение урожайности ячменя и основных показателей структуры урожая.

3. Поражение растений огурца западным цветочным трипсом приводит к снижению значений (Fm-Ft)/Ft МИФ (снижению фотосинтетической активности) на, 10-30% и увеличению интенсивности полосы С TJI в области температур выше 60 °С (ухудшению структурно-функциональных характеристик мембран хлоропластов). Обработка растений экстрактами R. sachalinensis частично компенсирует негативное влияние трипсов.

4. Увеличение значений (FM-FT)/FT МИФ в опытах с бобами, обработанными водным экстрактом горца сахалинского, в процентном отношении соответствовует увеличению скорости поглощения С02 в специальных условиях эксперимента (10000 лк, 0,5% С02).

5. Обработка семян и листьев бобов, а также семян огурца препаратом Эпин-Экстра в концентрациях 0,02 — 0,04 мг/л приводит к увеличению значений (Fm~Ft)/Ft МИФ листьев растений, что свидетельствует об увеличении фотосинтетической активности, и соответствующему увеличению биомассы растений; наибольший стимулирующий эффект был зарегистрирован при концентрации 0,02 мг/л.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата физико-математических наук, Глазунова, Светлана Андреевна, Москва

1. Аксельруд Г.А. Теория диффузионного извлечения веществ из пористых тел // Львов, 1959, 235 с.

2. Аксельруд Г.А., Лысянский В.М. Экстрагирование. Система твердое тело — жидкость // Л., 1974, 356 с.

3. Бухов Н.Г. Старение листа. Выявление участков, лимитирующих фотосинтез, с помощью коэффициентов тушения флуоресценции хлорофилла и редокс-изменений Р700 в листьях // Физиология растений, Л997, т. 44, с. 352-360:

4. Бухов H.F., Макарова В.В., Кренделева Т.Е. Координация изменений редокс-состояния двух фотосистем в листьях подсолнечника при вариациях освещенности // Физиология растений, 1998, т.45, с.645-652.

5. Глазунова С.А., Птушенко В.В., Гунар Л.Э., Караваев В.А., Солнцев М.К., Тихонов А.Н". Медленная индукция флуоресценции и С02-обмен листьев бобов, обработанных экстрактом Reynoutria sachalinensis> II Биофизика, 2009, №3, с.495—497.

6. Головин П.В. Теория диффузии // Киев, 32 с.

7. Гунар Л.Э., Караваев В.А., Сычев Р.В. Действие кремнийорганических соединений на фотосинтетическую активность, урожайность и технологические качества зерновых культур // Известия-ТСХА, 2008, вып.2, с.78-82.

8. Гунар Л.Э., Мякиньков А.Г., Глазунова С.А., Караваев В.А. Фотосинтетическая активность, урожайность и технологическиекачества ячменя, обработанного экстрактами Reynoutria sachalinensis // Известия ТСХА, 2009, вып.2, с.91—96.

9. Грин Р., Стаут У., Тейлор Д. Биология, т. 1 // М., Мир, 1993, 368 с.

10. Екобена Ф.А.П. Запасание-и трансформация» световой энергии в листьях высших растений в различных физиологических состояниях. Дисс. канд. физ.-мат. наук. М.: МГУ, 1996. 145 с.

11. Залепугин Д.Ю., Тилькунова Н.А., Чернышова И.В., Поляков B.C. Развитие технологий, основанных на использовании сверхкритических флюидов // Сверхкритические флюиды: теория и практика, 2006, т. 1 № 1, с. 27-51.

12. Запрометов М.Н. Биохимия катехинов // М: Наука, 1964, 296 с.

13. Запрометов М.Н." Фенольные соединения // М: Наука, 1993, 272 с.

14. Зилфикаров И.Н., Челомбитько В.А., Алиев А.М. Обработка лекарственного растительного сырья сжиженными газами и сверхкритическими флюидами // Пятигорск, 2007, 244 с.

15. Зинченко Л.А. Изучение химического состава липофильной фракции, полученной из шрота плодов боярышника // Современные проблемы науки и образования, 2008, №3, с. 169172.

16. Иноу Й., Сибата К. Термолюминесценция фотосинтетического, аппарата // Фотосинтез, т. 1 / под ред. Говинджи. М.: Мир, 1987, с. 680^712.

17. Караваев В.А. Нелинейные регуляторные процессы в фотосинтезе высших растений // Дисс. . докт. физ.-мат. наук. М.: МГУ, 1990. 416 с.

18. Караваев В.А., Кукушкин А.К., Шагурина Т.Д., Солнцев М.К. Медленная индукция флуоресценции листьев высших растений в различных условиях освещения в* процессе роста // Физиология растений, 1985, т. 32, №-2, с. 274-281.

19. Караваев В.А., Полякова И.Б. Влияние Na2HP04 на медленную индукцию флуоресценции и фотосинтез листьев бобов // Физиология растений, 1998, т. 45, с. 5-10.

20. Караваев В.А., Солнцев М.К., Юрина Т.П: и др. Люминесцентные показатели и фотосинтез листьев пшеницы в условиях различного минерального питания // Физиология растений, 1997, т. 44, №Г, с. 20-23.

21. Караваев В.А., Шагурина Т.Л., Кукушкин» А.К., Солнцев М.К. Корреляция изменений быстрой и медленной индукции, флуоресценции листьев бобов в присутствии гербицидов и антиоксидантов // Физиология растений, 1987, т. 34, № 1, с. 60.

22. Карапетян Н.В., Бухов Н.Г. Переменная флуоресценция хлорофилла как показатель физиологического состояния растений // Физиология растений, 1986, т. 33, с. 1013-1026.

23. Карначук Р.А., Головацкая И.Ф. Гормональный статус, рост и фотосинтез растений, выращенных на свету разного спектрального состава. // Физиология растений, 1998, т. 45, вып. 6, с. 925- 934.

24. Коренман Я.И. Экстракция органических соединений // Соросовский образовательный журнал, 1997, №1, с. 40-44.

25. Корнеев Д.Ю. Информационные возможности метода индукции флуоресценции хлорофилла // К.: Альтапрес, 2002, 188 с.

26. Кукушкин А.К. Термовысвечивание зеленого листа, облученного видимым светом в вакууме при низкой температуре // Биофизика, 1968, т.13,с.1124-1125.

27. Кукушкин А.К., Кузнецова С.А. Физико-химические исследования механизмов и регуляции фотосинтеза высших растений. Термовысвечивание в исследовании, фотосинтеза // Российский химический журнал, 2007, т. LI, № 1, с. 69-75.

28. Кукушкин А.К., Кузнецова С.А., Долгополова А.А. Индукция люминесценции в исследованиях регуляции фотосинтеза // Российский химический журнал, 2007, т. LI, № 1, с. 76-87.

29. Кукушкин А.К., Тихонов А.Н. Лекции по биофизике фотосинтеза растений // М., изд-во МГУ, 1988, 320 с.

30. Кулаева О.Н. Хлоропласт и его полуавтономность в клетке // Соросовский образовательный журнал, 1997, №7, с. 2-9.

31. Левшин В.Л. Фотолюминесценция жидких и твердых веществ // М.-Л.: государственное издательство технико-теоретической литературы, 1951 г., 456с.

32. Левшин Л.В., Салецкий A.M. Оптические методы исследования молекулярных систем // М.: изд-во Московского университета, 1994, 320с.

33. Леменовский Д.А., Баграташвили В.Н. Сверхкритические среды. Новые химические реакции и технологии // Соросовский образовательный журнал, 1999, № 10, с. 3 6-41.

34. Лунин В.В., Локтева Е.С., Голубина Е.В. Инновационные образовательные программы в области химии. Научно-образовательный центр «Химия-в интересах устойчивого разития — зеленая химия» // М.: Изд-во Московского университета, 2007, 116 с.

35. Нестеренко Т.В., Сидько Ф.Я. Возрастные изменения «медленной индукции флуоресценции хлорофилла листьев пшеницы // Физиология растений, 1985, т. 32, с. 440-447.

36. Нестеренко Т.В., Сидько Ф.Я. Медленная индукция флуоресценции хлорофилла в онтогенезе листьев огурца, // Физиология растений, 1986, т. 33. с. 672-682.

37. Полякова И.Б. Медленная индукция флуоресценции листьев растений при разной фотосинтетической активности // Дисс. . канд. физ.-мат. наук. М.: МГУ, 2002. 147 с.

38. Поляков М., Баграташвили В.Н. Сверхкритические среды: растворители для экологически чистой химии // Российский химический журнал, 1999, T.XLIII, № 2, с.93-99.

39. Ревельский И.А., Глазков И.Н. О применении СФЭ для получения экстрактов из лекарственных, сельскохозяйственных растений и фармпрепаратов // Сверхкритические флюиды. Теория и практика, 2008, т. 3, №2, с.66-77.

40. Рубин А.Б. Биофизика, т. 2 // Mi: Кн. дом. Университет, 2000, 468 с.

41. Сверхкритическая флюидная хроматография // под ред . Смита Р. М.: Мир, 1991,280 с.

42. Солнцев М.К. О природе полосы термолюминесценции фотосинтетических объектов при 40, — 80 °С // Журнал физической химии, 1989; т. 63, с. 1959-1960.

43. Солнцев М.К., Грибова З.П., Караваев1 В.А., Байрамов Х.Б., Ташиш В. Сравнительное изучение действия диурона и тербутрина на термолюминесценцию листьев, пшеницы // Известия АН СССР. Сер. биол., 1989, № 6, с. 936-940.

44. Танганов Б.Б., Сячинова Н.В., Славгородская М.В. Методы выделения и определения (экстракция и хроматография) // Улан-Удэ: изд-во ВСГТУ, 2004, с. 30.

45. Ташиш В. Исследование влияния биологически активных веществ на первичные процессы фотосинтеза высших растений люминесцентными методами // Дисс.канд. физ.-мат. наук. М.: МГУ, 1990. 262 с.

46. Ташиш В., Солнцев М.К. Тезисы докладов Всесоюзной конференции «Преобразование световой энергии вфотосинтезирующих системах и их моделях». Пущино, 1989, с. 111.

47. Тимофеев К.Н., Гольдфельд М.Г. Путь электрона в фотосинтезе: реакции в фотомембранах // Журнал Всес. хим. общ, 1986, т. XXXI, с. 495-502.

48. Тихонов А.Н. Регуляция световых и темновых стадий фотосинтеза// Соросовский образовательный журнал, 1999, №11, с. 8-15.

49. Тихонов А.Н. Трансформация энергии в хлоропластах — энергопреобразующих органеллах растительной^ клетки. // Соросовский образовательный журнал, 1996, №4, с. 24-32.

50. Тищенко С.Ю., Карначук Р. А., Хрипач В. А. Участие эпибрассинолида в фоторегуляции роста Иг гормонального' баланса арибидобсиса на синем свету // Вестник Башкирского университета-2001, № 2 (I), с. 166-167.

51. Ушанова В.М., Степень Р.А., Репях С.М. Переработка древесных отходов хвойных деревьев // Химия растительного сырья, 1998, Том 2 №2, стр. 17-23

52. Хит О. Фотосинтез // М.: Мир, 1972. 240 с:,

53. Шагурина T.JI. Спектроскопические исследования действия гербицидов и антиоксидантов на световые стадии фотосинтеза // Дисс. . канд. физ.-мат. наук. М.: МГУ, 1985. 167 с.

54. Шталь Е., Квирин К.В., Герард Д. Сжатые газы для экстракции и рафинирования // Берлин — Гейдельберг Нью-Йорк - Лондон — Париж - Токио: изд-во Шпрингер, 1988, 9стр.

55. Юрина Т.П., Умнов A.M., Караваев В.А., Солнцев М.К. Влияние мучнистой росы на физиологические процессы в листьях пшеницы // Физиология растений, 1992, т. 39, с. 270-275.

56. Anton К., Berger С. Supercritical fluid chromatography with packed columns//New York, 1998, p. 403-427.

57. Arnold W., Sherwood H. Are chloroplasts semiconductors? // Proc. of National Academy of sciences, 1957, v.43, p.105-114.

58. Baiker A. Supercritical fluids in heterogeneous catalysis. // Chem. Rev., v. 99, No. 2, p. 453-73, 1999.

59. Bennett J. Chloroplast phosphoproteins. Evidence for a thylakoid-bound phosphoprotein phosphatase // Eur. J. Biochem., 1980, v. 104, p. 85-89.

60. Bennett J. Photosynthesis by chloroplast protein phosporilation // Phil. Trans. Roy Soc. London, 1983, v. 302, p. 113-125.

61. Bradbury M., Baker N.R. A quantitative determination of photochemical and non-photochemical quenching during the slow phase of the chlorophyll fluorescence induction curve of bean leaves //Biochim. Biophys. Acta. 1984, v. 765, p. 275-281.

62. Chory J., Reinecke D., Sim S., Washburn Т., Brenner M. A role for cytokinins in de-etiolation in Arabidopsis // Plant Physiology, 1994, v. 104, №2, p. 339-347

63. Daayf F., Schmitt A., Belanger R.R. Evidence of phytoalexins in cucumber leaves infected with powdery mildew following treatment with leaf extracts of Reynoutria sachalinensis // Plant Physiol., 1997, v.113, p.719.

64. Daayf F., Schmitt A., Belanger R.R. The effects of plant extracts of Reynoutria sachalinensis on powdery mildew development and leafphysiology of long English cucumber // Plant Disease, 1995, v. 79, p. 577.

65. Ducruet J.M., Gaillardon P., Vienot J. Z. Use of chlorophyll fluorescence induction kinetics to study translocation and detoxication of DCMU-type herbicides in plant leaves // Naturforsch, 1984, v. 39c, №5, p. 354.

66. Eckert C.A., Knutson B.L. Molecular charisma in supercritical fluids // Fluid Phase Equilibria., 1993, v. 83, p. 93-100.

67. Ekart M.P., Benett K.L., Ekart S.M., Gurdial G.S., Liotta S.L., Eckert C.A. Cosolvent interactions ion supercritical fluid solutions // AIChE J., 1993, v. 39, p. 235-248.

68. Genty В., Briantais J.-M., Baker N.R. The relationship between the quantum yield of photosynthetic electron transport and quenching of chlorophyll fluorescence // Biochim. Biophys. Acta, 1989, v. 990, p. 87-92.

69. Herger G., Klingauf F. Control of powdery mildew fungi with extracts of the giant knotweed, Reynoutria sachalinensis (Polygonaceae) // Med. Fac. Landbouww. Rijksuniv. Gent, 1990, v.55, p.1007.

70. Horton P. Control of chloroplast electron transport by phosphorilation of thylakoid proteins // FEBS Lett., 1983, v. 152, №1, p. 47-52.

71. Hugh M.A., Krukonis V.J. Supercritical Fluid Extraction: Principles . and Practice. 2nd ed. // Boston, 1994. 512 p.

72. Krause G.H., Weis E. Chlorophyll fluorescence and photosynthesis: the basics // Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol., 1991, v. 42, p. 313-349.

73. Lasar D. Chlorophyll a fluorescence induction // Biochim. Biophys. Acta, 1999, v. 1412, p. 1-28.

74. Lu H.-M., Li W.-D., Liang Y-.Z., Man R.-L. Supercritical C02 extraction of emodin and physcion from Polygonum cuspidatum and subsequent isolation by semipreparative chromatography // J. Sep. Sci., 2006, v. 29, p. 2136 2142

75. Maxwell K., Johnson G.N. Chlorophyll fluorescence-a practical guide // J. Exp. Bot., 2000, v. 51, p. 659-668.

76. Medvedovici A., Sandra P., Toribio L., David F. Chiral packed column subcritical fluid chromatography on polysaccharide and macrocyclic antibiotic chiral stationary phases // J. Chromatogr. A, 1997, v. 785, p.158-171.

77. Michel H., Tellenbach M., Boschetti A.A. Chlorophyll 6-less mutant of Chlamydomonas reinhardii lacking in the light-harvesting chlorophyll alb protein complex but not in its apoproteins // Biochim. Biophys. Acta., 1983, v. 725, p. 417-424.

78. Satoch R. Fluorescence induction and activity of ferredoxin-NADFreductase in Briopsis chlorloplast // Biochim. Biophys. Acta, 1981, v. 638, №2, p. 327-333.

79. Schreiber U., Schliwa U., Bilger W. Continuous recording of photochemical and nonphotochemical fluorescence quenching with a new type of modulation fluorometer // Photosynth. Res., 1986, v. 10, p. 51-62.

80. Seddon B:, Schmitt A. Integrated biological control of fungal plant pathogens using natural products // In: Modern Fungicides and Antifungal Compounds II. Andover: Intercept, 1999, p.423.

81. Shipp J.L., Нао X., Papadopoulos A.P., Binns M.R. Impact of western flower thrips (Thysanoptera: Thripidae) on growth, photosynthesis and productivity of greenhouse sweet pepper // Scientia Horticulturae, 1998, v. 72, p. 87-102.

82. Vass I., Govindjee Thermoluminescence from photosynthetic apparatus // Photosynthesis research, 1996, v.48, p. 117-126.

83. Vastano B.C., Chen Y., Zhu N., Ho C.-T., Zhou Z., Rosen R.T. Isolation and identification of stilbenes in two varieties of Polygonum cuspidatum II J. Agric. Food Chem., 2000, v. 48, p. 253-256

84. Vrchotova N., Sera В., Triska J., Dadakova E., Kuzel S. Phenolic compounds in the leaves of Reynoutria // Houtt. genus. In: Polyphenols communications, 2004, XXII International conference on polyphenols, Helsinki, Finland, p. 811-812.1. V

85. Vrchotova N., Sera В., Triska J. The stilbene and catechin content of the spring sprouts of Reynoutria species I I Acta Chromatographica, 2007, № 19, p. 21-28

Информация о работе

Глазунова, Светлана Андреевна
кандидата физико-математических наук
Москва, 2009
ВАК 03.00.02

Диссертация

Люминесцентные характеристики растений, обработанных рострегулирующими препаратами - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы