Морфофизиологические особенности развития сеянцев сосны обыкновенной в условиях хронического действия ионов цинка

Савочкин, Юрий Валерьевич

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Морфофизиологические особенности развития сеянцев сосны обыкновенной в условиях хронического действия ионов цинка
ВАК РФ 03.01.05, Физиология и биохимия растений

Автореферат диссертации по теме "Морфофизиологические особенности развития сеянцев сосны обыкновенной в условиях хронического действия ионов цинка"

На правах рукописи

Савочкин Юрий Валерьевич

МОРФОФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ РАЗВИТИЯ СЕЯНЦЕВ СОСНЫ ОБЫКНОВЕННОЙ В УСЛОВИЯХ ХРОНИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ ИОНОВ ЦИНКА

03.01.05 - Физиология и биохимия растений

Автореферат

диссертации на соискание учёной степени кандидата биологических наук

2 5 ОКТ 2012

Москва-2012

005053712

Работа выполнена в лаборатории физиологических и молекулярных механизмов адаптации Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института физиологии растений им. К. А. Тимирязева Российской академии наук, Москва.

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Иванов Виктор Борисович, доктор биологических наук, профессор, Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физиологии растений им. К.А. Тимирязева Российской академии паук, лаборатория физиологии корня, заведующий лабораторией

Тараканов Иван Германович, доктор биологических наук, профессор, Российский государственный аграрный университет - МСХА им. К.А. Тимирязева, кафедра физиологии растений, заведующий кафедрой

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, биологический факультет

Защита состоится «9» октября 2012 г. в 13:00 ч. на заседании Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 002.210.01 при Федеральном государственном бюджетном учреждении пауки Институте физиологии растений им. К.А. Тимирязева Российской академии наук по адресу: 127276, г. Москва, ул. Ботаническая, 35. Факс: (495)977-80-18, e-mail: ifr@ippras.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института физиологии растений им. К.А. Тимирязева Российской академии наук.

Автореферат разослан «8» сентября 2012 года.

кандидат биологических наук

Иванов Юрий Валерьевич

Азаркович Марина Ивановна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Тяжёлые металлы составляют особую группу загрязнителей, неподверженньгх биодеструкции и способных аккумулироваться в почвах до токсических концентраций. Токсическое действие тяжёлых металлов проявляется в нарушении метаболизма, снижении продуктивности и даже гибели растений (Титов, 2007). В связи с этим изучение реакции растений на действие тяжёлых металлов имеет пе только большой научный, но и практический интерес. Среди группы тяжёлых металлов уникальная роль принадлежит цинку, который в качестве кофактора входит в состав всех известных классов ферментов. Цинк характеризуется высокой интенсивностью поглощения растительностью (до 5160 тыс. т/год) (Никонов, 2004), а увеличение техногенной эмиссии в окружающую среду делает его одним из опасных загрязнителей биоты.

Воздействие ионов цинка на растения начали шучать сравнительно недавно, в основном на сельхозкультурах: рис, пшеница (Lichtfouse, 2009); хлопок (Stewart, 2010); сахарный тростник (Jain, 2010); томат (Muschitz, 2009). Большинство исследований выполнено на дикорастущих травянистых растениях: смолёвка приморская (Lichtfouse, 2009); полевица тонкая, овсяница красная, щетинник зелёный (Kaznina, 2009); очиток (Ли, 2008). Существенный вклад в понимание механизмов действия ионов цинка внесло изучение модельных объектов: резуховидки Таля (Arabidopsis thali-апа L.) (Lichtfouse, 2009) и хрустальной травки (Mesembryanthemum crystallinum L.) (Холодова, 2005). Однако данные о влиянии тяжёлых металлов на хвойные растения носят лишь фрагментарный характер и, в основном, связаны с изучением симбиоти-ческого взаимодействия микоризообразователей с сеянцами сосны (Hartley-Whitaker, 2000; Krupa, 2007). Вместе с тем, возрастающая эмиссия тяжёлых металлов создаёт опасность их аккумуляции в почвах лесных земель до токсических уровней, следствием чего может стать деградация наиболее цепных хвойных лесов. Всё это делает актуальным изучение физиологических и молекулярных механизмов устойчивости древесных растений, прежде всего хвойных, к высоким концентрациям тяжёлых металлов.

Цель и задачи исследования. Целью работы являлось изучение особенностей развития сеянцев сосны обыкновенной (Pinns sylvestris L.) в условиях повышенного содержания ионов цинка в среде.

Задачи исследования:

1. Изучить влияние ионов цинка в широком диапазоне концентраций на прорастание семян сосны обыкновенной.

2. Исследовать особенности развития сеянцев сосны обыкновенной на раннем ювенильном этапе онтогенеза в условиях хронического действия ионов цинка.

3. Установить особенности пакопления и транслокации ионов цинка в органах сеянцев (корневая система, гипокотиль, семядоли, хвоя), а также оценить влияние их избытка на аккумуляцию ряда элементов минерального питания (К, Ca, Mg, Mn, Fe).

4. Исследовать влияние повышенных концентраций ионов цинка на анти-оксидантный статус (содержание Н202 и малонового диальдегида) и функционирование ключевых антиоксидантных систем сеянцев (активности супероксиддисмутазы, каталазы, содержапие низкомолекулярных антиоксидантов и пролина).

Научная новизна. Впервые изучены особенности развития сеянцев сосны обыкновенной в условиях хронического действия избытка ионов цинка в среде выращивания. Установлены минимальные токсические концентрации ионов цинка, вызывающие ратпою гибель сеянцев. Исследованы особенности аккумуляции и транслокации ионов цинка в органах сеянцев и влияние их избытка на поглощение ряда необходимых элементов минерального питания. Исследовано функционирование ключевых компонентов антиоксидантной системы сосны обыкновенной на ранних этапах онтогенеза в условиях хронического действия ионов цинка. Установлен органоспе-цифический ответ антиоксидантных систем сеянцев, характеризующийся рецилрок-ным взаимодействием антиоксидантных ферментов и низкомолекулярных антиоксидантов. Впервые показано, что стратегия адаптации сеянцев сосны обыкновенной к токсическому действию ионов цинка направлена на замедление процессов роста и развития, о чем косвенно свидетельствует снижение активности основных компонен-

тов ферментативной аптиоксидантной системы.

Практическая значимость. Полученные экспериментальные данные могут иметь широкое практическое применение в лесном хозяйстве при оценке перспектив закладки лесных питомников для выращивания стандартного посадочного материала и посадки лесных культур на землях, подверженных загрязнению тяжелыми металлами. Теоретические обобщения диссертационной работы могут быть использованы для разработки программ научных исследований по изучению адаптации древесных видов растений к действию различных стрессоров абиотической природы. Совокупность экспериментальных данных может быть использована для разработки курсов лекций для студентов лесохозяйственных и общебиологических специальностей.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на 14-й Путинской международной школе-конференции молодых учёных «Биология - наука XXI века» (Пущино, 2010); школе-конференции «Фундаментальная наука для биотехнологии и медицины» (Москва, 2010); X Международной конференции молодых учёных «Леса Евразии - Подмосковные вечера» (Мытищи, 2010); Всероссийском симпозиуме «Растение и стресс (Plants under Environmental Stress)» (Москва, 2010); Международной научно-практической конференции «Наука о лесе XXI века» (Гомель, 2010); XI Международной конференции молодых ученых «Леса Евразии - Брянский лес» (Брянск, 2011).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 16 печатных работ, из которых 6 статей в рецензируемых журналах.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введешм, обзора литературы, описания объекта и методов исследования, изложения полученных результатов и их обсуждения, заключения, выводов и списка литературы. Материалы диссертации изложены на 112 страницах машинописного текста и содержат 15 таблиц, 22 формулы и 15 рисунков. Список цитируемой литературы включает 232 наименования, в т. ч. 173 иностранных.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Сосна обыкновенная {Pinus sylvestris L.) - представитель рода сосна (Pinus), семейства Сосновые (Pinaceae). Обширный ареал произрастания сосны обыкновенной (Shutyaev, 2003) может свидетельствовать о её высоком адаптационном потенциале. Благодаря своим морфофизиологическим особенностям, сосна обыкновенная на ранних этапах онтогенеза является удобным модельным объектом для изучения физиологических механизмов устойчивости хвойных видов к неблагоприятным факторам окружающей среды (Иванов, 2011а).

В условиях водной культуры сеянцы сосны выращивали в камере фитотрона со световым периодом 16 ч при мощности освещения 37,6 Вт/м2 люминесцентных ламп Philips (F36W/54, Голландия), температуре воздуха 23±1°С и 15+ГС и относительной влажности воздуха 55 и 70% днем и ночью соответственно.

Условия проведения опытов. Семена сосны проращивали в условиях водной культуры с содержанием 1,26 (контроль), 25, 50, 100, 150 и 300 мкМ ZnS04. После развёртывания семядолей, сеянцы выращивали на питательной среде следующего состава: NH4+ - 2.0 мМ; К+ - 1.5 мМ; Mg2+ - 0.5 мМ; Na+ - 0.21 мМ; Са2+ - 2.0 мМ; В3+ -55 мкМ; Мп2+ - 5 мкМ; Zn2+ - 1.26 мкМ; Си2+ - 0.32 мкМ; MoG+ - 0.1 мкМ; Со2+ - 0.02 мкМ; Fe2+ - 9.5 мкМ; N03" - 2.0 мМ; РО„3" - 1.5 мМ; S042" - 0.616 мМ; СГ - 2.0 мМ; I" - 1.0 мкМ; ЭДТА*" - 9.5 мкМ, pH 4.5 с соответствующим содержанием ZnS04. Смену растворов проводили раз в 5 дней. При достижении сеянцами возраста 6 недель — ювенильного этапа онтогенеза, характеризующегося устойчивым формированием ассимилирующих органов, эксперимент прекращали. Для проведения биохимических опытов растения фиксировали в жидком азоте и хранили при -70°С.

Морфометрические показатели сеянцев. Оценку темпов накопления биомассы сеянцами проводили гравиметрическим методом с точностью до 0,1 мг. Измерения длин органов сеянцев (главный корень, гипокотиль, семядоли, хвоя), протяжённость зоны образования боковых корней, их количества и общей длины, а также подсчёт количества хвоинок проводили в программе Maplnfo Professional v.9.5 после сканирования сеянцев с разрешением 800 dpi.

Содержание металлов (Zn, К, Ca, Mg, Fe, Mn) в тканях растет™ определяли на атомго-абсорбционном спектрофотометре Лабист-400 («Лабист», Россия) после минерализации в растворах концентрированных HN03 и НСЮ4 (2:1) в течение 24 ч при комнатной температуре и инкубации в термостате TDB-A-400 («BioSan», Латвия) последовательно при 150°С - в течение 1,5 ч и 180°С - в течение 2 ч (Иванов, 2011а).

Содержание малонового диальдегнда (МДА) определяли спектрофотометрически по образованию окрашенного комплекса МДА с тиобарбитуровой кислотой при нагревании (Heath и Packer, 1968).

Содержание перекиси водорода оценивали спектрофотометрически по образованию окрашенного комплексного соединения - пероксида титана из сульфата титана Ti2(S04)3 (Brennan, Frenkel, 1977).

Экстракцию и определение общей активности супероксиддисмутазы (СОД) проводили по методу, основанному на ингибировании СОД фотохимического восстановления нитросинего тетразолия до формазана (Beauchamp, Fridovich, 1971), и выражали в условных единицах активности СОД/мг белка.

Активность каталазы измеряли спектрофотометрически по скорости разрушения перекиси водорода каталазой грубого экстракта (Maehly and Chance, 1954).

Натнвный электрофорез СОД проводили в полиакриламидном геле (12% разделяющий и 5% концентрирующий) по стандартной методике Лэмли (Laemmli, 1970) на приборе Bio-Rad, «Mini protein 3», США. Для равномерной загрузки слотов при проведении гель-электрофореза СОД образцы выравнивали по содержанию белка методом, основанном на восстановлении меди при взаимодействии с белками в щелочных условиях в присутствии бицинхониновой кислоты (Smith, 1985). Визуализацию отдельных изоформ СОД проводили методами, предложенными Мизальским (Miszalski, 1998).

Содержание низкомолекулярных антноксидантов измеряли спектрофотометрически по интенсивности обесцвечивания окрашенного ABTS (2,2'-azinobis-[3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid]) и K208S2 комплекса при восстановлении низкомолекулярными антиоксидантами свободных ABTS-радикалов (Re, 1999) и выражали

в единицах тролокса/г сырой биомассы.

Экстракцию и определение содержания свободного пролина проводили по методу предложенному Бэйтсом с соавт. (Bates, 1973).

Содержание белка в ферментных препаратах проводили спектрофотометри-чески с использованием красителя Кумасси R-250 по Эсену (Esen, 1978).

Определение осмотического потенциала проводили на осмометре Osmomat 030 «Gonotac» (Германия). Величину осмотического потенциала выражали в мОсм/л клеточного сока.

Каждый эксперимент реализован в трёх независимых повторностях. Сильно отклоняющиеся варианты выборки исключали из анализа на основании критических значений разности между двумя крайними вариантами совокупности на уровне значимости 0,01. Выборочные совокупности обрабатывали методами параметрической статистики (t-критерий Стьюдента) в среде Microsoft Excel 2003. Итоговые данные представляют собой среднюю арифметическую величину ± основную ошибку средней величины.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ Влияние повышенных концентраций ионов циика на формирование и развитие сеянцев сосны обыкновенной

Этап прорастания семени и ранний ювенильный этап являются наиболее критическими этапами в жизни древесных растений (Иванов, 2011а). В связи с этим нами проанализировано влияние повышенных концентраций ионов цинка на посевные качества семян сосны обыкновенной. Руководствуясь требованиями межгосударственного стандарта (ГОСТ 13056.6-97, 1998), энергию прорастания семян оценивали через 7 суток, а их абсолютную всхожесть - через 15 суток после замачивания в растворах ZnS04 в дистиллированной воде. Средний семенной покой выражали в днях и определяли путём суммирования произведений числа проросших семян на соответствующий день учёта и последующим делением суммы на число проросших семян.

Таблица 1 - Влияние цинка па посевные качества семян сосны

Наименование показателя 2п80„, мкМ

1,26 50 150 300

Абсолютная всхожесть семян, % 90,3 ± 1,2 91,5 ± 1,9 89,7 ±0,6 89,7 ± 0,7

Энергия прорастания, % 72,9 ± 1,6 80,8 ± 2,9 73,3 ±3,5 75,4 ±4,2

Средний семенной покой, дни 7,3 ± 0,2 6,9 ±0,1 7,5 ± 0,3 7,2 ± 0,2

Анализ полученных данных свидетельствует об отсутствии выраженного влияния ионов цинка на посевные качества семян (табл. 1), что также показало нами в экспериментах с более высокими концентрациями 2п804 (Иванов, 20116). Учитывая повышештое количество погибших сеянцев (27% по отношению к контролю) через 6 недель эксперимента при хроническом действии 300 мкМ Хп2+ и полную гибель сеянцев через 16 недель, в качестве рабочих были выбраны концентрации 25, 50, 100 и 150 мкМ /п2+.

Действие повышенных концентраций ионов цинка вызывало значительное снижение темпов накопления сырой биомассы сеянцев (табл. 2) (коэффициент корреляции (г) = 0,89; достоверность коэффициента корреляции (!г) = 2,80). Содержание воды в органах сеянцев во всех экспериментальных вариантах сохранялось на стабильном уровне (табл. 2), что свидетельствует о высокой водоудерживагащей способности тканей сеянцев сосны. Наиболее чувствительными к хроническому действию ионов цинка оказались корневая система и хвоя сеянцев. Ингибировапие накопления сухой биомассы корневой системой (г = -0,91; 1Г = 3,01) и хвоей (г = -0,95; 1Г — 4,18) сеянцев проходило пропорционально увеличению концентрации ионов цинка в среде (табл. 2), тогда как ипгибирования роста и развития гипокотилей и семядолей сеянцев не наблюдалось (табл. 2).

Таблица 2 - Развитие сеянцев сосны в условиях хронического действия ионов цинка

Наименование показателя ZnS04, мкМ

1,26 (контроль) 50 100 150

Сырая биомасса, мг

Сеянец 299,7 ±8,5 221,6 ±5,8 239,4 ±7,5 172,2 ± 5,5

Сухая биомасса органов сеянцев, мг

Корневая система 7,8 ± 0,6 5,7 ± 0,5 5,6 ± 0,8 4,9 ± 0,9

Гипокотиль 4,6 ± 0,3 3,9 ± 0,3 4,7 ±0,2 4,1 ±0,2

Семядоли 5,3 ± 0,3 4,8 ±0,3 5,3 ± 0,3 5,7 ±0,1

Хвоя 35,7 ±3,5 25,5 ± 0,9 24,7 ± 2,6 18,6 ± 1,5

Относительное содержание воды, %

Корневая система 91,8 ±0,3 91,3 ±0,2 90,8 ± 0,3 89,3 ± 0,9

Гипокотиль 71,7 ± 1,0 72,3 ± 0,8 70,7 ±1,1 73,0 ± 1,0

Семядоли 76,2 ± 0,7 74,9 ± 0,6 74,6 ± 0,7 74,8 ± 0,8

Хвоя 79,5 ± 0,4 80,5 ± 0,3 79,7 ± 0,3 79,7 ± 0,2

Длина, мм

Главный корень 200,5 ± 4,2 161,7 ±3,0 149,3 ±3,1 115,1 ±2,8

Гипокотиль 30,4 ± 0,3 28,8 ± 0,3 29,1 ± 0,3 29,6 ±0,3

Семядоли 27,2 ± 0,2 24,4 ± 0,2 25,0 ± 0,3 24,6 ± 0,3

Хвоя 37,0 ± 0,4 34,1 ±0,4 32,4 ± 0,4 29,7 ±0,4

Токсическое действие ионов цинка проявлялось в снижении длины хвои сеян-

цев на 8% при 50 мкМ Zn:+ (/ = 5,13,р = 0,001), 12% при 100 мкМ (г = 8,13; р = 0,001), и 20% при 150 мкМ (i = 12,90; р = 0,001) (табл. 2).

Увеличение концентрации ионов цинка в питательном растворе приводило к пропорциональному снижению количества сформировавшихся хвоинок (г - -0,95; tr = 3,96) (рис. 1): на 23% (/ = 7,33; р = 0,001) при действии 50 мкМ ZnS04) 30% (i = 9,18; р = 0,001) и 37% (i = 12,18; р = 0,001) при действии 100 и 150 мкМ соответственно.

а зо -

u 20

3»

Рисунок 1 - Количество сформировавшихся хвоинок в условиях хронического действия ионов цинка

1,26

50 100

ZnS04, мкМ

150

Токсичность ионов цинка в высоких концентрациях проявлялась в ингибирова-нии развития корневой системы сеянцев сосны (рис. 2).

200 -1

160 -

б 120 -д

g 80 щ

Si 40

Г*-

g 30 й

1.26

300 -1

« 250 •

| 200

I 150 В

£ 100 -

о 50

50 100

ZnSOj, мкМ

150

1.26

100

ZnSO,, мкМ

150

г-ь

4-,

гЬ

1.26

50 100

ZnSf)4. мкМ

150

Рисунок 2 - Развитие корневой системы сеянцев: протяжённость зоны образования боковых корней (а), количество боковых корней (б), общая длина боковых корней (в) в условиях хронического действия ионов цинка

Ингибирование прироста главного корня в длину у сеянцев, выращенных при 50 мкМ ZnS04, составило 19% (Г = 7,48; р = 0,001), при 100 мкМ - 26% (/ = 9,76; р = 0,001), и 43% (t = 16,73; р = 0.001) при 150 мкМ Zn2+ (табл. 2). Сравнение данных об изменении протяжённости зоны образования боковых корней (рис. 2а) с длиной глав-

ного корня (табл. 2) в условиях повышенных концентраций ионов цинка свидетельствует о её сокращении с 86% в контроле до 76% при 150 мкМ Zn" .

Ингибирование формирования боковых корней в условиях токсического действия ионов цинка по отношению к контрольной группе сеянцев составило: 25% (t = 4,59; р = 0,001) при 50 мкМ Zn2+, 23% (t = 4,08; р = 0,001) при 100 мкМ и 49% (f = 9,67; р = 0,001) при 150 мкМ (рис. 26). При этом токсическое действие 50 мкМ ZnS04 снижало общую протяжённость боковых корней на 33% (t = 5,68; р — 0,001), 100 мкМ на 44% (t = 7,42; р = 0,001) и 150 мкМ на 53% (< = 9,19; р = 0,001) (рис. 2в). Ингибирование роста и развития корневой системы связано с замедлением интенсивности клеточных делений в присутствии ионов тяжелых металлов, уменьшением количества клеток на всех фазах митоза и увеличением продолжительности всего митотического цикла (Серёгин, 2001а).

Аккумуляция ионов цинка сеянцами сосны обыкновенной

При всех исследованных концентрациях гп8С>4 наблюдалась значительная аккумуляция ионов цинка в корневой системе сеянцев (г = 0,96; Гг = 4,60) (рис. 3). _ 120

й 100 -о

УО

-F

Рисунок 3 - Содержание ионов цинка в корневой системе сеянцев сосны

60 -

| 40

| 20 V

1,26 25 50 150

ZnS04, мкМ

Отмечено увеличение накопления ионов цинка в корневой системе сеянцев с 15 мкмоль/г сухой биомассы (25 мкМ Zn2+) до 112 мкмоль/г сухой биомассы (150 мкМ Zn2+) (рис. 3).

з □ С'елгядоліг

ЕЗ Хвоя

* Гі токоти ль

Рисунок 4 - Содержание ионов цинка в надземных органах сеянцев сосны

1.26

150

7лі80,, мкМ

Анализ полученных данных свидетельствует о выраженной аккумуляции ионов цинка в гипокотилях и семядолях, по сравнению с хвоей сеянцев (рис. 4). На основании этого можно предположить, что гипокотили и семядоли сеянцев сосны, накапливая ионы цинка, препятствуют их поступлению в хвою.

Особенности накопления и транслокации ионов цинка в органах сеянцев сосны обыкновенной позволяют отнести её к группе типичных индикаторов, накапливающих ионы цинка в надземных органах пропорционально увеличению концентрации ионов металла в субстрате (гипокотили г = 0,998; Iг = 20,66; семядоли г = 0,99; г, = 8,71; хвоя г = 0,99; гг = 9,21) (рис. 4).

Исследование аптиоксидантного статуса сеянцев сосны обыкновенной при действии повышенных концентраций ионов цинка

Токсическое действие повышенных концентраций ионов цинка практически не приводило к изменению содержания перекиси водорода и малонового диальдегида в органах сеянцев сосны (табл. 3).

Таблица 3 - Содержание перекиси водорода и МДА в органах сеянцев сосны в

условиях хронического действия ионов цинка

Наименование органа гпБОд, мкМ

1,26 (контроль) 50 100 150

Н202, мкмоль/г сырой биомассы

Корневая система 9,4 ±0,7 8,9 ±1,1 8,6 ± 0,2 7,5 ±0,1

Гипокотиль 11,6 ±0,3 10,2 ± 0,2 13,2 ± 1,0 12,6 ±0,1

Семядоли 20,1 ± 1,9 23,5 ±1,3 24,7 ± 1,0 21,9 ± 1,1

Хвоя 12,0 ±0,7 10,5 ±0,3 11,1 ±0,7 10,4 ± 0,6

МДА, мкмоль/г сырой биомассы

Корневая система 0,155 ±0,009 0,151 ±0,004 0,144 ±0,004 0,159 ±0,006

Гипокотиль 0,266 ± 0,028 0,234 ± 0,020 0,212 ±0,024 0,260 ± 0,034

Семядоли 0,158 ±0,012 0,152 ±0,012 0,180 ±0,001 0,230 ± 0,046

Хвоя 0,111 ±0,003 0,122 ±0,004 0,163 ±0,006 0,135 ±0,007

Стабильный уровень перекиси водорода и МДА в органах сеянцев (табл. 3) свидетельствует об отсутствии развития окислительного стресса в условиях хронического действия ионов цинка. Отсутствие симптомов окислительного стресса в условиях продолжительного действия повышенных концентраций ионов цинка, очевидно, свидетельствует об эффективном функционировании антиоксидантных систем сеянцев (Иванов, 2012а). В связи с этим нами были исследованы функционирование ферментативной антиоксидантной системы (СОД каталаза), содержание низкомолекулярных антиоксидантов и пролила (табл. 4-7).

Таблица 4 - Активность СОД в органах сеянцев сосны в условиях хронического

действия ионов цинка, усл. ед. активности/мг белка

Наименование органа гп804, мкМ

1,26 (контроль) 50 100 150

Корневая система 421,1 ±81,2 295,6 ±35,2 224,6 ±30,5 167,3 ±23,2

Гипокотиль 488,9 ± 92,7 1487,8 ±278,6 1246,8 ± 184,9 1643,7 ± 203,5

Семядоли 697,3 ± 99,5 492,1 ± 68,6 1246,5 ± 153,5 1312,3 ± 136,7

Хвоя 109,0 ±5,1 72,8 ±3,1 59,2 ± 4,0 66,9 ±4,4

Анализ полученных данных свидетельствует о дифференциальном характере изменения общей активности СОД в органах сеянцев в условиях повышенных кон-

центраций ионов цинка. Снижение активности СОД в корнях по сравнению с контролем составило 30% (/ = 1,42; р > 0,05) при 50 мкМ, 47% (/ = 2,26; р = 0,05) при 100 мкМ и 60% (/ = 3,00; р = 0,01) при 150 мкМ 2п2*. В хвое ингибирование активности СОД составило 33% (/ = 6,09; р = 0,001) при 50 мкМ, 46% (г = 7,72; р = 0,001) при 100 мкМ и 39% (7 = 6,29; р = 0,001) при 150 мкМ Ъа*. По-видимому, это связано с интенсивностью и продолжительностью воздействия ионов цинка на сеянцы сосны.

Действие повышенных концентраций ионов цинка приводило к увеличению общей активности СОД в гипокотилях и семядолях. При этом в гипокотилях зафиксировано увеличение активности СОД более чем в два раза по отношению к контролю (табл. 4) в ответ на хроническое действие избытка ионов цинка. В семядолях действие 50 мкМ 2пБ04 снижало активность СОД на 29% (I = 1,70; р > 0,05), тогда как 100 и 150 мкМ гп2+ увеличивали активность фермента на 79% (Г = 3,00; р = 0,01) и 88% (Г = 3,64;р = 0,01) соответственно (табл. 4).

Изоферментный анализ показал, что активность СОД в органах сеянцев представлена главным образом Си/7п-СОД. Повышенные концентрации ионов цинка в питательном растворе не приводили к изменению изоферментного состава СОД в органах сеянцев сосны, а активности Си/2п-изоформ СОД различной клеточной локализации изменялись дифференциально (рис. 5).

160 ІЗ 120

Н 80 і

а 40 р

4 о

нв-2

-Сумма

50 75 100 125 150

7п804. МКМ

160

^ 120 О

р9

Н 80 и о X

-І- 3

-Сумма

120

ЯП

Й 40

160

э 120

С 80

г 40

50 75 100 125 150 гп804, мкМ

1 «-2 «-З -»4

-Сумма

75 100 125 150

50 75 100 125 150

7,п804, мкМ

гп804, мкМ

Рисунок 5 - Активность изоформ СиЖп-СОД различной клеточной локализации в корневой системе (а), семядолях (б), гипокотилях (в) и хвое (г) сеянцев в условиях хронического действия ионов цинка. За 100% принята активность изоформ Си/7п-СОД сеянцев, выращенных в контрольных условиях Другим ключевым компонентом группы ферментов-антиоксидантов, участвующих в инактивации АФК, является каталаза.

Таблица 5 - Активность каталазы в органах сеянцев сосны в условиях хронического действия ионов цинка, ммоль Н2Ог/мг белка-мин

Наименование органа 2П804, мкМ

1,26 (контроль) 50 100 150

Корневая система 17,1 ± 1,6 16,2 ±2,3 11,7 ± 1,1 5.2 ± 0,4

Гипокотиль 24,0 ± 1,1 63,7 ±4,2 50,7 ±9,3 42,3 ± 5,8

Семядоли 15,6 ±1,9 13.4 ± 1,6 31,6 ±4,7 22,0 ± 3,3

Хвоя 14,8 ±4,0 5,6 ±0,4 4,5 ± 0,4 4,2 ±0,2

Следует отметить, что изменение активности каталазы в органах сеянцев сосны (табл. 5) в условиях повышенных концентраций ионов цинка проходило пропорционально изменению активности СОД (корневая система г = 0,88; и = 2,65; гипокотили г = 0,76; 1Г = 1,64; семядоли г = 0,84; *г = 9,04; хвоя г = 0,98; /г = 7,27) (табл. 4). В связи с этим можно сделать вывод о том, что активность каталазы в большей степени зависела от содержания П202, являющейся продуктом реакции дисмутации.

Снижение активности основных антиоксидантных ферментов в корневой системе и хвое сеянцев в условиях продолжительного действия повышенных концентраций ионов цинка, косвегаю характеризует замедление интегральных процессов метаболизма.

Таблица 6 - Содержание низкомолекулярных антиоксидантов в органах сеянцев сосны обыкновенной, мкмоль тролокса/г сырой биомассы

Наименование органа 7П804, МКМ

1,26 (контроль) 25 50 150

Корневая система 36,7 ± 1,6 37,9 ±0,8 22,3 ±1,1 25,2 ± 1,5

Гипокотиль 55,9 ± 2,2 69,4 ± 2,6 60,8 ± 2,4 52,5 ± 1,2

Семядоли 33,6 ±2,0 38,4 ±1,1 34,8 ± 1,7 34,5 ± 1,5

Хвоя 28,6 ±0,8 32,1 ±0,7 26,6 ± 1,0 29,5 ± 0,7

Токсическое действие повышенных концентраций ионов цинка приводило к увеличению содержания низкомолекулярных антиоксидантов в гипокотилях (за исключением 150 мкМ 2п2+) и семядолях сеянцев (табл. 6). Наиболее выраженное увеличение содержания низкомолекулярных антиоксидантов в гипокотилях и семядолях отмечено в условиях 25 мкМ 2п804 - 24% (г = 3,91; р = 0,001) и 14% (/ = 2,08; р = 0,05) соответственно (табл. 6). Отсутствие дозовой зависимости между концентрацией ионов цинка и содержанием низкомолекулярных антиоксидантов отмечено в хвое сеянцев (г = -0,03; 1Г = 0,04) (табл. 6) при колебаниях в пределах 14% по отношению к контролю. В отличие от надземных органов, действие повышенных концентраций ионов цинка (50 и 150 мкМ 2п2+) вызывало снижение данного показателя в корнях сеянцев по отношению к контрольным растениям на 39% (/ = 7,44; р = 0,001) и 31% (I = 5,25; р = 0,001) соответственно (табл. 6).

Среди низкомолекулярных аитиоксидантов особое место занимает пролин, ан-тиоксидантные свойства которого связывают со способностью стабилизировать структуры белков и мембран за счёт образования гидрофильных оболочек. Такие образования препятствуют инактивации белков гидроксильными радикалами и синглет-ным кислородом (Кузнецов, 1999). В условиях хронического действия ионов цинка во всех органах сеянцев происходило увеличение содержания пролина (табл. 7).

Таблица 7 - Содержание свободного пролина в органах сеянцев сосны обыкновенной, мкмоль/г сырой биомассы

Наименование органа ZnS04, мкМ

1,26 (контроль) 50 100 150

Корневая система 0,36 ± 0,01 0,44 ±0,01 0,47 ±0,02 0,55 ± 0,02

Гипокотиль 0,87 ±0,04 0,91 ±0,06 0,99 ± 0,03 1,17 ±0,07

Семядоли 0,50 ± 0,04 0,64 ± 0,04 0,69 ±0,03 0,59 ± 0,03

Хвоя 0,31 ±0,01 0,28 ± 0,07 0,33 ± 0,01 0,44 ±0,01

Увеличение содержания пролина в корневой системе и хвое сеянцев (табл. 7) на фоне ингибирования активности СОД (табл. 4) свидетельствует о реципрокном характере взаимодействий между ними в процессе инактивации АФК.

Полученные данные свидетельствуют о существовании различий в органоспе-цифическом ответе сеянцев сосны на продолжительное действие ионов цинка. Это проявляется в динамике активностей антиоксидантных ферментов и содержания низкомолекулярных аитиоксидантов в органах сеянцев сосны.

Влияние повышенных концентраций ионов цинка на поглощение и транслокацию элементов минерального нитапия сеянцами сосны обыкновенной

При повышенном содержании ионов цинка в среде доступность многих элементов минерального питания существенно изменяется (Brune, 1994; Sagardoy, 2009). В связи этим нами были проанализированы особешюсти поглощения и транслокации ряда макро- (табл. 8) и микроэлементов (табл. 9).

Таблица 8 - Содержание макроэлементов в органах сеянцев сосны обыкновенной

Наименование органа ZnS04, мкМ

1,26 (контроль) 25 50 150

Содержание калия, мкмоль/г сухой биомассы

Корневая система 577,3 ± 39,6 584,1 ±26,6 695,7 ± 106,2 438,8 ±28,1

Гипокотиль 204,0 ±8,3 187,3 ±2,7 142,1 ±2,5 185,0 ±22,7

Семядоли 305,7 ±7,6 262,7 ± 9,3 303,9 ± 4,6 261,7 ± 14,3

Хвоя 494,7 ± 15,1 389,7 ± 19,5 346,2 ± 16,5 372,0 ± 10,2

Содержание кальция, мкмоль/г сухой биомассы

Корневая система 6,7 ±0,4 7,6 ±0,7 7,1 ± 0,7 5,3 ± 0,7

Гипокотиль 15,0 ±0,7 13,8 ±0,4 15,0 ±0,6 14,0 ±1,2

Семядоли 41,5 ±2,0 35,7 ± 1,2 35,6 ± 2,5 23,7 ± 1,6

Хвоя 28,5 ± 1,0 27,8 ±1,1 32,4 ± 0,8 26,0 ± 0,8

Содержание магния, мкмолъ/г сухой биомассы

Корневая система 29,5 ± 2,1 25,7 ± 0,6 24,2 ± 0,6 18,3 ±0,4

Гипокотиль 46,1 ±0,5 42,6 ±2,4 38,4 ±5,7 36,8 ± 1,6

Семядоли 123,2 ± 7,3 124,9 ±3,8 96,4 ± 12,3 102,3 ± 5,4

Хвоя 58,9 ±2,4 47,7 ±1,8 51,3 ±3,1 39,6 ±1,0

Снижение содержания кальция, калия и магния при действии 150 мкМ Zn2+ (табл. 8) свидетельствует, по-видимому, о нарушении поглощения данных элементов, связанного с нарушением функционирования плазматических мембран клеток (Baker, 1989). Основной причиной снижения содержания магния в корневой системе сеянцев (табл. 8) является, очевидно, замедление его поглощения, а повышение содержания в семядолях и менее выраженное снижение в хвое связано с перераспределегакм элемента и его оттоком в фотосинтезирующие органы.

Действие 25 мкМ и 50 мкМ ZnS04 не оказывало влияния на поглощение и транспорт ионов кальция (табл. 8). Данный факт обусловлен устойчивостью механизмов поглощения и транспорта ионов кальция и подтверждён результатами полевых экспериментов, свидетельствующих о стабильном содержании кальция в хвое сосны, произрастающих на карбонатных почвах (Ingestad, 1979).

Таблица 9 - Содержание микроэлементов в органах сеянцев сосны обыкновенной

Наименование органа ZnS04, мкМ

1,26 (контроль) 25 50 150

Содержание железа, мкмоль/г сухой биомассы

Корневая система 16,7 ± 1,3 18,4 ±1,7 13,9 ± 1,2 10,3 ± 0,4

Гипокотиль 1,4 ±0,2 1,1 ±0,1 0,84 ±0,1 0,9 ±0,1

Семядоли 2,4 ±0,1 2,1 ±0,1 2,4 ±0,1 1,9 ±0,1

Хвоя 1,7 ±0,1 1,5 ±0,1 1,5 ±0,1 1,2 ±0,1

Содержание маргапца, мкмоль/г сухой биомассы

Корневая система 4,5 ± 0,9 1,8 ± 0,2 1,7 ±0,2 0,8 ±0,1

Гипокотиль 0,6 ±0,1 0,4 ±0,1 0,5 ±0,1 0,6 ±0,01

Семядоли 7,2 ±0,3 6,6 ± 0,3 6,7 ± 0,6 5,5 ±0,1

Хвоя 3,5 ±0,1 2,6 ±0,1 2,9 ± 0,2 2,0 ±0,1

Нарушение поглощения железа и марганца сеянцами сосны в условиях избыточных концентраций ионов цинка (табл. 9) связано с проявлением антагонизма между этими ионами (Титов, 2007; Kabata-Pendias, 2007). Снижение поглощения железа и марганца корневой системой сеянцев (табл. 9) является результатом уменьшения всасывающей поверхности корня, а также подавления Fe-редуктазной активности корней под действием повышенных концентраций ионов цинка (Alcantara, 1994).

Снижение содержания К, Са, Mg, Fe и Мп в корневой системе сеянцев сосны (табл. 8-9), по-видимому, связано с увеличением оттока данных элементов в надземные органы (табл. 8-9). Подтверждением данного предположения может являться измелете осмотического потенциала клеточного сока хвои и корневой системы сеянцев сосны под действием повышенных концентраций ионов цинка (табл. 10). Таблица 10 - Изменение осмотического потепциала клеточного сока корней и хвои

сеянцев сосны обыкновенной в условиях избытка ионов цинка, мОсм/л.

Наименование органа ZnS04, мкМ

1,26 (контроль) 25 50 150

Корневая система 0,222 ± 0,004 0,209 ± 0,002 0,198 ±0,003 0,195 ±0,002

Хвоя 0,450 ± 0,004 0,471 ± 0,002 0,489 ±0,001 0,486 ± 0,004

Анализ полученпых данных свидетельствует о выраженной зависимости между

концентрацией ионов цинка и осмотическим потенциалом клеточного сока, направ-

ленной в сторону снижения данного параметра в корнях на 6% (Г = 2,91; р = 0,01) при 25 мкМ, 11% 0 = 4,80; р = 0,001) при 50 мкМ и 12% (? = 6,04; р = 0,001) при 150 мкМ гп2+ и его увеличения в хвое сеянцев на 5% (/ = 4,70; р = 0,001) при 25 мкМ, 9% (7 = 9,46; р = 0,001) при 50 мкМ и 8% (/ = 6,36; р = 0,001) при 150 мкМ ЪгС1 (табл. 10).

Таким образом, действие повышенных концентраций ионов цинка приводило к нарушениям поглощения корневой системой элементов минерального питания и их транспорта в надземные органы сеянцев сосны обыкновенной.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Характер аккумуляции и транслокации ионов цинка в надземных органах сеянцев сосны обыкновенной позволяет отнести её к типичным индикаторам данного металла, содержание которого в органах увеличивается пропорционально росту его концентрации в среде.

Анализ развития сеянцев сосны обьїкновеїшой в условиях избытка ионов цинка свидетельствует о выраженной связи с содержанием данного металла в среде. Продолжительное воздействие ионов цинка приводило к снижению темпов накопления биомассы в связи с замедлением процессов метаболизма и нарушением минерального питания.

Корневая система сеянцев сосны обыкновенной является наиболее чувствительным органом к воздействию по-видимому, в связи с подавлением роста клеток делением и растяжением. В связи с сокращением площади поглощающей поверхности корневой системы снижается поступление макро- и микроэлементов и их транспорт в надземные органы.

Несмотря на аккумуляцию ионов цинка в ассимилирующих органах сеянцев, существенного проявленім токсических эффектов не отмечалось. Действие повышенных концентраций ионов цинка не вызывало развития окислительного стресса, оцениваемого по содержанию малонового диальдегида и перекиси водорода, что свидетельствует об адаптации сеянцев к повышенным концентрациям ионов металла. При этом выявлен органоспецифичный характер изменения активности основных компо-

нентов ферментативной антиоксндантной системы и содержания низкомолекулярных антиоксидантов. Снижение активности основных ферментов антиоксндантной системы (СОД, каталаза) и содержания низкомолекулярных антиоксидантов в условиях хронического действия повышенных концентраций ионов цинка косвенно характеризует замедление интегральных процессов метаболизма сеянцев. Выраженное снижете активности антиоксидантных ферментов в органах сеянцев, компенсировалось увеличением содержания пролина, являющимся скавенджером активных форм кислорода.

На ранних этапах онтогенеза наибольший вклад в общую активность СОД в органах сеянцев сосны обыкновенной вносят Cu/Zn изоформы различной клеточной локализации, для которых характерно дифференциальное изменение активности в условиях хронического действия ионов цинка.

ВЫВОДЫ

1. Несмотря на отсутствие влияния ионов цинка (до 300 мкМ) на посевные качества семян сосны обыкновенной, сеянцы отличаются низкой устойчивостью к продолжительному действию повышенных концентраций ионов цинка (100, 150 мкМ), что проявляется в ингибировании их роста и развития.

2. Особенности накопления и транслокации ионов цинка в надземных органах сеянцев сосны обыкновенной позволяют отнести её к типичным индикаторам данного металла, содержание которого увеличивается пропорционально его концентрации в среде: семядоли (г = 0,99; tr = 8,71), хвоя (г = 0,99; tr = 9,21).

3. Отсутствие признаков окислнтелыюго стресса, оцениваемого по содержанию малонового диальдегида и Н202, свидетельствует об адаптации сеянцев сосны обыкновенной к повышенным концентрациям ионов цинка (до 150 мкМ).

4. Снижение активности основных компонентов ферментативной антиоксндантной системы (супероксиддисмутаза, каталаза) в условиях хронического действия ионов цинка, косвенно характеризует замедление интегральных процессов метаболизма, приводящее к снижению темпов роста и накопления биомассы сеянцами.

5. Наибольший вклад в общую активность супероксиддисмутазы в органах сеянцев сосны обыкновенной вносят Cu/Zn-изоформы различной клеточной локализации, которые характеризуются дифференциальным изменением активности в условиях повышенных концентраций ионов цинка.

6. В присутствии повышенных концентраций ионов цинка в среде снижается поглощение элементов минерального питания (К, Ca, Mg, Fe, Мп) корневой системой, что приводит к снижению их содержания в надземных органах сеянцев сосны.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Иванов Ю.В., Карташов A.B., Савочкин Ю.В. (2010) Устойчивость всходов Pinus sylvestris и Picea abies к солевому стрессу. Вестник Московского государственного университета леса - Лесной вестник, 3,119-122.

2. Савочкин Ю.В., Иванов Ю.В. (2010) Влияние цинка на антиоксидантную защитную систему всходов Pinus sylvestris L. Биология - наука XXI века. Сборник тезисов: 14-я Пущинская международная школа-конференция молодых учёных (Пу-щино), с. 335.

3. Савочкин Ю.В., Иванов Ю.В. (2010) Развитие всходов Pinus sylvestris L. в условиях токсического действия цинка. Биология - наука XXI века. Сборник тезисов: 14-я Пущинская международная школа-конференция молодых учёных (Пущино), с. 334-335.

4. Савочкин Ю.В., Иванов Ю.В. (2010) Проявление токсического действия цинка на сеянцах Pinus sylvestris L. в условиях различных световых периодов. Леса Евразии — Подмосковные вечера: Материалы X Международной конференции молодых учёных, посвященной 90-летию со дня основания Московского государственного университета леса и 170-летию со дня рождения профессора М.К. Турского (Мытищи), с. 222-225.

5. Савочкин Ю.В., Иванов Ю.В. (2010) Разработка экспресс методов оценки состояния посадочного материала хвойных пород в неблагоприятных экологических условиях. Фундаментальная наука для биотехнологии и медицины. Сборник Mali

териалов: Школа-конференция, Институт биохимии им. А.Н. Баха РАН (Москва), с. 74-76.

6. Савочкин Ю.В., Иванов Ю.В. (2010) Особенности роста и развития сеянцев (Pinus sylvestris L.) в условиях хронического действия свинца. Растение и стресс (Plants under Environmental Stress). Тезисы докладов: Всероссийский симпозиум, Институт физиологии растений им. К.А. Тимирязева РАН (Москва), с. 306-307.

7. Савочкин Ю.В., Иванов Ю.В. (2010) Особенности развития сеянцев сосны обыкновенной при токсическом действии тяжёлых металлов в условиях водной культуры. Наука о лесе XXI вексг. Материалы международной научно-практической конференции, посвященной 80-летию Института леса HAH Беларуси (Гомель), с. 175178.

8. Иванов Ю.В., Савочкин Ю.В., Кузнецов Вл. В. (2011) Сосна обыкновенная как модельный объект для изучения механизмов адаптации хвойных к действию тяжёлых металлов. 1. Изменение морфометрических и физиологических параметров при развитии сеянцев сосны в условиях хронического действия цинка. Физиология растений, 58, 728-736.

9. Иванов Ю.В., Савочкин Ю.В., Марченко С.И., Иванов В.П. (2011) Анализ ростовых процессов Pinns sylvestris L. на ранних стадиях онтогенеза в условиях хронического действия цинка. Лесной журнал, 2,12-18.

10. Савочкин Ю.В., Иванов Ю.В. (2011) Стратегия адаптации сеянцев Pinus sylvestris L. при действии избыточных концентраций цинка. Биология - наука XXI века. Сборник тезисов: 15-я Путинская международная школа-конференция молодых учёных (Пущино), с. 409.

11. Савочкин Ю.В., Иванов Ю.В. (2011) Сеянцы сосны обыкновенной как индикатор токсического действия цинка. Биология - наука XXI века. Сборник тезисов: 15-я Пущинская международная школа-конференция молодых учёных (Пущино), с. 409-410:

12. Иванов Ю.В., Савочкин Ю.В. (2011) Сосна обыкновенная как индикатор повышенного содержания тяжёлых металлов в окружающей среде. Леса Евразии

- Брянский лес-. Материалы XI Международной конференции молодых учёных, посвященной 80-летию Брянской государственной инженерно-технологической академии и профессору В.П. Тимофееву (Брянск), с. 252-254.

13. Савочкин Ю.В., Иванов Ю.В. (2011) Устойчивость сеянцев сосны обыкновенной к хроническому действию меди. Леса Евразии - Брянский лес\ Материалы XI Международной конференции молодых учёных, посвященной 80-летию Брянской государственной инженерно-технологической академии и профессору В.П. Тимофееву (Брянск), с. 267-269.

14. Ивапов Ю.В., Савочкин Ю.В., Кузнецов Вл.В. (2012) Сосна обыкновенная как модельпый объект для изучения механизмов адаптации хвойных к действию тяжёлых металлов. 2. Функционирование антиоксидантных ферментов в сеянцах сосны в условиях хронического действия цинка. Физиология растений, 59, 1-10.

15. Иванов Ю.В., Савочкин Ю.В., Кузнецов Вл.В. (2012) Хроническое действие высоких концентраций цинка на активность антиоксидантных ферментов в сеянцах сосны обыкновенной. Вестник Московского государственного университета леса-Лесной вестник, 84, 105-108.

16. Иванов Ю.В., Савочкин Ю.В. (2012) Влияние длины светового дня на устойчивость сеянцев сосны обыкновенной к токсическому действию цинка. Вестник Московского государственного университета леса - Лесной вестник, 84, 99-104.

Подписано в печать:

28.08.2012

Заказ № 7531 Тираж - 100 экз. Печать трафаретная. Типография «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш., 36 (499) 788-78-56 www.autoreferat.ru

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Савочкин, Юрий Валерьевич

Введение.

ГЛАВА I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1 .Понятие о тяжёлых металлах.

1.1 Понятие, распространенность и пути поступления тяжёлых металлов в окружающую среду.

1.2 Токсичность тяжёлых металлов для высших растений.

1.3 Пути поступления тяжёлых металлов в растения.

1.4 Особенности распределения тяжёлых металлов по органам и тканям растений.

2. Механизмы устойчивости растений к действию тяжёлых металлов.

2.1 Функционирование механизмов предотвращающих поступление тяжёлых металлов в клетку.

2.2 Внутриклеточные механизмы детоксикации тяжёлых металлов.

2.3 Функционирование антиоксидантной системы при действии тяжёлых металлов.!.

2.3.1 Роль ферментативной антиоксидантной системы.

2.3.2 Роль неферментативной антиоксидантной системы.

ГЛАВА II. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1. Объекты исследования.

2. Условия выращивания и проведения опытов в водной культуре.

3. Определение морфометрических показателей сеянцев. і ч н іГ Ті і, -"¡Г і і л і IV! ' ^ , ■ ^

4. Определение содержания металлов в тканях сеянцев.

5. Определение содержания фотосинтетических пигментов.

6. Исследование параметров развития окислительного стресса.

6.1 Определение интенсивности перекисного окисления липидов.

6.2 Определение содержания перекиси водорода.

7. Определение активности супероксиддисмутазы.

8. Определение активности каталазы.

9. Условия проведения гель-электрофореза супероксиддисмутазы.

10. Определение содержания низкомолекулярных антиоксидантов.

11. Определение эндогенного содержания пролина.

12. Определение содержания белка в ферментных препаратах.

13. Определение осмотического потенциала.

14. Статистическая обработка данных.

ГЛАВА III. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ.

1. Влияние повышенных концентраций ионов цинка на формирование и развитие сеянцев сосны обыкновенной.

2. Аккумуляция ионов цинка сеянцами сосны обыкновенной.

3. Исследование антиоксидантного статуса сеянцев сосны обыкновенной при действии повышенных концентраций ионов цинка.

3.1 Анализ развития окислительного стресса у сеянцев сосны

V. Ч І I , -I ' I '>- ' 14 ! и- . ■ ^ > 'I обыкновенной в условиях хронического действия избытка ионов цинка.

3.2 Изменение активности антиоксидантных ферментов в сеянцах сосны обыкновенной при действии повышенных концентраций ионов цинка.

3.3 Изменение активности и содержания низкомолекулярных антиоксидантов в сеянцах сосны обыкновенной при действии повышенных концентраций ионов цинка.

4. Влияние повышенных концентраций ионов цинка на поглощение и транслокацию элементов минерального питания сеянцами сосны обыкновенной.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Морфофизиологические особенности развития сеянцев сосны обыкновенной в условиях хронического действия ионов цинка"

Одна из основных задач современной биологии состоит в исследовании особенностей существования организма в зависимости от экологических факторов окружающей среды. На протяжении жизни растения подвергаются действию стрессоров различной природы. Наряду с абиотическими, интенсивная хозяйственная деятельность человека в последние десятилетия привела к появлению новых факторов, одним из которых является техногенное загрязнение окружающей среды тяжёлыми металлами. Тяжёлые металлы составляют особую группу загрязнителей, т.к. они не подвержены биодеструкции и аккумулируются в почвах до токсических концентраций. Токсическое действие тяжёлых металлов проявляется в нарушении метаболизма, снижении продуктивности и даже гибели растений (Титов, 2007).

В связи с этим изучение реакции растений на действие тяжёлых металлов вызывает не только большой научный, но и практический интерес. Круг вопросов, посвящённых этой проблеме, весьма широк. Среди них особое место занимает проблема устойчивости к'токсическому действию тяжёлых металлов. Устойчивость - это способность организма сохранять относительное постоянство внутренней среды, т.е. гомеостаз, в определённом диапазоне внешних воздействий. Формирование устойчивости растительного организма к действию тяжёлых металлов происходит в результате множественных метаболических изменений. Установлено, что общим характерным признаком действия тяжёлых металлов является развитие окислительного стресса. Таким образом, своевременная активация и функционирование антиоксидантной системы растений может в значительной степени коррелировать с их устойчивостью к токсическому действию тяжёлых металлов.

Среди группы тяжёлых металлов уникальная роль принадлежит цинку. В связи с тем, что цинк характеризуется высокой интенсивностью поглощения растительностью (до 5160 тыс. т/год) (Никонов, 2004), увеличение техногенной эмиссии в окружающую среду делает его одним из опасных загрязнителей биоты. Уникальность цинка среди тяжёлых 'металлов'обусловлена его участием в качестве кофактора в составе всех известных классов ферментов. Отсюда следует, что нарушение внутриклеточного гомеостаза цинка приводит к серьёзным изменениям метаболических процессов и нарушению физиологических функций (Иванов, 2011а). Действие цинка на растения начали изучать сравнительно недавно, в основном на сельхозкультурах, таких как рис, пшеница (Lichtfouse, 2009); хлопок (Stewart, 2010); сахарный тростник (Jain, 2010); томат (Muschitz, 2009). Многие исследования выполнены на дикорастущих травянистых растениях: смолёвка приморская (Lichtfouse, 2009); полевица тонкая, овсяница красная, щетинник зелёный (Kaznina, 2009); очиток (Ли, 2008). Существенный вклад в понимание механизмов действия тяжёлых металлов внесло изучение модельных объектов: резуховидки Таля (Ara-bidopsis thaliana L.) (Lichtfouse, 2009) и хрустальной травки (Mesembryanthemum crystallinum L.) (Холодова, 2005).

Несмотря на1 то, что' 4'7°/ó 'земельного' фонда1 России приходится на лесные экосистемы, механизмы повреждения и адаптации древесно-кустарниковых, прежде всего лиственных видов растений (осины (Populus trémula L.), тополя белого (Populus alba L.), ивы корзиночной {Salix viminalis L.) и акации (Acacia holosericea A. Cunn. Ex G. Don)) к высокому содержанию тяжёлых металлов в почвах ещё менее изучены (Никонов, 2004; Hermle, 2007; Durand, 2010). Данные о влиянии тяжёлых металлов на хвойные растения носят лишь фрагментарный характер и в основном связаны с изучением симбиотического взаимодействия микоризообразовате-лей с сеянцами сосны (Hartley-Whitaker, 2000; Krupa, 2007). Вместе с тем, возрастающая эмиссия тяжёльк 'металлов создаёт опасность их аккумуляции в почвах лесных земель до токсических уровней, следствием чего может стать деградация наиболее ценных хвойных лесов. Всё это делает крайне актуальным изучение физиологических и молекулярных механизмов устойчивости древесных растений, прежде всего хвойных, к высоким концентрациям тяжёлых металлов. i

Цель и задачи исследования. Целью работы являлось изучение особенностей развития сеянцев сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) в условиях повышенного содержания ионов цинка в среде.

Задачи исследования:

1. Изучить влияние ионов цинка в широком диапазоне концентраций на прорастание семян сосны обыкновенной.

3. Установить особенности накопления и транслокации ионов цинка в органах сеянцев (корневая система, гипокотиль, семядоли, хвоя), а также оценить влияние их избытка на аккумуляцию ряда элементов минерального питания (К, Са,

Мп, Бе).

4. Исследовать влияние повышенных концентраций ионов цинка на ан-тиоксидантный статус (содержание Н202 и малонового диальдегида) и функционирование ключевых антиоксидантных систем сеянцев (активности супероксиддис-мутазы, катал азы, содержание низкомолекулярных антиоксид антов и пролина).

Научная новизна. Впервые изучены особенности развития сеянцев сосны обыкновенной в условиях хронического действия избытка ионов цинка в среде выращивания. Установлены минимальные токсические концентрации ионов цинка, вызывающие раннюю гибель сеянцев. Исследованы особенности аккумуляции и транслокации ионов цинка в органах сеянцев и влияние их избытка на поглощение ряда необходимых элементов минерального питания. Исследовано функционирование ключевых компонентов антиоксидантной системы сосны обыкновенной на ранних этапах онтогенеза в условиях хронического действия ионов цинка. Установлен органоспецифический ответ антиоксидантных систем сеянцев, характериI зующийся реципрокньгм* взаимодействием антиоксидантных ферментов и низкомолекулярных антиоксидантов. Впервые показано, что стратегия адаптации сеянцев сосны обыкновенной к токсическому действию ионов цинка направлена на замедление процессов роста и развития, о чем косвенно свидетельствует снижение активности основных компонентов ферментативной антиоксидантной системы.

Практическая значимость. Полученные экспериментальные данные могут иметь широкое практическое применение в лесном хозяйстве при оценке перспектив закладки лесных питомников для выращивания стандартного посадочного материала и посадки лесных культур на землях, подверженных загрязнению тяжелыми металлами. Теоретические обобщения диссертационной работы могут быть использованы для разработки программ научных исследований по изучению адаптации древесных видов растений к действию различных стрессоров абиотической природы. Совокупность экспериментальных данных может быть использована при чтении курсов лекций для студентов лесохозяйственных и общебиологических специальностей.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на 14-й Пущинской международной школ'е-ко'нф'ёренции молодых учёных «Биология - наука XXI века» (Пущино, 2010); школе-конференции «Фундаментальная наука для биотехнологии и медицины» (Москва, 2010); X Международной конференции молодых учёных «Леса Евразии - Подмосковные вечера» (Мытищи, 2010); Всероссийском симпозиуме «Растение и стресс (Plants under Environmental Stress)» (Москва, 2010); международной научно-практической конференции «Наука о лесе XXI века» (Гомель, 2010); XI Международной конференции молодых учёных «Леса Евразии -Брянский лес» (Брянск, 2011).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 16 печатных работ, из которых 6 статей в рёцензируемьк журналах. 1,1

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания объекта и методов исследования, изложения полученных результатов и их обсуждения, заключения, выводов и списка литературы. Материалы диссертации изложены на 112 страницах машинописного текста и содержат 15 таблиц, 22 формулы и 15 рисунков. Список цитируемой литературы включает 232 наименования, в т. ч. 173 иностранных.

Заключение Диссертация по теме "Физиология и биохимия растений", Савочкин, Юрий Валерьевич

выводы

2. Особенности накопления и транслокации цинка в надземных органах сеянцев сосны обыкновенной позволяют отнести её к типичным индикаторам данного металла, содержание которого увеличивается пропорционально его концентрации в среде: семядоли (г = 0,99; tr = 8,71), хвоя (г = 0,99; tr = 9,21).

3. Отсутствие признаков окислительного стресса, оцениваемого по содержанию малонового диал ьдегида "и'НгО^1 свидетельствует об адаптации сеянцев сосны обыкновенной к повышенным концентрациям ионов цинка (до 150 мкМ).

4. Снижение активности основных компонентов ферментативной антиокси-дантной системы (супероксиддисмутаза, каталаза) в условиях хронического действия ионов цинка, косвенно характеризует замедление интегральных процессов метаболизма, приводящее к снижению темпов роста ¿'накопления биомассы сеянцами.

5. Наибольший вклад в общую активность супероксиддисмутазы в органах сеянцев сосны обыкновенной вносят её Cu/Zn-изоформы различной клеточной локализации,' которые1 характеризуются' дифференциальным изменением активности в условиях повышенных концентраций ионов цинка.

6. В присутствии повышенных концентраций ионов цинка в среде снижается поглощение элементов минерального питания (К, Са, Mg, Fe, Мп) корневой системой, что приводит к снижению их содержания в надземных органах сеянцев сосны обыкновенной. '' ' '

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведённые нами исследования свидетельствуют о низкой устойчивости сеянцев сосны обыкновенной к продолжительному действию повышенных концентраций ионов цинка, что проявляется в ингибировании их роста и развития, особенно корневой системы и хвои.

Характер аккумуляции и транслокации ионов цинка в надземных органах сеянцев сосны обыкновенной позволяет отнести её к типичным индикаторам данного металла, содержание которого увеличивается пропорционально росту его концентрации в среде.

Анализ развития сеянцев сосны обыкновенной в условиях избытка ионов цинка свидетельствует о выраженной связи с содержанием данного металла в среде. Продолжительное1 воздействие ионов цинка 'приводило к снижению темпов накопления биомассы в связи с замедлением процессов метаболизма и нарушением минерального питания.

Корневая система сеянцев сосны обыкновенной является наиболее чувствительным "органом к воздействик) 7п2+,"по-видимому, в'связи с подавлением роста клеток делением и растяжением. В связи с сокращением площади поглощающей поверхности корневой системы снижается поступление макро- и микроэлементов и их транспорт в надземные органы.

Несмотря на аккумуляцию ионов цинка в ассимилирующих органах сеянцев, существенного проявления токсических эффектов не отмечалось. Действие повышенных концентраций ионов цинка не вызывало развития окислительного стресса, оцениваемого по содержанию малонового диальдегида и перекиси водорода, что свидетельствует об адаптации сеянцев к повышенным концентрациям ионов металла. При этом выявлен органоспецифичный характер изменения активности основных компонентов ферментативной антиоксидантной системы и содержания низкомолекулярных антиоксидантов. Снижение активности основных ферментов антиоксидантной системы (СОД, каталаза) и содержания низкомолекулярных антиоксидантов в условиях хронического действия повышенных концентраций ионов цинка косвенно характеризует замедление интегральных процессов метаболизма сеянцев. Выраженное снижение активности антиоксидантных ферментов в органах сеянцев, компенсировалось увеличением содержания пролина, являющимся ска-венджером активных форм кислорода.

На ранних этапах онтогенеза наибольший вклад в общую активность СОД в органах сеянцев сосны обыкновенной вносят Си/7л изоформы различной клеточной локализации, для которых характерно дифференциальное изменение активности в условиях хронического действия ионов цинка.

Таким образом, обнаруженная нами высокая чувствительность сеянцев на ранних этапах онтогенеза создаёт предпосылки для необходимости дальнейшего изучения физиологических и молекулярных механизмов адаптации сосны обыкновенной к действию тяжёлых металлов, а также для предсказания возможных экологических последствий для древесных фитоценозов при загрязнении окружающей среды ионами тяжёлых металлов. 1,1,14 1 щ. /I I I

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Савочкин, Юрий Валерьевич, Москва

1. Андреев Г.И. (2004) Ферритин как маркер железодефицитной анемии и опухолевый маркер. Коммерч. Биотехнол., 4, 1-15.

2. Бакланов И.А., Серёгин И.В., Иванов В.Б. (2009) Гистохимический анализ распределения никеля в гипераккумуляторе и исключателе из рода Alyssum L. Доклады Академии наук, 429, 698-700.

3. Бараненко В.В. (2006) Супероксиддисмутаза в клетках растений. Цитология, 48, 465-474.

4. Бессонова В.П. (1991) Клеточный анализ роста корней Lathyrus odoratus L. при действии тяжёлых металлов. Цитология и генетика, 25, 18-22.

5. Битюцкий Н.П. (2011) Микроэлементы высших растений. СПб.: Изд-во С.-Петерб. ун-та, 368 с.

6. Бондарев Л.Г. (1983) Роль растительности в миграции минеральных веществ в атмосферу. Природа, 3, 86-90.

7. Вагун И.В. (2010) Продукционный процесс и фиторемедиационный потенциал сортов ярового рапса на загрязнённых тяжёлыми металлами почвах.1.s

8. Диссертация на соискание учёной степени кандидата биологических наук, Москва, 139 с.

9. Ваулина Э.Н., Аникеева И.Д., Коган И.Г. (1978) Влияние ионов кадмия на деление клеток корневой меристемы Crepis capillaries (L.) Wallr. Цитология и генетика, 12, 497-502.

10. Вахмистров Д.Б. (1991) Пространственная организация ионного транспорта в корне. 49-е Тимирязевское чтение. М.: Наука, 49 с.

11. Газарян И.Г., Хушпульян Д.М., Тишков В.И. (2006) Особенности структуры и механизма действия пероксидаз растений. Успехи биологической химии, 46, 303-322. .

12. Добровольский В.В. (1983) География микроэлементов: Глобальноерассеяние. М.: Мысль, 272 с.

13. Добровольский В.В. (2003) Основы биогеохимии. М.: Академия, 400с.

14. Зарипова Н.Р., Стефанович К.Ю. (2008) Сравнение влияния ионов кадмия, меди и никеля на растения ячменя на ранних этапах развития. Вестник ТвГУ,1, 116-121.

15. Иванов В.Б. (2011 в) Использование корней как тест-объектов для оценки биологического действия химических соединений. Физиология растений, 58, 944-952.

16. Иванова Е.М., Холодова В.П., Кузнецов Вл.В. (2010) Биологические эффекты высоких концентраций солей меди и цинка и характер их взаимодействия в растениях рапса. Физиология растений, 57, 864-873.

17. Иванова Е.М., Волков К.С., Холодова В.П., Кузнецов Вл.В. (2011а) Новые перспективные виды растений в фиторемедиации загрязнённых медью территорий. Вестник Российского университета дружбы народов. Серия: Агрономия и животноводство, 2, 28-38:

18. Иванова Е.М. (20116) Токсическое действие меди и механизмы её де-токсикации растениями рапса // Диссертация на соискание учёной степени кандидата биологических наук. Москва. 2011. 129 с.

19. Иванов Ю.В., Карташов A.B., Савочкин Ю.В. (2010) Устойчивость всходов Pinus sylvestris и Picea abies к солевому "стрессу. Вестник Московского государственного университета леса Лесной вестник, 3, 119-122.

20. Иванов Ю.В., Савочкин Ю.В., Кузнецов Вл.В. (20126) Хроническое действие высоких концентраций цинка на активность антиоксидантных ферментов в сеянцах сосны обыкновенной. Вестник Московского государственного университета леса Лесной вестник, 84, 105-108.

21. Иванов Ю.В., Савочкин Ю.В., Марченко С.И., Иванов В.П. (20116) Анализ ростовых процессов Pinus sylvestris L. на ранних стадиях онтогенеза в условиях хронического действия цинка. Лесной журнал, 2, 12-18.

22. Кабанов Н.Е. (1977) Хвойные деревья и кустарники Дальнего Востока. М.: Наука, 175 с.

23. Кабата-Пендиас А., Пендиас X. (1989) Микроэлементы в почвах и растениях. М.:'Мйр; 440 с.11'" 1 1 ь "" 1 1! ■'

24. Карташов A.B., Радюкина Н.Л., Иванов Ю.В., Пашковский П.П., Шевякова Н.И., Кузнецов Вл.В. (2008) Роль систем антиоксидантной защиты при адаптации дикорастущих видов растений к солевому стрессу. Физиология растений, 55,516-522. 1 -- '

25. Кожанова О.Н., Дмитриева А.Г. (1989) Физиологическая роль металлов в жизнедеятельности растительных организмов. Физиология растительных организмов и роль металлов. М.: МГУ, с. 7-55.

26. Кожевникова А.Д., Серёгин И.В., Быстрова Е.И., Беляева А.И., Катаева М.Н., Иванов В.Б. (2009) Влияние нитратов свинца, никеля и стронция на деление и растяжение клеток корня кукурузы. Физиология растений, 56, 268277.

27. Кузнецов Вл. В., Дмитриева Г.А. (2011) Физиология растений. М.: Абрис, 783 с.

28. Кузнецов Вл.В., Шевякова Н.И. (1999) Пролин при стрессе: биологическая роль, метаболизм, регуляция. Физиология растений, 46, 321-336.93i • i lirt'iMMK IJ h ' "'Л :I ,м ¡¡■Ii''1 .

29. Лаврентьева Г.В. (2008) Динамика концентраций тяжёлых металлов и макрокатионов в почвенном растворе при загрязнении чернозёма выщелоченного Со, Си, Zn и Cd. Агрохимия, 7, 71-76.

30. Ли Т.К., Лу Л.Л., Жу Е., Гупта Д.К., Ислам Е., Янг Х.Е. (2008) Антиоксидантная система в корнях двух контрастных экотипов Sedum alfredii при повышенных концентрациях цинка. Физиология растений, 55, 886-894.

31. Мазель Ю.Я., Данилова М.Ф., Житнева H.H., Телепова М.Н. (1990) Формирование системы транспорта ионов в растении. Физиология растений, 37, 421-431.

32. Меркушева М.Г., Убугунов В.Л., Лаврентьева И.Н. (2001) Тяжёлые металлы в почвах и фитомассе*кормовых 'угодий Западного Забайкалья. Агрохимия, 8, 63-72.

33. Министерство природных ресурсов и экологии Российской Федерации (2009) Государственный доклад о состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2008 году. М.: ООО «РППР РусКонсалтингГрупп», 488 С N' 4 ь им,:. М О, . ЛЛ. .ч-ч-Ч i

34. Никифорова Е.М. (2003) Биогеохимическая оценка загрязнения тяжёлыми металлами агроландшафтов восточного Подмосковья. Геохимическая экология и биогеохимическое изучение таксонов биосферы. М.: Наука, с. 108-109.

35. Никонов В.В., ^Лукина Н.В., Безель B.C. и др. (2004) Рассеянные элементы в бореальных лесах. Отв. ред. A.C. Исаев. М.: Наука, 616 с.

36. Парибок Т.А. (1983) Загрязнение растений металлами и его эколого-физиологические последствия. Растения в экстремальных условиях минерального питания, Л.: Наука, с. 82-99.

37. Пескин A.B. (1997) Взаимодействие активного кислорода с ДНК. Биохимия, 62, 1571-1578.

38. Полесская О.Г. (2007) Растительная клетка и активные формы кислорода. Под ред. И.П. Ермакова. М.: КДУ, 140 с.

39. Правдин Л.Ф. (1964)'Сосна обыкновенная. Изменчивость, внутривидовая систематика и селекция. М.: Наука, 192 с.

40. Романов Е.М. (2000) Выращивание сеянцев древесных растений: биоэкологические и агротехнологические аспекты. Йошкар-Ола: МарГТУ, 500 с.

41. Семена деревьев и кустарников.4 Методы определения всхожести. ГОСТ 13056.6-97. 1998. 31 с.

42. Серёгин И.В., Иванов В.Б. (1997) Гистохимические методы изучения распределения кадмия и свинца в растениях. Физиология растений, 44, 915-921.

43. Серёгин И.В., Иванов В.Б. (2001а) Физиологические аспекты токсического действия' кадмия и 'свинца на высший'растения!1 Физиология растений, 48, 606-630.

44. Серёгин И.В., Кожевникова А.Д. (2008) Роль тканей корня и побега в транспорте и накоплении кадмия, свинца, никеля и стронция. Физиология растений, 55,3-26. " " 11

45. Серёгин И.В., Кожевникова А.Д., Казюмина Е.М., Иванов В.Б. (2003) Токсическое действие и распределение никеля в корнях кукурузы. Физиология растений, 50, 793-800.

46. Серёгин И. В. (20016) Фитохелатины и их роль в детоксикации кадмия у высших растений. Успехи биол. химии, 41', 283-300.

47. Серёгин И.В., Шпигун JI.K., Иванов В.Б. (2004) Распределение и токсическое действие кадмия и свинца на корни кукурузы. Физиология растений,51,582-591.

48. Синькевич М.С., Дерябин А.Н., Трунова Т.И. (2009) Особенности окислительного стресса у растений картофеля с изменённым углеводным метаболизмом. Физиология растений, 56, 186-192.

49. Степанченко Н.С., Новикова Г.В., Мошков И.Е. (2011) Количественное определение содержание белка. Физиология растений, 58, 624-630.

50. Титов А.Ф., Таланова В.В., Казнина Н.М., Лайдинен Г.Ф. (2007) Устойчивость растений к тяжёлым металлам. Отв. ред. Немова Н.Н. Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 172 с.

51. Холодова В.П., Волков К.С., Кузнецов Вл.В. (2005) Адаптация к высоким концентрациям солеи меди и цинка растении хрустальной травки и возможность их использования в целях фиторемедиации. Физиология растений, 52, 848858.

52. Чиркова Т.В. (2002) Физиологические основы устойчивости растений. СПб: Изд-во СПб ун-та;'244Ч>: "чЛ "" ' 1 1

53. Шевякова Н.И., Бакулина Е.А., Кузнецов Вл.В. (20096) Антиоксидантная роль пролина у галофита Mesembryanthemum crystallinum при действии заi>!t>. in* I' „соления и параквата,'инициирующих окислительный стресс. Физиология растении,56, 736-742.

54. Abdul Jaleel C. (2009) Soil salinity regimes alters antioxidant enzyme activities in two varieties of Catharanthus roseus. Bot. Res. Int., 2, 64-68.

55. Adriaensen K., Vangronsveld J., Colpaert J.V. (2006) Zinc-tolerant Suillus bovinus improves growth of Zn-exposed Pinus sylvestris seedlings. Mycorrhiza, 16, 553-558.

56. Agarwal S. (2007) Increased antioxidant activity in Cassia seedlings under UV-B radiation. Biol. Plant, 51, 157-160.

57. Ahmad M.S.A., Ashraf M., Tabassam Q., Hussain M., Firdous H.2011) Lead (Pb)-induced regulation of growth, photosynthesis, and mineral nutrition in maize (Zea mays L.) plants at early growth stages. Biol. Trace Elem. Res, 144, 12291239.

58. Alcantara'E.;-Romera'F.J:, Canete M. (1994) Effect of heavy metals on both induction and function of root Fe (III) reductase in Fe deficient cucumber (Cucumis sativus) plants. J. Exp Bot., 45, 1893-1898.

59. Altaf W.J. (2007) Botanical environmental monitors for zinc pollution resulting1 from vehicular traffic1.' Jdurnatof Radioanalytical and Nuclear Chemistry, 271, 665-670.

60. Apel K., Hirt H. (2004) Reactive oxygen species: metabolism, oxidative stress, and signal transduction. Plant Boil., 55, 373-399.

61. Aravind P., Prasad M.N.V. (2003) Zinc alleviates cadmium-induced oxidative stress in Ceratophylliim. demersum L.\ca free-floating freshwater macrophyte. Plant Physiol. Biochem , 41, 391-397.

62. Arora A., Byrem T.M., Nair M.G., Strasburg G.M. (2000) Modulation of liposomal membrane fluidity by flavonoids and isoflavonoids. Arch Biochem. Biophys.\373, 102-109.' "1 ^ ' '

63. Arosio P., Ingrassia R., Cavadini P. (2009) Ferritins: a family of molecules for iron storage, antioxidation and more. Biochimica et Biophysica Acta., 1790, 589-599.

64. Asada K. (2000) The water-water cycle as alternative photon and electron sinks. Phil. Trans. R. Soc. Lond. B. Biol. Sci., 355, 1419-1431.

65. Baker A.J.M. (1981) Accumulators and excluders strategies in the response of plants to heavy metals. J. Plant Nutr., 3, 643-654.

66. Baker A.J.M., Walker P.L. (1989) Physiological responses of plants to heavy metals and the quantification of tolerance and toxicity. A review. Chemical specia-tion and bioavailability, 1, 7-17.

67. Barbusinski K. (2009) Fenton reaction controversy concerning the chemistry. Ecological chemistry and engineering, 16, 347-358.

68. Baryla 'A.,1 Carrier P., Franfck F., Coulomb C:, Sahut C, Havaux M. (2001) Leaf chlorosis in oilseed rape plants (Brassica napus) grown on cadmium-polluted soil: causes and consequences for photosynthesis and growth. Planta, 212, 696709.

69. Bates L.S., Waldren R.P., Teare I.D. (1973) Rapid determination of free, , 1 , i , . • proline for water stress studies. Plant Soil, 39, 205-207.

70. Bazzaz F.A., Rolfe G.L., Carlson R.W. (1974) Effect of Cd+2 on photosynthesis and transpiration of excised leaves of corn and sunflower. Physiol. Plant., 32, 373-377.

71. Beauchampv Ch; ."Fridovichl. 97 iySuperoxide dismutase improved assay and an assay applicable to acrylamide gels. Anal. Biochem., 44, 276-287.

72. Blokhina O., Virolainen E., Fagerstedt K.V. (2003) Antioxidants, oxidative damage and oxygen deprivation stress, a review. Ann. Bot., 91, 179-194.

73. Brennan T., Frenkel C. (1977) Involvement of hydrogen peroxide in the regulation of senescence in pear. Plant Physiol., 59, 411-416.

74. Brune A., Urbach W., Dietz K-J. (1994) Compartmentation and transport of zinc in barley primary leaves as basic mechanisms involved in zinc tolerance. Plant Cell Environ, 17, 153-162.

75. Brune' 'A'.y 'Urbkch Wi;>Dietz K-J. (1995) Differential toxicity of heavy metals is partly related to a loss of preferential extraplasmatic compartmentation: A comparison of Cd-, Mo-, Ni- and Zn-stress. New Phytol., 129, 403-409.

76. Cakmak I., Welch R.M., Hart J., Norvell W.A., Oztiirk L., Kochian

77. V. (2000) Uptake and retranslocation of leaf-applied cadmium (109Cd) in diploid, tetraploid and hexaploid wheats. J. Exp. Bot., 51, 221-226.

78. Carrondo M.A. (2003) Ferritins, iron uptake and storage from the bacterioferritin viewpoint. EMBO Journal, 22, 1959-1968.

79. Casano L.M., Gomes L.D., Lascano H.R., Gonzales C.A., Trippi V.S. (1997) Inactivation and degradation of CuZn-SOD by active oxygen species in wheat chloroplasts exposed to photooxidative stress. Plant Cell Physiol., 38, 433-440.

80. Cataldo C.A., Garland T.R., Wildung R.E. (1983) Cadmium uptake kinetics in intact soybean plants. Plant Physiol., 73, 844-848.

81. Chakarabo'try U., DuttaS., CHakarabotry B.N. (2002) Response of tea plants to water stress. Bio Plantarum., 45, 557-562.

82. Chardonnens A.N., Bookum W.M. ten B., Kuijper L.D.J., Verkleij J.A.C., Ernst W.H.O. (1998) Distribution of cadmium in leaves of cadmium tolerant and sensitive ecotypes of Silene vulgaris. Physiol. Plant., 104, 75-80.

83. Cheeseman J.M. (2007) Hydrogen peroxide and plant stress: a challenging relationship. Plant stress, Global Science Books, p. 4-15.

84. Chen Q., Zhang M., Shen S. (2010) Effect of salt on malondialdehyde and antioxidant enzymes in seedling roots of Jerusalem artichoke (Helianthus tuberosus L.). ActaS '(

85. Choi Y.-E., Hadara E., Wada M., Tsudow H., Morita Y., Kusano T., Sano H. (2001) Detoxification of cadmium in tobacco plants: formation and active excretion of crystals containing cadmium and calcium through trichomes. Planta, 213, 45-50.

86. Clemens S., Palmgren M.G., Kramer U. (2002) A long way ahead: understanding and engineering plant metal accumulation. Trends Plant Sci., 7, 309-315.

87. Cobbett C., Goldsbrough P. (2002) Phytochelatins and metallothioneins: roles in heavy metal detoxification and homeostasis. Plant Biol., 53, 159-182.

88. Collins A. (2001) Carotenoids and genomic stability. Mutat. Res., 475, 1i j -i ^ ~ - \

89. Conklin P.L., Barth C. (2004) Ascorbic acid, a familiar small molecule interwined in the response of plants to ozone, pathogens and the onset of senescence. Plant, Cell and Environment, 27, 959-970.

90. Costa G., Morel J.L. (1993) Cadmium uptake by Lupinus albus L.: cadmium excretion, a possible mechanism of cadmium tolerance. J. Plant Nutr., 16, 19211929.

91. Costa G., Morel J.L. (1994) Efficiency of H+-ATPase activity cadmium uptake by four cultivars lettuce. J. Plant Nutr., 17, 627-637.

92. Culter J.M., Rains D.W. (1974) Characterization of cadmium uptake by plant tissue. Plant Physiol, 54, 67-71.

93. Dangl J.L., Jones J.D.G. (2001) Plant pathogens and integrated defence responses to infection. Nature, 411, 826-833.

94. D'Autreaux'B^ TToledaiib M Bl'(2007) ROS as" signaling molecules: mechanisms that generate specificity in ROS homeostasis. Nature reviews. Molecular cell biology, 8, 813-824.

95. Dat J., Vandenabeele S., Vranova E., Van Montagu M., Inze D., Van

96. Demirevska-^epova' ¿.j Simova-Stoilova Li, Stoyanova Z.P., Feller U.2006) Cadmium stress in barley: growth, leaf pigment, and protein composition and detoxification of reactive oxygen species. J. Plant Nutr., 29, 451-468.

97. Dong J., Mao W.H., Zhang G.P., Wu F.B., Cai Y. (2007) Root excretion and plant tolerance to cadmium toxicity a review. Plant Soil Environ., 53, 193-200.

98. Duffus J.H. (2002) «Heavy metals» a meaningless term? Pure Appl. Chem., 74, 793-807.

99. Durand T.C., Hausman J.F., Carpin S., Alberic P., Baillif P., Label P., Morabito D. (2010) Zinc and cadmium effects on growth and ion distribution in Populus tremula x Populus alba. Biol. Plant., 54, 191-194.

100. Enstone D.E., Peterson C.A. (1992) The apoplastic permeability of root apices. Can. J. Bot., 70, 1502-1512.

101. Esen A. (1978) A simple method for quantitative semiquantitative and qualitative assay of protein. Anal. Biochem., 89, 264-273.

102. Foy C.D., Chaney R.L., White M.C. (1978) The physiology of metal toxicity in lands. Plant Physiol, 29, 511-566.

103. Foyer C.H., Noctor G. (2005a) Oxidant and antioxidant signaling in plants: a re-evaluation of the concept of oxidative stress in a physiological context. Plant, Cell and Environment, 28, 1056-1071.

104. Foyer C.H., Noctor G. (20056) Redox homeostis and antioxidant signaling: a metabolic interface between stress perception and physiological responses. Plant Cell, 17, 1866-1875.ii /

105. Garg N.j Aggarwal Nl (2011) Effects of interactions between cadmium and lead on growth, nitrogen fixation, phytochelatin, and glutathione production in mycorrhizal Cajanus cajan (L.) Millsp. J. Plant Growth Regul., 30, 286-300.

106. Gill S.S., Tuteja N. (2010) Reactive oxygen species and antioxidant machinery in abiotic stress tolerance in crop plants. Plant Physiology and Biochemistry, 48, 909-930.

107. Hall J.L. (2002) Cellular mechanisms for heavy metal detoxification and tolerance. J. Exp. Bot., 53, 1-11.

108. Hall J.L., Williams L.E. (2003) Transition metal transporters in plants. J. Exp. Bot., 54, 2601-2613.

109. Halliwell B. (2006) Reactive species and antioxidants. Redox biology is a fundamental theme of aerobic life. Plant Physiol, 141, 312-322.

110. Harris N.S., Taylor G.J. (2001) Remobilization of cadmium in maturing shoots of near isogenic lines of durum wheat that differ in grains cadmium accumulation. J. Exp. Bot., 52, 1473-1481.

111. Hart J.J., Welch R.M., Norvell W.A., Sullivan L.A., Kochian L.V. (1998) Characterization of cadmium binding, uptake and translocation in intact seedlings of bread and durum wheat cultivars. Plant Physiol., 116, 1413-1420.

112. Hartley-Whitaker J., Cairney J.W.G., Meharg A.A. (2000) Sensitivity to Cd or Zn of host and symbiont of ectomycorrhizal Pinus sylvestris L. (Scots pine) seedlings. 218,'31^42 r '"-■■'"■""""< ^ ■ 5

113. Haydon M.J., Cobbett C.S. (2007) Transporters of ligands for essential metal ions in plants. New Phytol., 174, 499-506.

114. Havaux M., Eymery F., Porfirova S., Rey P., Dormann P. (2005) Vitamin E protects against photoinhibition and photooxidative stress in Arabidopsis thaliana. Plant Cell, 17,3451-3469. 1 ' ' ' 1

115. Heath R.L., Packer L. (1968) Photoperoxidation in isolated chloroplasts. Kinetics and stoichiometry of fatty acid peroxidation. Arch. Biochem. Biophysics, 125, 189-198.

116. Heiss S:, Wachter A., Bogs J., Cobbett C., Rausch T. (2003) Phytochelatin synthase (PCS) protein is induced in Brassica juncea leaves after prolonged Cd exposure. J. Exp. Bot., 54, 1833-1839.

117. Hell R., Mendel R.-R. (2010) Cell Biology of Metals and Nutrients. Berlin: Springer-Verlag, 285 p.

118. Hojati M., Modarres-Sanavy S.A.M., Karimi M., Ghanati F. (2010) Responses of growth and antioxidant systems in Carthamus tinctorius L. under water deficit stress. Acta. Physiol. Plant, 33, 105-112.

119. Howe G., Merchart S. (1992) Heavy metal-actived synthesis of peptides in Chlamydomonas reinhardtii. Plant Physiol., 98, 127-136.

120. Igamberdiev A.U., Seregelyes C., Manach N., Hill R.D. (2004) NADH-dependent metabolism of nitric oxide in alfalfa root cultures expressing barley haemoglobin. Planta, 219, 95-102.

121. Ingestad T. (1979) Mineral nutrient requirements of Pinus silvestris and Picea abies seedlings. Physiol. Plant, 45, 373-380.

122. Janicka-Russak M., Kabala K., Burzynski M., Klobus G. (2008) Response of plasma membrane H+-ATPase to heavy metal stress in Cucumis sativus roots. J. Exp. Bot., 59, 3721-3728.

123. Jebara S., Jebara M., Limam F., Aouani M.E. (2005) Changes in ascorbate peroxidase, catalase, guaiacol peroxidase and superoxide dismutase in common bean (Phaseolus vulgaris) nodules "under "s'ait' stress.^ Plant Physiol., 162, 929-936.

124. Jithesh M.N., Prashanth S.R., Sivaprakash K.R., Parida A.K. (2006) Antioxidative response mechanisms in halophytes: their role in stress defense. J. Genet., 85, 237-254.

125. Jouili H., Bouazizi H., El Ferjani E. (2011) Plant peroxidases: biomarkers■ i > of metallic stress. Acta. Physiol. Plant, 33, 2075-2082.

126. Jouili H., Bouazizi H., El Ferjani E. (2010) Protein and peroxidase modulations in sunflower seedlings (.Helianthus annuus L.) treated with a toxic amount of aluminium. Biol. Trace Element Res., 138, 326-336.

127. Kabata-Pendias A., Mukherjee A.B. (2007) Trace elements from soil to human. Springer, 576 p.

128. Kagi J.H.R. (1993) Evolution, structure and chemical activity of class I metallothioneins. See Ref., 71, 29-56.

129. Kaminska-Rozek E., Pukacki P. (2004) Effect of water deficit on oxidative stress and degradation of cell membranes in needles of Norway spruce {Picea abies). Acta physiol. Plant, 26, 431-442.

130. Kang H.-M., Saltveit M. (2001) Activity of enzymatic antioxidant defense systems in chilled and heat shocked cucumber seedling radicles. Physiol. Plant, 113, 548556. " ' 1 V "

131. Kannan S. (1980) Mechanisms of foliar uptake of plant nutrients: accomplishments and prospects. J. Plant Nutr., 2, 717-735.

132. Karuppanapandian Т., Moon J.-C., Kim C., Manoharan K., Kim W. (2011) Reactive'oxygeri specie's in plañís:'their generation', signal transduction, and scavenging mechanisms. Australian Journal of Crop Science, 5, 709-725.

133. Karuppanapandian Т., Saranyadevi A.R., Jeyalakshmi K., Manoharan K. (2008) Mechanism, control and regulation of leaf senescence in plants. J Plant Biol, 35, 141-155.

134. Kaznina N.M., Titov A.F., Laidinen G.F., Talanov A.V. (2009) Setaria viridis tolerance of high zinc concentrations. Biology Bulletin, 36, 575-581.

135. Kelly C.A., Rudd J.W.M., Bodaly R.A. et. al. (1997) Increases in fluxes of greenhouse gases and methyl mercury following flooding of an experimental reservoir. Ibid., 31, 1334-1344.

136. Khurana N., Singh M.V., Chatterjee C. (2006) Copper stress alters physiology and deteriorates seed quality of rapeseed. J. Plant. Nutr., 29, 93-101.

137. Kiffln R., Bandyopadhyay U., Cuervo A.M. (2006) Oxidative stress and autophagy. Antioxid. Redox. Signal, 8, 152-162.

138. Kovacevic G., Kastori R., Merkulov L.J. (1999) Dry matter and leafstructure in young wheat plants as affected by cadmium, lead and nickel. Biol. Plant, 42, 119-1234" v Kn<iil .».VS-iVl., SiiKJ;is\ K.A. cs. ;ji ' 1 Vv / > ■ •<

139. Kramer U., Cotter-Howells J.D., Charnock J.M., Baker A.J.M., Smith

140. J.A.C. (1996) Free histidine as a metal chelator in plants that accumulate nickel. Nature, 379, 635-638.

141. Krupa P., Kozdroj J. (2007) Ectomycorrhizal Fungi and Associated Bacteria Provide Protection against Heavy Metals in Inoculated Pine (Pinus sylvestris L.) Seedlings. Water, Air, SoilPollut., 182, 83-90.

142. Krupa Z., Oquist G., Huner N.P.A. (1993) The effect of cadmium on photosynthesis of Phaseolus vulgaris a fluorescence analysis. Physiol. Plant, 88, 626630.' '

143. Laemmli U.K. (1970) Cleavage of structural proteins during the assembly of the head of bacteriophage. Nature, 227, 680-685.

144. Lambert G., Cloarec M.F., Pennisi M. (1988) Volcanic output of S02 and trace metals: A new approach. Geochim. et cosmochim. acta, 52, 39-42.

145. Lasat M.M., Baker A.J.M., Kochian L.V. (1996) Physiological characterization of root Zn absorption and translocation to shoots in Zn hyperaccumulator and nonaccumulator species of Thlaspi. Plant Physiol., 112, 1715-1722.

146. Ledford H.K., Niyogi K.K. (2005) Singlet oxygen and photooxidative stress management in plants and algae. Plant Cell Environ., 28, 1037-1045.

147. Li T.Q., Lu L.L., Zhu E., Gupta D.K., Islam E., Yang X.E. (2008) Antioxidant responses in roots of two contrasting Sedum alfredii Hance ecotypes under elevated zinc concentrations. Russian Journal of Plant Physiology, 55, 799-807.

148. Liao G., Liao D., Li Q. (2008) Heavy metals contamination characteristics in soil of different mining activity zones. Trans. Nonferrous Met. Soc. China, 18, 207211.

149. Lichtenthaler H.K. (1987) Chlorophylls and Carotenoids, Pigments of Photosynthetic Biomembranes. Methods in Enzymology, 148, 350-382.

150. Lichtfouse E., Navarrete M., Debaeke P., Souchere V., Alberola C.2009) Sustainable agriculture. Springer, 919 p.

151. Macnair M.R. (2007) Life history variation in Thlaspi caerulescens. New Physiol., 173, 6-8.

152. Maeh'ly A.C.',' ¿¿ Chance Bi (l954):The assay of catalases and peroxidases. In: Methods of Biochemical Analysis (Glick, D., ed.), Interscience, New York, 1, 357408.

153. Malachowski L., Stair J.L., Holcombe J.A. (2004) Immobilized peptides/amino acids on solid supports for metal remediation. Pure Appl. Chem., 76, 777787.

154. Matysik J., Alia, Bhalu B., Mohanty P. (2002) Molecular mechanisms of quenching of reactive oxygen species by proline under stress in plants. Curr Sci., 82, 525-532.

155. Mehard A.A. (2005) Mechanisms of plant resistance to metal and metalloid ions and potential biotechnological applications. Plant Soil, 274, 163-174.

156. Metwally A., Safronova V.I., Belimov A.A., Dietz K.J. (2005) Genotypic variation of the response to cadmium toxicity in Pisum sativum L. J. Exp. Bot., 56, 167178.i | i > ~>

157. Meychik N., Yermakov LP. (2001) Ion exchange properties of plant root cell walls. Plant Soil, 234, 181-193.

158. Mittler R. (2002) Oxidative stress, antioxidants and stress tolerance. Trends Plant Sci., 7, 405-410.

159. Moller I.M., Jensen P.E., Hansson A. (2007) Oxidative modifications toi ■ i , , , i, . . I \ \ ,, ,, , , ,' ,cellular components in plants. Plant Biol., 58; 459-481." "" ' " '

160. Monnet F., Vaillant N., Vernay P., Coudret A., Sallanon H., Himi A.2001) Relationship between PSII activity, C02 fixation, and Zn, Mn and Mg contents of Loliumperenne under zinc stress. J. Plant Physiol., 158, 1137-1144.

161. Moral R., Palacios G., Gomez L, Navarro-Pedreno J., Mataix J. (1994) Distribution and accumulation heavy metals (Cd, Ni and Cr) in tomato plant. Eresenius Environ. Bull., 3, 395-399.

162. Murphy A., Taiz L. (1995) Comparison of metallothionein gene expression and non-protein thiols in ten Arabidopsis ecotypes. Plant Physiol., 109, 945-954.

163. Muschitz1 "A:,Faugeron C., M'orvan H. (2009) Response of cultured tomato cells subjected to excess zinc: role of cell wall in zinc compartmentation. Acta Physiol. Plant, 31, 1197-1204.

164. Nagajyoti P.C., Lee K.D., Sreekanth T.V.M. (2010) Heavy metals, occurrence and toxicity for plants: a review. Environ. Chem. Lett., 8, 199-216.

165. Nahakpam S., Shah K. (2011) Expression of Key Antioxidant Enzymes under Combined Effect of Heat and Cadmium Toxicity in Growing Rice Seedlings. Plant1. Growth Regul., 63, 23-35.

166. Nakasawa R., Kato H., Kameda Y., Takenada H. (2002) Optimum assay conditions of the activity of phytochelatin synthase from tobacco cells. Biol. Plant, 45, 311-313.

167. Ots K., Mandre M. (2011) Monitoring of heavy metals uptake and allocation in Pinus sylvestris organs in alkalized soil. Environ Monit Assess, 184, 4105-4117.

168. Page V., Feller U.R.S. (2005) Selective transport of zinc, manganese, nickel, cobalt and cadmium in the root system and transfer to the leaves in young wheat plants. Ann. Bot., 96, 425-434.

169. Page V., Weisskopf L., Feller U. (2006) Heavy metals in white lupin: uptake. Root-to-shoot transfer and redistribution within the plant. New Phytologist, 171, 329-341.

170. Panda S.K., Khan M.H. (2004) Changes in growth and superoxide dis-mutase activity Hydrilla verticillata L. under abiotic stress. Braz. J Plant Physiol., 16, 115-118.

171. Paschke M.!\V., Terry L.G., Redente E.F. (2006) Zinc Toxicity Thresholds for Reclamation for Species. Water, Air, Soil Pollut., 170, 317-330.

172. Petit C.M., Van de Geijn S.C. (1978) In vivo measurement of cadmium transport and accumulations in the stems of intact tomato plants. Planta, 138, 137-143.

173. Polidoros A.N., Mylona P.V., Scandalios J.G. (2001) Transgenic tobacco plants expressing the maize Cat2 gene have altered catalase levels that affect plant-pathogen interactions and resistance to oxidative stress. Transgenic Research, 10, 555569.

174. Popescu L., Stanca A. (2008) Monitoring of heavy metals soil contents in the area of thermal power plants in Romania. World Academy of Science, Engineering and Technology, 44, 382-386.

175. Poschenrieder C., Barcelo J. (1999) Water relation in heavy metals stressed plants. Heavy Metal Stress in Plants From Molecules to Ecosystems, Berlin -Heidelberg New York: Springer-Verlag, p. 207-231.

176. Poschenrieder C., Gunse B., Barcelo J. (1989) Influence of cadmium on water relations, stomatal resistance and abscisic acid content in expanding bean leaves. Plant Physiol., 90, 1365-1371.

177. Rao V.M., Paliyath G., Ormrod P.D. (1996) Ultraviolet-B and ozone-induced biochemical changes in antioxidant enzymes of Arabidopsis thaliana. Plant Physiol., 110, 125-136.

178. Rauser W.E. (1999) Structure and function of metal chelators produced by plants. Cell Biochem. Biophys., 31, 19-48.

179. Rellan-Alvarez R., Ortega-Villasante C., Alvarez-Fernandez A., del Campo F.F., Hernandez L.E. (2006) Stress responses of Zea mays to cadmium and mercury. Plant Soil, 279, 41-50.

180. Re R., Pellegrini N., Proteggente A., Pannala A., Yang M., Rice-Evans C. (1999) Antioxidant activity applying an improved ABTS radical cation decolorization assay. Free Radical Biology & Medicine, 26, 1231-1237.

181. Saber N.E., Abdel-Moneim A.M., Barakat S.Y. (1999) Role of organic acids in sunflower tolerance to heavy metals. Biol. Plant, 42, 65-73.

182. Sagardoy R., Morales F., Lopez-Millan, Abadia A., Abadia J. (2009) Effects of zinc'toxicityv on'^ugar b'eet "(Beta 'vulgaris L.) plants'grown in hydroponics. Plant Biology, 11, 339-350.

183. Salt D.E., Prince R.C., Baker A.J.M., Raskin I., Pickering I.J. (1999) Zinc ligands in the metal hyperaccumulator Thlaspi caerulescens as determined using X-ray absorption spectroscopy. Environ. Sci. Technology, 33, 713-717.

184. Sandalio L.M., Dalurzo H.C., Gomes M., Romero-Puertas M.C., del Rio L.A. (2001) Cadmium-induced changes in the growth and oxidative metabolism of pea plants. J. Exp. Bot., 52, 2115-2126.

185. Sengar R.S., Gautam M., Garg S.K., Chaudhary R., Sengar K. (2008) Effect of lead on seed germination;1 seedling growth, chlorophyll content and nitrate reductase activity in mung bean (Vigna radiata). Research Journal of Phytochemistry, 2, 61-68.

186. Seregin I.V., Kozhevnikova A.D., Gracheva V.V., Bystrova E.I., Ivanov

187. V.B. (2011) Tissue zinc distribution in maize seedling roots and its action on growth. Russian journal ofplant physiology, 58, 109-117.

188. Seth C.S., Misra V., Singh R.R., Zolla L. (2011) EDTA-enhanced lead phytoremediation in sunflower {Helianthus annuus L.) hydroponic culture. Plant Soil, 347, 231-2^2.

189. Shah F.U.R., Ahmad N., Masood K.R., Peralta-Videa J.R., Ahmad F.U.D. (2010) Heavy Metal Toxicity in Plants. Plant Adaptation and Phytoremediation, Eds. Ashraf M., Ozturk M., Ahmad M.S.A. Berlin: Springer-Verlag, 481 p.

190. Sherameti I., Varma A. (2010) Soil Heavy Metals. Springer. 492 p.

191. Shutyaev A.MJ, Giertych Ml (2003) Scots'pine {Pinus sylvestris L.) in Eurasia a map album of provenance site interactions. Kornik: Institute of Dendrology, Poland. 266 p.

192. Siedlecka A. (1995) Some aspects of interactions between heavy metals and plant mineral nutrients. Acta Soc. Bot. Pol., 64, 262-272.

193. Smith P.K., Krohn R.I., Hermanson G.T., Mallia A.K., Gartner F.H., Provenzano M.D., Fujimoto E.K., Goeke N.M., Olson B.J., Klenk D.C. (1985) Measurement of protein using bicinchoninic acid. Anal. Biochem., 150, 76-85.

194. Stewart J. McD., Oosterhuis D., Heitholt J.J., Mauney J. (2010) Physiology of cotton1: Springer) 5$4 pis"'l!i ' ' ^ '

195. Strubinska J., Hanaka A. (2011) Adventitious root system reduces lead uptake and oxidative stress in sunflower seedlings. Biol. Plantarum, 55, 771-774.

196. Soudek P., Katrusakova A., Sedlacek L., Petrova S., Koci V., Marsik P., Griga M., Vanek T. (2010) Effect of Heavy'Metals on Inhibition of Root Elongation in 23 Cultivars of Flax (Linum usitatissimum L.). Arch. Environ. Contam. Toxicol., 59, 194-203.

197. Souza J.F., Rauser W.E. (2003) Maize and radish sequester excess cadmium and zink in different ways. Plant Sci., 165, 1009-1022.

198. Stolt Jjp:, Sneller F.E.C., Bryngelsson T., Lundborg T., Schat H. (2003)

199. Phytochelatin and cadmium accumulation in wheat. Env. Exp. Bot., 49, 21-28.

200. Straczek A., Sarret G., Manceau A., Hinsinger P., Geoffroy N., Jaillard

201. B. (2008) Zinc distribution and speciation in roots of various genotypes of tobacco exposed to Zn. Environ. Exp. Bot., 63, 80-90.

202. Takahama U., Oniki T. (2000) Flavonoids and some other phenolics as substrates of peroxidase: physiological significance of the redox reactions. J. Plant Res., 113, 301-309.

203. Tangahu B.V., Abdullah S.R.S., Basri H., Idris M., Anuar N., Mukhlisin M. (2011) A Review on Heavy Metals (As, Pb, and Hg) Uptake by Plants through Phytoremediation. International Journal of Chemical Engineering, 2011, 1-31.

204. Taylor C.B. (1996) Proline and water deficit: ups, down, ins and outs. Plant Cell, 8, 1221-1224.

205. Taylor S.R. (1964) Abundance of chemical elements in the continental crust: a new table. Geochimica et Cosmochimica Acta, 28, 1273-1285.

206. Thomas R.M., Singh V.P. (1996) Reduction of cadmium-induced inhibition of chlorophyll and carotenoid accumulation in Cucumis sativus L. by uniconazole (S. 3301). Photosynthetica, 32; 145-148.1-""" .

207. Yadav S.K. (2010) Heavy metals toxicity in plants: An overview on the role of glutathione and phytochelatins in heavy metal stress tolerance of plants. South African Journal of Botany, 76, 167-179.

208. Yamano S., Maruyama T. (1998) An azide-insensitive superoxide dis-mutase from a hypertfiermophilic Archaeon (Sulfolobus solfataricus). J. Biochem., 125, 186-193.

209. Yang Y., Han C., Liu Q., Lin B., Wang J. (2008) Effect of drought and low light on growth and enzymatic antioxidant system of Picea asperata seedlings. Acta Physiol. Plant., 30,433-440. '

210. Yang Y., Sun C., Yao Y., Zhang Y., Achal V. (2011) Growth and physiological responses of grape (Vitis vinifera «Combier») to excess zinc. Acta Physiol. Plant, 33, 1483-1491.

211. Yang X.E., Long X.X., Ye H.B., Calvert D.V., Stoffella P.J. (2004) Cadmium tolerance and hyperaccumulation in new Zn-hyperaccumulating plant species (,Sedum alfredii Hance). Plant Soil, 259, 181-189.

212. Van Dijk H.F.G., Bienfait H.F. (1993) Iron-deficiency chlorosis in Scots pine growing on acid soils. Plant and soil, 153, 255-263.

213. Vassilev A., Tsonev T., Yordanov I. (1998) Physiological response of barley plants (Hordeum vulgare L.) to cadmium contamination in soil during ontogenesis. Environ. Pollut., 103, 289-297.

214. Vellosillo T., Vicente J., Kulasekaran S., Hamberg M., Castresana C. (2010) Emerging "complexity'in-reactive oxygen' speciesproductionand signaling during the responses of plants to pathogens. Plant Physiol., 154, 444-448.

215. Wang J.P., Li Y.L., Zhang J.G. (2008) Effect of high-temperature and excessive-light stress on APX activity in apple peel. Acta Agri Boreali-Sin, 23, 144-147.

216. Winkel-Shirley B. (2002) Biosynthesis of flavonoids and effects of stress. Curr:Opin.PlantBid,l:;5^2\Si-223l:"^°^^u > — ' •

217. Wojcik M., Tukiendorf A. (2005) Cadmium uptake, localization and detoxification in Zea mays. Biol. Plant, 49, 237-245.

218. Wojcik M., Tukiendorf A. (1999) Cd-tolerance of maize, rye and wheat seedlings. Acta Physiol. Plant, 21, 99-107.

219. Wojdylo A.,Oszmianski J., Czemerys R. (2007) Antioxidant activity and phenolic compounds in 32 selected herbs. Food Chemistry, 105, 940-949.

Информация о работе

Савочкин, Юрий Валерьевич
кандидата биологических наук
Москва, 2012
ВАК 03.01.05

Диссертация

Морфофизиологические особенности развития сеянцев сосны обыкновенной в условиях хронического действия ионов цинка - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы