Роль антиоксидантных и ДНК-репарационных систем в формировании ответной реакции растительных клеток при действии стресс-факторов

Федорова, Анна Ивановна

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Роль антиоксидантных и ДНК-репарационных систем в формировании ответной реакции растительных клеток при действии стресс-факторов
ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Роль антиоксидантных и ДНК-репарационных систем в формировании ответной реакции растительных клеток при действии стресс-факторов"

На правахрукописи

ФЕДОРОВААнна Ивановна

РОЛЬ АНТИОКСИДАНТНЫХ И ДНК-РЕПАРАЦИОННЫХ СИСТЕМ В ФОРМИРОВАНИИ ОТВЕТНОЙ РЕАКЦИИ РАСТИТЕЛЬНЫХ КЛЕТОК ПРИ ДЕЙСТВИИ СТРЕСС-ФАКТОРОВ (радиация, температура, нитрат- и нитрит-анионы)

Специальность 03.00.16 - Экологая

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Якутск-2004

Работа выполнена в Институте биологических проблем криолитозоны СО РАН

Научные руководители:

доктор биологических наук, профессор Кершенгольц Борис Моисеевич

доктор биологических наук

Журавская Алла Николаевна

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, профессор Абрамов Алексей Федорович

кандидат биологических наук

Филиппов Эдуард Васильевич

Ведущая организация:

Институт прикладной экологии Севера Академии наук РС(Я)

Защита диссертации состоится "10" июня 2004 г. в часов на за-

седании диссертационного совета Д 212.306.03 при Якутском государственном университете им. М.К. Аммосова по адресу: 677891, Якутск, ул. Белинского, 58.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Якутского государственного университета им. М.К. Аммосова по адресу: 677891, Якутск, ул. Белинского, 58

Автореферат разослан 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор биологических наук

Данилова Н.С.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. В связи с загрязнением окружающей среды на фоне глобальных изменений климата в настоящее время повысилась значимость оценки надежности и устойчивости биоты, испытывающей на себе совокупное действие стресс-факторов разной природы и интенсивности. Мониторинг качества среды обитания может проводиться путем определения качественного и количественного состава тех или иных загрязнений физической, химической и биологической природы. Констатацию наличия загрязнителей в среде обитания живых организмов в настоящее время провести сравнительно легко, так как имеется достаточно приборов и методик, позволяющих фиксировать присутствие того или иного токсиканта, превышение его содержания над условной нормой - ПДК [Алекин, 1973; Максимов, 1993; Захаров и др., 2000; Еловская и др., 2003; Шадрина и др., 2003 и др.]. Но при этом не учитывается состояние организмов, пределы их устойчивости и надежности, связанные как с активностью защитных антиокси-дантных и ДНК-репарационных систем, так и с активностью генома в процессах репликации и направленных на трансляцию. Поэтому изучение эндогенных защитных систем, сформированных в результате адаптации биоты к существующим условиям обитания, включая антиоксидантные и ДНК-репарационные системы в клетках живых организмов, в настоящее время является одной из актуальных задач в экологии и биологии [Филиппов, 2000; Захаров и др., 2000; Журавская, 2001; Кершенгольц, 2003]. Информация об активности антиоксидантных и ДНК-репарационных систем, скоростях процессов репликации и трансляции, интегральных показателях устойчивости и продуктивности генома может быть полезна для решения и других прикладных экологических и медицинских задач.

Цель данной работы заключается в выявлении роли антиоксидантных и ДНК-репарационных систем, а также биологически активных веществ, их модифицирующих, в защите меристематических клеток растений от воздействия экотоксикантов на примерах острой радиации, повышенной температуры, нитрат- и нитрит-анионов.

В связи с этим были поставлены следующие задачи;

1. Установить взаимосвязь между годовой динамикой всхожести семян и сезонными изменениями антиоксидантной защиты клеток проростков дес-курайнии Софьи, иван-чая узколистного в нативных условиях и при однократном воздействии на них физических стресс-факторов: острого у-облучения и гипертермии.

2. Выявить влияние острого облучения и гипертермии на активность систем репарации ДНК, дифференциальную активность генома в процессах репликации и направленных на трансляцию, относительную устойчивость и продуктивность генома клеток корневой меристемы проростков дикорастущих видов растений.

3. Изучить интенсивность всасывания нитрат- и нитрит-анионов в

клетки корешков проростков пшеницы сорта «Приленская-19» и их влияние

на физиологические характеристики, уровни ■ ч ыпкт.и игштчпй ^япри и пе-

рекисного окисления липидов, дифференциальную

, I 611БЛИ01—

3 I СПепрб

цессах репликации, трансляции, репарации ДНК, его относительную устойчивость и продуктивность в меристематических клетках корешков проростков пшеницы.

4. Установить стресс-модифицирующее влияние комплекса биологически активных веществ экстракта рододендрона золотистого при действии физических и химических факторов на семена растений по следующим критериям: энергия прорастания семян и выживаемость проростков; скорость деления клеток, активность и устойчивость генома, активность систем репарации ДНК, антиоксидантной защиты и перекисного окисления липидов в клетках проростков.

Положения, выносимые на защиту

1. Высокие амплитуда колебаний годовой всхожести семян и сезонная изменчивость уровня антиоксидантной защиты клеток корешков проростков растений являются показателями большей устойчивости меристематических клеток к действию экологических стресс-факторов.

2. Неспецифический биохимический адаптационный потенциал, включающий системы антиоксидантной (ферментативной и низкомолекулярной) защиты, общую устойчивость и дифференциальную активность генома в процессах репликации, репарации ДНК и направленных на трансляцию, определяет общую относительную устойчивость растительных организмов к действию экотоксикантов: острой радиации, гипертермии, нитрат- и нитрит-анионов.

3. Способность комплекса биологически активных веществ экстракта рододендрона золотистого активировать антиоксидантные и/или ДНК-репарационные системы меристематических клеток корней проростков и снижать скорость репликации в них позволяет использовать его для модификации стресс-реакций клеток растительных организмов при действии на них экотоксикантов различной природы: лучевой, гипертермической, химической (нитрит- и нитрат-анионы).

Научная новизна работы

Показана ключевая и взаимодополняющая роль антиоксидантных и ДНК-репарационных систем в формировании устойчивости растительных клеток от токсического действия экологических стресс-факторов: острой радиации, гипертермии, нитрат- и нитрит-анионов.

Установлено, что в рамках ответной реакции растительных клеток на действие исследованных стресс-факторов первоочередными являются изменения биохимических систем, обеспечивающие устойчивость организмов (даже в ущерб их продуктивности) - активация антиоксидантных и/или ДНК-репарационных систем, снижение активности систем репликации (иногда трансляции).

На фоне действия на клетки растений указанных стресс-факторов установлена модифицирующая роль экстракта рододендрона золотистого по отношению к системам антиоксидантной защиты и дифференциальной активности генома, приводящая к повышению их устойчивости.

Практическая значимость работы

Представленные в работе результаты по изучению действия острого радиационного облучения, гипертермии, нитрат- и нитрит-анионов на мери-стематические клетки растений могут быть использованы при проведении экологической экспертизы для оценки состояния биоты и долгосрочных прогнозов ее адаптации к действию широкого спектра техногенных и природных токсикантов и физических стресс-факторов.

Апробация работы. Основные положения работы были доложены и обсуждены на научно-практической конференции студентов аспирантов и молодых ученых «Шаг в будущее» (г. Якутск, 1998), на научно-практической конференции «Лаврентьевские чтения» (г. Якутск, 1999), на научных конференциях Института биологических проблем криолитозоны СО РАН и биолого-географического факультета Якутского Государственного университета им. М.К. Амосова (2001-2003).

Публикации: по теме диссертации опубликовано 8 печатных работ.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, литературного обзора, описания материалов, использованных методик, трех глав с анализом собственных результатов и их обсуждения, выводов и списка использованной литературы, включающего 203 наименования иностранных и отечественных источников. Диссертация изложена на 144 страницах, включая 12 таблиц, 2 схемы и 33 рисунка.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи работы, перечислены основные положения, выносимые на защиту.

Глава 1. Литературный обзор. Проведен анализ информации по проблеме адаптации растительных организмов к среде обитания и роли антиок-сидантных и ДНК-репарационных систем в формировании ответной реакции растений при действии физических и химических стресс-факторов. Сделан вывод о необходимости изучения эндогенных защитных систем, сформированных в результате адаптации биоты к существующим условиям обитания, включая антиоксидантные и ДНК-репарационные системы в клетках живых организмов, для последующей оценки состояния биоты и долгосрочных перспектив ее существования.

Глава 2. Объекты и методы исследования

Объектами исследования являлись клетки меристемы корней 3-дневных проростков пшеницы (Triticum aestivum L.) сорта «Приленская-19», выросших на нитратной (10+250 мМ KNO3) и нитритной (10+150 мМ KNO2) среде, и 7-дневных проростков дикорастущих видов растений - иван-чая узколистного (Chamaenerion angustifolium Scop.), и дескурайнии Софьи (Descurainia sophia), выросших из облученных (0,5+250 Гр) и гипертерми-рованных семян.

Содержание суммы низкомолекулярных антиоксидантов (НМАО), активности супероксиддисмутазы (СОД) и пероксидазы, уровень перекисного окисления липидов (ПОЛ), степень вхождения нитрит-анионов в клетки меристемы корней проростков изучаемых растений определяли стандартными

спектрофотометрическими методами [Асатиани, 1969; Геккелер, Экштайн, 1994, Ссшгапйпе, 1977, Рогожин, 1999, Асатиани, 1969, Алехин, 1973]. Определение количества нитрат-анионов проводили с помощью нитрат-селективного электрода (рН-метр иономер «Экотест 120»), цитологические исследования - по Паушевой (1974).

Адаптивный потенциал растений определяли с помощью комплексного цитолого-биохимического метода оценки дифференциальной активности генома в процессах репликации, репарации и направленных на трансляцию, его устойчивости и продуктивности, включающего определение содержания низкомолекулярных антиоксидантов, активности пероксидазы и супероксид-дисмутазы, скорости включения 3Н-тимидина в ДНК, 14С-лейцина в белки, митотического индекса меристематической ткани корешков проростков [Журавская и др., 2001; Шаройко и др., 2002].

Расчетные значения получали, исходя из того, что: Стране= (включение иС-лейцина)м; крепл = (митотический индекс)^;

крепар = {(включение 3Н-тимидина)н - (митотический индекс^ +1};

коаг- (ктранс крепл "'"крепар )«3;

каоз~ {(активность СОД)м + (активность пероксидазы)н + [сумма НМЛО]м} :3;

куГ — (ка03+ крепар/коаг )*2; кпродукт ~ (ктранс крепл

где, каа„ ктраа„ V™» кре^ К" - юяяффшцштшъшттиошийттнЬЯщщащыфб-

щей активности генома, трансляции, репликации, репарации, устойчивости и продуктивности генома;

[включение 14С-лейципа]ц и [включение 3Н-тштдина]ц - нормированные к контролюзначения! скороспш вкпюнвтис-ГС-лейцина: втттевщгуемт белки и 3Н-тимидина в молекулы ДНК;

[митотический индекс]ц~ нормированные к контролю значения митотическогоиндекса; [активность СОД]ц, [активность пероксидазы]N и [сумма НМАО]ы - нормированные к контролю значения активности супероксиддисмутазы, пероксидазы и суммарного содержания низкомолекулярныхантиоксидантов.

Для определения радиоустойчивости растений была применена нормированная оценка натурально-логарифмических анаморфоз дозовых кривых выживаемости месячных проростков, которая дала возможность установить значения Бя (квазипороговой дозы) и тангенса угла наклона кривой «доза-эффект» ^а) [Журавская и др., 1997].

Энергию прорастания семян дикорастущих видов растений определяли на 7 день, для пшеницы - на 3 день; всхожесть семян дикорастущих растений - на 14 день, для пшеницы - на 7 день [ГОСТ 12038-84]; выживаемость -на 35 день только у дикорастущих видов растений.

Изучение стресс-модифицирующего действия экстракта рододендрона золотистого проводили на семенах пшеницы, подвергнутых действию нитратов (250 мМ в среде) и нитритов (60 мМ в среде), а также на семенах иван-чая узколистного и дескурайнии Софьи, подвергнутых острому однократному облучению у-квантами 60Со в дозе 250 Гр или гипертермии при температурах 50-55°С.

Эксперименты проводили в 4-х повторностях. Полученные данные подвергали статистической обработке для получения достоверности отличий [Лакин, 1980].

Глава 3. Физиологические и цитолого-биохимические характеристики проростков дикорастущих растений при действии физических стресс-факторов (острое у-облучение и гипертермия) на семена

Установлено, что широко распространенные виды дикорастущих растений Центральной Якутии (дескурайния Софья и иван-чай узколистный) статистически достоверно отличаются друг от друга годовой динамикой всхожести семян (рис.1) и сезонными изменениями уровня антиоксидантной защиты клеток проростков (табл.1).

Рис.1. Годовая динамика всхожести семян дескурайнии Софьи и иван-чая узколистного

Таблица 1

Суммарное содержание НМАО, активности СОД и пероксидазы, кии, всхожесть семян дескурайнии Софьи и иван-чая узколистного по сезонам года (в скобках- нормировано

Месяцы Всхожесть, % ♦* НМАО, МКГ-ЭКВцкрц/ Гпр * СОД, мкмоль/ (г„р мин) ♦ Пероксидаза, мкмоль/ (г„рмин) * ^аоз Радиоустойчивость на 35 день по 0„(Гр)/1ёа

Дескурайния Софья

январь 95,0*9,5 10,1±0,1 (1,0) 83,4±0,8 (5,6) 31,1±0,3 (5,5) 4,0 67/1,4

март 58,0±5,8 22,040,2 (2,2) 91,0±0,9 (6,1) 23,6±0Д (4,1) 4,1

июнь 7,0±0,7 48,0±0,5 (4,8) 15,0±0д (1,0) 5,7±0,1 (1.0) 2,3

сентябрь 35,0±3,5 33,0±0,3 (3,3) 56,0±0,6 (3,7) 19,0±0Д (3,3) 3,4

Иван-чай узколистный

январь 95,0±9,5 )5,4±0,2 (1,5) 135,1±1,4 (9,0) 0,0 3,5 25 /1,8

март 80,0±8,0 15,8±0,2 (1,6) 134,5±1,3 (9,0) 0,0 3,5

июнь 95,0±9,5 14,9±0,2 (1,5) 136,1±1,4 (9,1) 0,0 3.5

сентябрь 91,0±9,1 15,0±0,2 (1,5) 137,0±1,4 (9.1) 0,0 3,5

♦ р<0,01; ** р<0,1

Антиоксидантная защита клеток проростков дескурайнии Софьи формируется в первую очередь за счет высокого содержания НМАО и активности пероксидазы. У иван-чая узколистного - обуславливается только содержанием НМАО и активностью СОД. Пероксидаза в проростках этого растения не была обнаружена в пределах чувствительности метода. У дескурайнии Софьи антиоксидантная защита менялась по сезонам (максимальные значения зимой, весной Следует отметить, что при максимальных

значениях активности антиоксидантиой защиты всхожесть семян также была наибольшей, а при минимальных - наименьшей. У иван-чая узколистного значения в течение года не изменялись и всхожесть семян также

статистически достоверно находилась на одном уровне.

Всхожесть семян дескурайнии Софьи, получивших дозу радиации (0,5+250 Гр; рис.2А) или подвергнутых гипертермии (40+53А); статистически достоверно снижалась в периоды ее максимумов (январь, апрель, июль, ноябрь), не изменяя фазности сезонной зависимости. Острое у-облучение семян иван-чая узколистного в диапазоне доз Гр не изме-

няло динамику их годовой всхожести (рис.2Б). Гипертермическое же воздействие приводило к снижению всхожести семян (рис.3 Б).

Рис. 2. Годовая динамика всхожести облученных семян дескурайнии Софьи (А) и иван-чая узколистного (Б)

Рис.3. Годовая динамика всхожести семян дескурайнии Софьи (А) и иван-чая узколистного (Б) после гипертермического воздействия

Хотя по критерию выживаемости проростков (на 35 день наблюдения) дескурайния Софья является более радиоустойчивым растением (Dq=67 Гр, 1яа:=1,4), чем иван-чай узколистный (Dq=25 Гр, 1да=1,8; табл.1.). То есть, можно предположить, что большие амплитуды колебаний годовой динамики всхожести семян и значения кам дескурайнии Софьи, по сравнению с иван-чаем узколистным, указывают на ее высокий адаптивный потенциал.

Таблица2

Физиологическая и гщтолого-биохимическая характеристика двух видов растений

_ при остром ?-облучении и гипертермии ___

Варианты НМАО, МКГ-ЭКВ^ц / Гпр • СОД, мкмоль/ (г„р.мин) * Пероксидаза, мкмоль/ (г„р.мин) * тимидин, фмоль/ г„р.сугки * "с- лейцин, пмоль/ г„р.сутки * Митотический индекс, % Всхожесть, % *♦»

Дескурайния Софья

Контроль (0 Гр, 25 °С) 10,1±0,1 83,4±0,8 31,1±0,3 33,9±0,3 4,8±0,1 9,0±0,5 95±9,5

0,5 Гр 12,1±0,1 72,2±0,7 26,9±0,3 61,6±0,6 5,8±0,1 7,2±0,4 87±8,7

20 Гр 11,7+0,1 62,0+0,6 27,3 ±1,3 37,0+0,4 5,7±0,1 4,9±0,2 79±7,9

60 Гр 143±0,1 85,5±0,9 39,8±0,4 20,9±0Д 2,5±0,1 6,0±0,3 68±6,8

250 Гр 11,0±0,1 91,0±0,9 32,2±0,3 41,2±0,4 5,0±0,1 5,3±0,3 62±6,2

40 "С 14,б±0,1 55,9±0,6 48,2±0,5 82,4±0,8 4,9±0,1 5,4 ±0,3 65±б,5

46 "С 15,2±0,2 71,7±0,7 53,7±0,5 174,2±1,7 5,0±0,1 8,0±0,4 76±7,6

55 "С 12,6+0,1 90,7±0,9 66,7±0,7 150,9±1,5 5,5 ±0,1 4,ОМ,2 34±3,4

Иван-чай узколистный <

Контроль (0 Гр, 25 °С) 15,4±0Д 1353±1,4 0,0 93,6±0,9 4,8+0,1 6,4±0,3 95±9,5

0,5 Гр 11,1±0,1 118,9±1Д 0,0 93,1±0,9 3,2±0,1 5,1 ±0,3 97±9,7

20 Гр 15,5±0,2 130,5+1,3 0,0 71,5±0,7 2,6±0,1 3,2±0,2 100±10

60 Гр 22,8±0,2 164,6±1,6 0,0 83Д±0,8 3,0±0,1 4,5±0Д 99±9,9

250 Гр 22,2±0,2 91,2±0,9 0,0 61,7±0.6 3,6±0,1 3,8±0,2 96±9,6

40 "С 20, ¡±0,2 150,6±1,5 0,0 260,5+2,6 16,0±0,2 8,0 ±0,4 98±9,8

46 "С 12.6+0,1 199,0±2,0 0.0 234,4±2,3 13,0±0,1 6,5±0,3 86±8,6

50 "С 9,6±0,1 70,5±0,7 0,0 50,0+0,5 3,7±0,1 3,1±0,1 81 ±8,1

• р <0,01 ; •* р <0,05; •»• р <0,1

Установлено, что облучение в дозах 60 и 250 Гр семян дескурайнии Софьи привело к активации антиоксидантной защиты за счет повышения содержания НМАО, активации пероксидазы и СОД. Ускорялись включения тимидина в молекулы ДНК и 14С-лейцина в белки клеток (кроме 60 Гр). Всхожесть семян и скорость деления клеток корней проростков постепенно понижались и составили 65 и 59% от контроля, соответственно (табл.2). Гипертермия (40+55 °С) также приводила к активации антиоксидантной защиты за счет повышения содержания НМАО, активации пероксидазы и СОД. При 55 °С включения 3Н-тимидина в молекулы ДНК и 14С-лейцина в белки возрастали в 4,4 и 1,1 раза, соответственно. Всхожесть семян и митотический индекс клеток корней проростков понижались в 2,8 и 2,3 раза, соответственно, относительно контроля (см. табл.2).

У иван-чая узколистного активация синтеза НМАО происходила при облучении семян в дозах 60 и 250 Гр, а СОД - при дозе 60 Гр. Включения 3Н-тимидина в молекулы ДНК и 14С-лейцина в белки, а также митотический индекс клеток корней проростков, уменьшались во всем диапазоне доз. Всхожесть семян иван-чая статистически достоверно не отличалась от контроля (см. табл.2). Нагревание семян до 40°С вызывало активацию синтеза НМАО в клетках проростках. Активность же СОД, скорости включения 3Н-тимидина и иС-лейцина оставались выше контрольного вплоть до 46°С. Всхожесть семян статистически достоверно оставалась на уровне контроля. Температура 50°С приводила к снижению всех физиологических и цитолого-биохимических характеристик клеток проростков иван-чая узколистного.

Расчет указанных выше коэффициентов показал, что при облучении в дозах 60 и 250 Гр и гипертермии (до 55°С) семян устойчивость генома клеток проростков дескурайнии Софьи повышалась, в основном, за счет активации антиоксидантных и ДНК-репарационных систем, при снижении активности репликации (кре1Ш) и продуктивности (кпр0д; табл. 3).

ТаблищЗ

крепли» кпрод. кречар,, куг О К КОрНЯ ЩЮрОСШЭВ

двух видов растение при действии острого у-облувянда и гипертермии (контроль - проростки дескурайнии Софьи, выросщие на дистиллированной воде)

Значения к о э ф ф каоз» коаг» ктрасд, крсплик, ^п[юд> Крепар,

краг I к-п

Вариант

Дескурайнии Софья

Контроль

4,0

1,0

2,5

0,5 Гр

3,6

1,3

1,2

0,8

1,0

2,0

2,5

20 Гр

3,4

1,1

1,2

0,5

0,9

1,6

2,4

60 Гр

4,7

0,7

0,5

0,7

0,6

0,9

3,0

250 Гр

4,3

1,1

1,0

0,6

0,8

1,6

2,9

40 "С

4,5

1,5

1,0

0,6

0,8

2,8

3,2

46 "С

5,2

2,4

1,0

0,9

1,0

5,3

3,7

55 "С

6,3

1,2

1,1

0,4

0,8

5,0

5,3

Контроль 0,5 Гр 20 Гр 60 Гр 250 Гр 40 "С 46 "С 50 "С

3,5 3,0 3,4 4,4 2,8 4,0 4,9 1,9

1,6 1,5 1,2

1.4 1,2

4.0

3.5

1.1

Иван-чай узколистный

1,0 0,7 0,5 0,6 0,8 3,3 2,7 0,8

0,7 0,6 0,4 0,5 0,4 0,9 0,7 0,3

0,9 0,7 0,5 0,6 0,6 2,1 1,7 0,6

3,1

3.1 2,8

3.0 2,4 7,8

7.2

2.1

2.7 2,6

2.8

3.3

2.4 3,0

3.5 1,9

Устойчивость генома клеток иван-чая узколистного при облучении дозой 60 Гр увеличивалась за счет активации антиоксидантных систем и инги-бирования общей активности генома (особенно в процессах трансляции и репликации), при снижении продуктивности клеток. Гипертермия при 46°С вызывала повышение устойчивости генома клеток проростков иван-чая за счет активации антиоксидантных и ДНК-репарационных систем, несмотря на рост общей активности генома (особенно трансляции). За счет повышения скоро-

стей репликации и трансляции продуктивность генома клеток возрастала в 1,9 раз (см. табл.3). Так как кот- связан с уязвимостью генома, то, по видимому его увеличение указывает на высокую вероятность снижения устойчивости клеток к действию физических стресс-факторов в будущем. Это можно видеть по сниженной радиоустойчивости растений иван-чая узколистного по сравнению с дескурайнией Софья на 35 день (табл.1).

Глава 4. Влияние химических стресс-факторов на физиолого-биохимические характеристики пшеницы сорта «Приленская-19».

Как видно из данных табл.4 нитрат-анионы свободно проникают в клетки корешков проростков пшеницы в отличие от нитрит-анионов. До 70 мМ КИОз в среде нитрат-анионы не просто свободно проникают в клетки растений, они в них концентрируются. При этом активация в 2,2 раза пере-кисного окисления липидов в клетках происходила лишь при концентрации 126 мМ в клетках. Так как характеристики антиоксидантных систем активировались в режиме гиперкомпенсации по отношению к ПОЛ и взаимодополняли друг друга, то каоз во всех концентрациях ИОз" был выше, чем в контроле (табл.5). Достоверные увеличения скорости включения 3Н-тимидина отмечены только при [Ж)з"] 126 мМ в клетках, снижение скорости деления клеток - при [N03*] 122,5 и 126 мМ (см. табл.4). Поэтому куг достоверно повышался только при 126 мМ КЫОз в клетках за счет увеличения в 1,9 раза крепар и в 1)4 раза к„0з (см. табл.5). В результате энергия прорастания семян снижалась всего на 20%, а значение кпрод при всех концентрациях N03* не снижалось ниже контроля.

Вхождение нитрит-анионов в клетки корешков проростков пшеницы вплоть до 40 мМ КЖ>2 в среде практически не происходило. При 100 мМ ЮТОг в среде концентрация N02* в клетках составила 6,2 мМ. При этом активность ПОЛ в клетках возросла в 2,6 раз. Поэтому активировались в 1,3 раза - синтез НМАО, в 4 раза - СОД, в 3,3 раза - пероксидаза. Следует отметить, что концентрации 4,9-=-6,2 мМ КЖ>2 в клетках приводят практически к полному ингибированию деления клеток меристематической ткани корешков проростков. Включение 3Н-тимидина в синтезируемые молекулы ДНК уменьшилось в 2,2 раза, а включение 14С-лецина в белки - до уровня контроля и ниже. Энергия прорастания семян понизилась в 2 раза (см. табл.4). При концентрациях в клетках устойчивость генома проростков

пшеницы увеличивалась в раза за счет активации систем антиокси-

дантной защиты и снижения общей активности генома. Как следствие уменьшились энергия прорастания семян и значение

Энергия прорастания семян, цитологические и физиолого-биохимические характеристики клеток корневой меристемы 3-дневных проростков пшеницы «Приленская-19» в зависимости от [КИОз] или [ККОз] в клетках

№

[МОз"]или [Ы021, мМ

в среде прорастания

в клетках

Сумма низкомолекулярных антиоксида] ггов, МКГ-ЭКВкверц /Гпр

Активность супероксид-дисмутазы, мкмоль/ (г„р«мин)

Активность пероксида-зы, мкмоль/ (Гпр.мин)

Активность перекисного окисления липидов,

МКМОЛЬ/Гпр »

Включение 3Н-тимидина, фмоль/ (Гпр'Сутки)

Включение |4С-лецина,

пмоль/ (Гпр.сутки)

Митоти-ческий

индекс, %

Энергия прорастания, %

Контроль, _вода_

0,0

1,5±0,01

0,3±0,01

5,610,06

0,05±0,01

6,5Ю,06

0,5±0,01

2,8+0,1

70,0±7,0

Среда содержащая КГЧОз

17310,9

1,310,01

0,3±0,01

9,710,10

0,0410,01

4,910,05

0,410,01

2,8±0,1

70,0±7,0

0,710,01

0,310,01

9,5Ю,10

0,0510,01

3,7Ю,04

0,710,01

2,810,1

65,016,5

59,513,0

1,510,01

0,510,01

8,810,09

0,0610,01

5,810,06

0,910,01

2,710,1

70,017,0

70,013,5

0,710,01

0,5Ю,01

9,710,10

0,0510,01

6,110,06

0,910,01

2,бЮ,1

64,016,4

73^13,7

1,210,01

0,410,01

9,4Ю,09

0,0510,01

3,5Ю,04

0,710,01

2,210,1

65,016,5

100

87,514,4

1,210,01

0,ЗЮ,01

9,910,10

0,05Ю,01

5,6Ю,06

1,1Ю,01

2,410,1

55,015,5

150

122316,1

1,0Ю,01

0,310,01

9,2Ю,92

0,0510,01

4,910,05

0,910,01

1,510,1

62,016,2

250

126,016,3

1,410,01

0,510,01

8,9Ю,09

0,1110,01

Среда содержащая ККО;

9,1Ю,09

0,710,01

1,410,1

56,015,6

0,1Ю,01

1,410,01

0,410,01

5,6Ю,06

0,0510,01

9,ЗЮ,09

0,5Ю,01

2,410,1

73,517,4

0,1Ю,01

1,410,01

0,410,01

8,710,09

0,0410,01

6-410,06

0,5Ю,01

1310,1

74,917,5

0,110,01

1,610,02

0,310,01

8,710,09

0,0510,01

6,210,06

1,ЗЮ,01

1,010,1

72,117,2

1,710,1

2,0Ю,02

1,110,01

9,110,09

0,0410,01

11,310,11

1,110,01

1,410,1

64,416,4

4.2ЮД

0,810,01

0,4Ю,01

9,010,09

0,0710,01

9,5Ю,10

1,310,01

1,010,1

63,016,3

4,910,1

2,510,03

0,710,01

13,2Ю,13

0,0410,01

9,910,10

0,710,01

42,014,2

5,810,1

2,4Ю,02

0,8Ю,01

14,610,15

0,09Ю,01

7,310,07

0,110,01

40,614,1

100

6,2Ю,1

2,0Ю,02

1,2Ю,01

18,210,18

0,13Ю,01

2,9Ю,03

0,510,01

35,013,5

• р 20,01 ;»«р 20,05; •»•р^0,1

Значения коэффициентов к^п, ка<и/[ПОЛ]ц, кет, ктр,Сл, крепли«, кпрод, кр«мр,, куг клеток корневой меристемы проростков пшеницы, выросших на нитратной и нитритной среде (мМ) _(контроль — проростки, выросшие на дистиллированной воде)_

[Ы03"]или [N02"], мМ каоз [Поль крсллнк V лтрасл крепар коаг куг кпрод

в среде прорастания в клетках 4*

Контроль, вода 0,0 1.0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0

Среда содержащая К1ЧОз

10 17,5±0,9 1,2 1,5 1,0 0,8 0,8 0,9 1,0 0,9

30 38,5±2,0 1.1 1,1 1,0 1,4 0,6 1,0 0,8 1,2

50 59,5±3,0 1,4 1,2 1,0 1,8 0,9 1,2 1,1 1,4

70 70,013,5 1,2 1,2 0,9 1,8 0,7 1,2 0,9 1,4

85 73,5±3,7 1,3 1,3 0,8 1,4 0,8 1,0 1,0 1,1

100 87,5±4,4 1,2 1,2 0,9 2,2 1,0 1,4 1,0 1,6

150 122,5±6,1 1,1 1,1 0,5 1,8 1,2 1,2 1,1 1,2

250 126,0*6,3 1,4 0,6 0,5 1,4 1,9 1,3 и 1,0

Среда содержащая К1ЧО

10 0,1±0,01 1,0 1,0 0,8 1,0 1,6 1,1 и 0,9

30 0,1±0,01 1,2 1,6 0,5 1,0 1,5 1,0 1,4 0,8

40 0,1±0,01 1,2 и 0,4 2,6 1,6 1,5 1,1 1,5

50 1,7±0,1 2,2 2,8 0,5 2,3 2 а 1,7 1,8 1,4

60 4,2±0,2 1,1 0,8 0,3 2,6 2,1 1,7 1Л 1,5

70 4,9±0,1 2,1 2,6 0,0 1,4 2,5 1,3 2,0 0,7

85 5,8±0,1 2,3 1,3 0,0 0,3 2,1 0,8 2,4 0,2

100 6,2±0,1 2,9 1,1 0,0 1,0 1,4 0,8 2,3 0,5 |

Глава 5. Влияние экстракта рододендрона на физиолого-биохимические характеристики растений при действии стресс-факторов

Эксперименты для выявления модифицирующего действия экстракта рододендрона на физиологические и цитолого-биохимические характеристики клеток двух видов дикорастущих растений Якутии (иван-чай узколистный и дескурайния Софья) и пшеницы сорта «Приленская-19» в режиме пред- и постстрессовой обработки включали варианты, описанные в табл.6.

В предыдущих экспериментах было установлено, что температуры 50°С (иван-чай узколистный) и 55°С (дескурайния Софья) являлись максимальными, при которых семена соответствующих видов еще прорастали.

Выявлено, что концентрации 250 мМ в среде для нитратов (N03") и 60 мМ для нитритов явились более подходящими для данного экспери-

мента, т.к при более высоких концентрациях этих анионов семена пшеницы практически не прорастали или происходило полное ингибирование клеточного деления.

Меристематические клетки корней проростков исследованных видов растений реагировали видоспецифично на действие экстракта рододендрона золотистого.

Значения коэффициентов кци, кюэ^ПОЛ]^ кош-, кфисл. креплик» ^прод» Цжпар.» кур клеток корне вой меристемы проростков и энергия прорастания семян трех видов растений при дейст-

вии экстракта рододендрона золотистого

№ Варианты као! [ПОЛ), крсплик Стране крепаг коаг кпрол куг Энергия прорастания / выживаемость

Дескурайния Софья

1д контроль, дистиллированная вода 1.0 1,0 1,0 1.0 1.0 1,0 1.0 1.0 1,0/1,0

2д экстракт рододендрона золотистого 1.3 1,3 0,6 3.6 4.3 2,8 2,1 1,4 0.5/1,0

ЗдГ у-облучение (250 Гр) 1.1 1,0 0,5 0,7 0,9 0,7 0,6 1|1 0,7/-

4ду экстракт рододендрона золотистого до облучения 1,6 1,3 0,1 2,2 2,9 1,7 1.2 1,6 0,2/-

5ДТ экстракт рододендрона золотистого после облучения 1,5 2.3 0,4 1,6 2.5 1.5 1.0 1,6 0,3/-

6дГ гипертермия (55 °С) 1,0 1,0 1,0 1.1 1,2 V 1,1 Ь0 0,5/0,4

уье предгипвртврмическая обработка экстрактом рододендрона золотистого 1.2 2,5 1.4 1,2 1.2 1.3 1.3 1,1 0,2/0,4

постгипертермическая обработка экстрактом рододендрона золотистого 0.9 1.0 0,6 2,0 3,6 2.1 1.3 1.3 0,5/0,6

Иван-чай узколистный

1и дистиллированная вода 0,9 0,5 0,8 1.2 V 2,2 1,0 1,5 1,9/2,4

2и экстракт рододендрона золотистого 0,7 0,4 о,е 0,4 2,4 1.1 0.5 1,4 1,5/2,9

Зи-у у-облучение (250 Гр) 0,6 0,8 0,8 1,1 4,0 1,9 1,0 1,3 1,2/-

4иу экстракт рододендрона золотистого до облучения 0,8 0,8 0,8 2,0 7,5 3,5 1.4 1.5 1,1/-

5и у экстракт рододендрона золотистого после облучения 0.9 1.5 0,5 1.1 4.6 2,1 0.8 1.6 1,2/-

ьие гипертермия (50 °С) 0,5 0,4 0,5 0,9 3,1 1,5 0,7 ЬЗ 1.7/2,0

предгипвртврмическая обработка экстрактом рододендрона золотистого 0,4 0,8 0,6 1,2 4,9 2,2 0.9 1.3 1,0/2,2

8ие постгипертермическая обработка экстрактом рододендрона золотистого 1.2 0,6 0,7 2,0 5,1 2,6 1.4 1.6 0,5/0,8

Пшеница сорта «Приленская-19»

1п дистиллированная вода 1.0 1,0 1,0 1,0 1,° 1,0 1,0 1,0 1.0/-

2п экстракт рододендрона золотистого 1,3 1,2 0,5 1,0 1,7 1,1 0,8 1,5 0,9/-

3 п N0," посев на среде 250 мМ N0^ (126 мМ в клетках) 1.0 1.1 0.4 1.4 2,2 1,3 0,9 1,3 0,9/-

4п N0," обработка экстрактом рододендрона золотистого перед посевом на 250 мМ Ы05' 1,2 1,2 0,4 0,6 1,2 0,8 0,5 1,4 0,9/-

5я N0,' посев на экстракте рододендрона золотистого после действия 250 мМ N0^" 1,0 1,0 0,6 1,2 2,5 1,4 0.9 1,4 0,5/-

бл т,- посев на среде 60 мМ N01 (4,2 мМ в клетках1 1,0 1,5 0,5 2,7 1,5 1,5 1.6 1,0 0,9/-

7л N0,' обработка экстрактом рододендрона золотистого перед посевом на 60 мМ N0; 0,9 1,5 0,5 1.8 1.4 1,2 1.2 1,0 0,8/-

8п N0; посев на экстракте рододендрона золотистого после действия 60 мМ N0,' 0,7 1,3 0,6 2,0 3,1 i.з 0,1/-

У дескурайнии Софьи предпосевная обработка семян (№ 2д) приводила к активации систем антиоксидаптной защиты и репарации, повышению общей активности и устойчивости генома клеток проростков, при снижении скорости клеточного деления и энергии прорастания семян. А у иван-чая узколистного (№ 2и) - к снижению общей активности и относительной устойчивости генома клеток, антиоксидантного пула и активности систем репарации. При этом энергия прорастания семян снижалась на 21%. Обработка экстрактом рододендрона золотистого семян пшеницы (№ 2п) увеличивала относительную устойчивость генома клеток ее проростков за счет активации антиоксидантных и ДНК-репарационных систем, при снижении скорости деления и продуктивности генома клеток (энергия прорастания семян уменьшалась на 10%).

Пред - и пострадиационная предпосевная обработка

семян экстрактом рододендрона золотистого приводила к увеличению в 1,5 раза устойчивости генома клеток проростков дескурайнии Софьи по сравнению с облученными семенами за счет активации антиоксидантных и ДНК-репарационных систем, общей активности генома в процессах трансляции и ингибирования клеточного деления. В результате энергия прорастания семян снизилась в 3,5 и 2,3 раза (кпрод клеток повышался в 2 и 1,7 раза за счет увеличения при снижении табл. 6); то есть уязвимость клеток увеличивается при активации репликации намного сильнее, чем при активации трансляции. При гипертермии пред- и постобработка экстрактом рододендрона семян также вызывала повышение в 1,1 и 1,3 раза устойчивости генома клеток в основном за счет активации либо систем репарации ДНК, либо каоэ. Энергия прорастания семян снижалась в 2,5 раза при обработке экстрактом в предгипертермическом режиме по сравнению с гипертермией.

Пред- (№ 4иу) и постобработка (№ 5иу) экстрактом семян иван-чая узколистного при облучении (250 Гр) и гипертермии (50°С) вызывала увеличение в 1,3-1,6 раз устойчивости генома клеток за счет активации прежде всего ДНК-репарационных систем, несмотря на увеличение коа,-, особенно в процессах трансляции. Энергия прорастания семян иван-чая в вариантах с у-облучением не с н и ж (№ 4иу, № 5иу), а варннтах с гипертермией снижалась в 1,7 и 3,4 раза (варианты № 7и01 и № 81Л), по сравнению с вариантом № 6Л

Обработка экстрактом рододендрона зерновок пшеницы перед посевом на нитратную среду (№ 4пЖ)з") привела к повышению на 10% устойчивости генома за счет активации на 20% антиоксидантных систем, при понижении значений по сравнению с вариантом (табл. 6). Энергия

прорастания семян статистически достоверно оставалась на том же уровне. Посев на экстракте рододендрона после обработки 250 мМ раствором нитрата калия (№ 5пЫОз) повышал устойчивость генома на 10%, благодаря активации ДНК-репарационных систем и ингибирования клеточного деления. Энергия прорастания семян уменьшилась в 1,8 раз.

Обработка экстрактом рододендрона перед действием 60 мМ нитрит анионов (№ 7пЫ02") не привела к изменению значения ку,. клеток. Энергия

прорастания семян и скорость деления клеток оставались на уровне варианта № бЫОг (к^ри'снижался в 13 раза). Посев семян пшеницы на экстракте рододендрона золотистого после действия 60 мМ ЫОг" (№ 8пМС>2*) повысил устойчивость меристематических клеток корней проростков, благодаря активации в 3,1 раза систем репарации ДНК. Энергия прорастания семян при этом снижалась в 10 раз, к^ -в 1,2 раза.

ВЫВОДЫ

1. Установлены закономерности изменений активности антиоксидантных и ДНК-репарационных систем меристематических клеток растений, их роль в формировании устойчивости и продуктивности организмов при действии на них экотоксикантов физической радиация, гипертермия) и химической (нитрат- и нитрит-ионы) природы, а также при стресс-модифицирующем влиянии комплекса биологически активных веществ экстракта рододендрона золотистого.

2. Установлено, что дескурайния Софья и иван-чай узколистный отличаются между собой уровнем и фазностью годовой динамики всхожести семян и активности антиоксидантных систем меристематических клеток проростков. Для каждого вида растений фазность активности антиоксидантных систем определяла годовую динамику всхожести. Воздействие физических стресс-факторов радиации в дозе Гр и температуры - - °С) приводило к снижению всхожести семян дескурайнии Софьи в периоды ее максимумов (январь, апрель, июль, ноябрь) и амплитуды сезонных колебаний всхожести. У иван-чая узколистного гипертермия вызывала снижение всхожести, а острое у-облучение статистически достоверно не влияло на нее в исследуемом диапазоне доз. По критерию выживаемости проростков (на 35 день) дескурайния Софьи является более радиоустойчивым растением

Гр, , чем иван-чай узколистный Гр, . Следо-

вательно, гипертермическая и радиационная устойчивость дикорастущих растений тем выше, чем больше уровень и амплитуда сезонных колебаний антиоксидантных систем и чем ниже всхожесть их семян.

3. Показано, что действие использованных в работе физических стресс-факторов на семена обоих видов дикорастущих растений приводит к увеличению устойчивости генома меристематических клеток: у дескурайнии Софьи за счет активации систем антиоксидантной защиты и репарации ДНК; у иван-чая узколистного (только при 60 Гр) - за счет активации антиоксидантных систем и ингибирования общей активности генома. При гипертермии (до 50°С) семян иван-чая узколистного устойчивость генома снижалась, т.к. уменьшалась активность систем репарации ДНК и антиоксидантной защиты. Формирование радио- и термоустойчивости семян дескурайнии Софьи происходит на фоне снижения их всхожести и продуктивности генома. Всхожесть семян иван-чая узколистного при этом не снижается, что приводит в дальнейшем (к 35 дню) к снижению выживаемости и радиоустойчивости его проростков.

4. Установлено, что нитрат-анионы при концентрации в среде прорастания 10-^-250 мМ свободно проникают в клетки корешков проростков пше-н к([НОз"]клстки = 17,5-426 ) в отличие о т нитрит-анионов ([N02"]^» = 10+100 мМ; [Жестки = 0,1+6,2 мМ). При концентрации 126 мМ КШ3 в

клетках устойчивость генома проростков пшеницы возрастала в 1,4 раза за счет активации репарационных и антиоксидантных систем, а энергия прорастания семян пшеницы снижалась на 20%. При концентрации 6,2 мМ КЫОг в клетках устойчивость генома увеличивалась в 2,3 раза за счет активации систем репарации и антиоксидантной защиты при снижении общей активности генома и энергии прорастания в 2 раза, относительно контроля.

5. Выявлено, что комплекс биологически активных веществ экстракта рододендрона золотистого повышает устойчивость генома клеток к действию изученных стресс-факторов, ингибируя процессы клеточного деления, но активируя белоксинтезирующие и защитные (антиоксидантные и репарационные) системы. Энергия прорастания семян и скорость репликации (в большинстве случаев) при этом уменьшаются. За счет этого снижается уязвимость проростков к действию стресс-фактора. Это подтверждается увеличением выживаемости проростков дескурайнии Софьи при постгипертермиче-ской обработке ее семян экстрактом рододендрона золотистого и предгипер-термической обработке семян иван-чая узколистного.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Федорова А.И. Влияние активности пероксидазы проростков иван-чая узколистного и дескурайнии Софьи на стрессоустойчивость к радиации и гипертермии // Сб. тез. «Шаг в будущее». Якутск, 1998. С.20-21.

2. Федорова А.И. Комплексный цитолого-биохимический метод оценки функциональной активности генома и его использование для решения экологических задач // Сб. тез. Лаврентьевских чтений. Якутск, 1999. С.90-92.

3. Федорова А.И. Физиологически активные вещества из организмов Севера ферментативной и неферментативной природы, их роль в механизмах адаптации организмов к экстремальным условиям обитания и в биофармацевтике // Отчет по теме. № гос. регистрации темы 01.950 006486. № гос. регистрации отчета 02.9.90 000166 от 11.02.99. Якутск, 1995-1998. 130 с. (Соавт. Кершенголъц Б.М., Журавская А.Н., Попова А. С. и др.).

4. Федорова А.И. Заключительный научный отчет по теме «Физиологически активные вещества в организмах растений и животных Севера и их роль в формировании оптимальных соотношений устойчивости и продуктивности», № гос. регистрации 01.9.90000.701, том 6. Якутск, ИБПК СО РАН, 2000. 318 с. (Соавт. Кершенголъц Б.М., Журавская А.Н., Филиппова Г.В., Шаройко В.В. и др.).

5. Федорова А.И. Устойчивость генома дескурайнии Софьи и иван-чая узколистного при действии на их семена острого гамма-облучения и теплового шока // Сб. стат. аспирантов и молодых ученых. Якутск, 2001. С.33-36.

6. Федорова А. И. Биохимические механизмы действия нитрат- и нитрит-ионов на продуктивность и устойчивость растений // Наука и образование. Якутск, 2002. С.49-52. (Соавт. Филиппова Г.В., Иванова Е.И.).

7. Федорова А.И. Влияние экстракта рододендрона золотистого на физиоло-го-биохимические характеристики клеток проростков растений, семена которых получили дозу острого облучения // Наука и образование. Якутск, 2003. С.34-37. (Соавт. Филиппова Г.В, Журавская А.Н.).

8. Федорова А.И. Внутриклеточные механизмы защиты растений при действии нитрат- и нитрит-анионов // Сб. материалов республиканской научно-практической конференции Химия: образование, наука, технология Ч.2. Якутск, 2003. С.114-117 (Соавт. КершенгольцБ.М., ЖуравскаяА.Н.).

Условные обозначения ПОЛ - перекисное окисление липидов СОД - супероксиддисмутаза ДНК - дезоксирибонуклеиновая кислота НМАО - низкомолекулярные антиоксиданты кам - коэффициент общей антиоксидантной защиты кош-- коэффициент общей активности генома крСпар - коэффициентрепарации крепли« — коэффициент репликации ктрансл ~ * коэффициенттрансляции куг - коэффициент относительной устойчивости генома кпрод - коэффициент продуктивности клеток

(митотический индекс^ - нормированное значение митотического индекса (включение 14С-лейцина)м - нормированное значение включения |4С-лейцина (включение 3Н-тимидина)м - нормированное значение включения3Н-тимвдина

Оц - значение квазипороговой дозы, Гр

1£а - тангенс угла наклона кривой "доза-эффект"

[вещество] - концентрация вещества

Подписано в печать 28.04.2004. Формат 60x84/16. Бумага тип. №2. Гарнитура «Таймс». Печать офсетная. Печ.л. 1,25. Уч.-изд.л. 1,56.

Тираж 100 экз. Заказ О, Издательство ЯГУ, 677891, г. Якутск, ул. Белинского, 58.

Отпечатано в типографии издательства ЯГУ

OA- 1*750

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Федорова, Анна Ивановна

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

1.1. Стресс и адаптация.

1.2. Прорастание семян - как адаптация к выживанию вида.

1.3. Стресс и перекисное окисление липидов. 1.4. Роль антиоксидантных систем при действии стресса.

1.4.1. Ферменты супероксиддисмутаза и пероксидаза.

1.4.2. Естественные антиоксиданты.

1.5. Системы обеспечения надежности ДНК и репарация генетических повреждений.

1.6. Устойчивость растений при действии радиации.

1.7. Устойчивость клеток растений при действии температур.

1.8. Действие нитратов и нитритов на живые организмы.

1.9. Изменение стресс-реакции растений под действием природных соединений.

Глава 2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

2.1 .Характеристика растений.

2.2. Методы исследования.

2.2.1. Методика нанесения физического (теплового и радиационного шока) и химического стресса (ионы анионного характера).

2.2.2. Посев и наблюдение за прорастанием.

2.2.3. Оценка радиоустойчивости семян растений.

2.2.4. Методика определения активности супероксиддисмутазы (СОД).

2.2.5. Методика определения активности пероксидазы.

2.2.6. Определение суммарного содержания низкомолекулярных антиоксидантов.

2.2.7. Методика определения интенсивности перекисного окисления липидов (ПОЛ).

2.2.8. Методика введения радиоактивной метки.

2.2.9. Методика определения митотического индекса.

2.2.10. Комплексный цитолого-биохимический метод дифференциальной оценки активности генома в процессах репликации, трансляции, репарации и его устойчивости.

2.2.11. Методика определения нитритов.

2.2.12. Методика определения нитратов.

2.2.13. Методы, используемые при изучении влияния экстракта рододендрона золотистого (Rhododendron aureum) на адаптивный потенциал растений, подвергнутых острому у-облучению, гипертермии или действию нитратов и нитритов.

2.2.14. Статистическая обработка результатов.

Глава 3. ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ И ЦИТОЛОГО-БИОХИМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОРОСТКОВ ДИКОРАСТУЩИХ РАСТЕНИЙ ПРИ ДЕЙСТВИИ ФИЗИЧЕСКИХ СТРЕСС-ФАКТОРОВ (ОСТРОЕ у-ОБЛУЧЕНИЕ И ГИПЕРТЕРМИЯ) НА СЕМЕНА

3.1. Годовая динамика всхожести семян, антиоксидантные и ДНК-репарационные системы клеток проростков дескурайнии Софьи и иван-чая узколистного без воздействия стресса.

3.1.1. Годовая динамика всхожести семян и сезонное изменение антиоксидантной защиты проростков дескурайнии Софьи и иван-чая узколистного без влияния стресс-факторов.

3.2. Годовая динамика всхожести семян, антиоксидантные и ДНК-^ репарационные системы клеток проростков дескурайнии Софьи и иван-чая узколистного при остром у-облучении семян.

3.2.1. Радиочувствительность дескурайнии Софьи и иван-чая узколистного.

3.2.2. Годовая динамика всхожести семян дескурайнии Софьи и иван-чая узколистного при у-облучении.

3.2.3. Влияние острого у-облучения на активность антиоксидант-щ. ных и ДНК-репарационных систем защиты клеток корневой меристемы проростков дикорастущих видов растений.

3.3. Годовая динамика всхожести семян, антиоксидантные и ДНК-репарационные системы клеток проростков дескурайнии Софьи и иван-чая узколистного при гипертермии семян.

3.3.1. Годовая динамика всхожести семян дескурайнии Софьи и иван-чая узколистного при гипертермии.

3.3.2. Влияние гипертермии на активность антиоксидантных и ДНК-репарационных систем защиты клеток корневой меристемы проростков дикорастущих видов растений.

Глава 4. ЦИТОЛОГИЧЕСКИЕ И ФИЗИОЛОГО-БИОХИМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОРОСТКОВ ПШЕНИЦЫ СОРТА «ПРИЛЕН-СКАЯ-19» ПРИ ДЕЙСТВИИ ХИМИЧЕСКИХ СТРЕСС-ФАКТОРОВ (НИТРАТ- И НИТРИТ-АНИОНЫ) НА СЕМЕНА.

4.1. Включение нитрат- и нитрит-анионов в клетки корней проростков и их влияние на энергию прорастания зерновок пшеницы.

4.2. Влияние нитрат- и нитрит-анионов на активность антиоксидантных и ДНК-репарационных систем защиты клеток корневой меристемы проростков пшеницы.

Глава 5. ВЛИЯНИЕ ЭКСТРАКТА РОДОДЕНДРОНА ЗОЛОТИСТОГО НА ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ И ЦИТОЛОГО-БИОХИМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КЛЕТОК РАСТЕНИЙ ПРИ ДЕЙСТВИИ СТРЕСС-ФАКТОРОВ.

5.1. Влияние экстракта рододендрона на физиологические и цитолого-биохимические характеристики клеток растений без действия стресс-факторов.

5.2. Влияние пред- и постобработки экстрактом рододендрона семян растений на действие разных по природе стресс-факторов.

5.2.1. Влияние пред- и постобработки экстрактом рододендрона семян дескурайнии Софьи и иван-чая узколистного на действие острого у-облучения.

5.2.2.Влияние пред- и постобработки экстрактом рододендрона семян дескурайнии Софьи и иван-чая узколистного при действии гипертермии.

5.2.3. Влияние пред- и постобработки экстрактом рододендрона семян пшеницы сорта «Приленская-19» при действии нитратов и нитритов.

ВЫВОДЫ.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Роль антиоксидантных и ДНК-репарационных систем в формировании ответной реакции растительных клеток при действии стресс-факторов"

Актуальность темы исследования

В связи с загрязнением окружающей среды на фоне глобальных изменений климата в настоящее время повысилась значимость оценки надежности и устойчивости биоты, испытывающей на себе совокупное действие стресс-факторов разной природы и интенсивности. Мониторинг качества среды обитания может проводиться путем определения качественного и количественного состава тех или иных загрязнений физической, химической или биологической природы. Констатацию наличия загрязнителей в среде обитания живых организмов в настоящее время провести сравнительно легко, так как есть достаточно приборов и методик, позволяющих фиксировать присутствие того или иного токсиканта, превышение его содержания над условной нормой — ПДК [Але-кин, 1952, 1973; Макаров и др., 1990; Максимов, 1993; Захаров и др., 2000; Ко-пырина, 2002; Еловская и др., 1993, 2003; Шадрина и др., 2001, 2003; и др.]. При этом не учитывается физиологическое состояние организмов, пределы их устойчивости к действию экотоксикантов и надежности, а также экосистем в целом.

Вместе с тем, вся эволюция живой материи, происходившая в условиях действия на биоту различных экстремальных стресс-факторов, привела к формированию у организмов ряда систем инактивации этих раздражителей, либо повышения устойчивости организмов к ним. Причем многие из этих систем являются относительно неспецифическими, т.е., сформировавшись в ответ на действие одного стресс-фактора, обеспечивают устойчивость к группе других раздражителей.

Поэтому ответная реакция организма и биоты на действие загрязнений окружающей среды будет зависеть не только от природы и количество самого стресс-фактора, но и от активности систем обеспечивающих устойчивость клетки и организма к нему.

По современным представлениям в клетке существуют три уровня защиты генетической информации от действия мутагенов - системы антиоксидант-ной защиты, репарации ДНК и апоптоза [Гродзинский, 1983, 1989; Скальный, Кудрин, 2000; Жимулев, 2003; и др].

Функционирование систем антиоксидантной защиты и репарации ДНК приводит к тому, что ответная реакция организма (биоты) далеко не всегда пропорциональна концентрации (активности) экзогенных и эндогенных токсикантов - мутагенов. Если активность антиоксидантной защиты и (или) репарации ДНК снижена, организм будет испытать выраженный стресс даже при низких концентрациях мутагенов в окружающей среде, за счет накоплений эндогенных мутаций - неисправленных ошибок при репликации ДНК. С другой стороны, если активность систем антиоксидантной защиты и репарации ДНК высокая, накопления закрепленных мутаций в организме может не произойти даже при значительных загрязнениях окружающей среды различными по природе мутагенами.

То есть, для оценки качества среды обитания мало знать уровни (концентрации) тех или иных загрязнений. Необходимо знать активность систем защиты клетки от них, и в первую очередь, относительную устойчивость генома. Поэтому изучение эндогенных защитных систем, сформированных в результате адаптации биоты к существующим условиям обитания, включая антиоксидант-ные и ДНК-репарационные системы в клетках живых организмов, в настоящее время является одной из актуальных задач в экологии и биологии [Филиппов, 2000; Захаров и др., 2000; Журавская, 2001; Кершенгольц, 2002, Кершенгольц и др., 2003]. Информация об активности антиоксидантных и ДНК-репарационных систем, скоростях процессов репликации и трансляции, интегральных показателях устойчивости и продуктивности генома может быть полезна для решения и других прикладных экологических и медицинских задач.

Цель данной работы заключается в выявлении роли антиоксидантных и ДНК-репарационных систем, а также биологически активных веществ, их модифицирующих, в защите меристематических клеток растений от воздействия экотоксикантов на примерах острой у-радиации, повышенной температуры, нитрат- и нитрит-анионов.

В связи с этим были поставлены следующие задачи:

1. Установить взаимосвязь между годовой динамикой всхожести семян и сезонными изменениями антиоксидантной защиты клеток проростков дескурайнии Софьи, иван-чая узколистного в нативных условиях и при однократном воздействии на них физических стресс-факторов: острого у-облучения и гипертермии.

2. Выявить влияние острого у-облучения и гипертермии на активность систем репарации ДНК, дифференциальную активность генома в процессах репликации и направленных на трансляцию, относительную устойчивость и продуктивность генома клеток корневой меристемы проростков дикорастущих видов растений.

3. Изучить интенсивность всасывания нитрат- и нитрит-анионов в клетки корешков проростков пшеницы сорта «Приленская-19» и их влияние на физиологические характеристики, уровни антиоксидантной защиты и перекисного окисления липидов, дифференциальную активность генома в процессах репликации, трансляции, репарации ДНК, его относительную устойчивость и продуктивность в меристематических клетках корешков проростков пшеницы.

Положения, выносимые на защиту

Научная новизна работы

Практическая значимость работы

Представленные в работе результаты по изучению действия острого радиационного облучения, гипертермии, нитрат- и нитрит-анионов на меристе-матические клетки растений могут быть использованы при проведении экологической экспертизы для оценки состояния биоты и долгосрочных прогнозов ее адаптации к действию широкого спектра техногенных и природных токсикантов и физических стресс-факторов.

4> т

Заключение Диссертация по теме "Экология", Федорова, Анна Ивановна

ВЫВОДЫ

Р 1. Установлены закономерности изменений активности антиоксидантных и

ДНК-репарационных систем меристематических клеток растений, их роль в формировании устойчивости и продуктивности организмов при действии на них экотоксикантов физической (у-радиация, гипертермия) и химической (нитрат- и нитрит-ионы) природы, а также при стресс-модифицирующем влиянии комплекса биологически активных веществ экстракта рододендрона золотистого.

Ш 2. Установлено, что дескурайния Софья и иван-чай узколистный отличаются между собой уровнем и фазностью годовой динамики всхожести семян и активности антиоксидантных систем меристематических клеток проростков. Для каждого вида растений фазность активности антиоксидантных систем определяла годовую динамику всхожести. Воздействие физических стресс-факторов (у-радиации в дозе 0,5-К250 Гр и температуры - 4(Ь-55°С) приводило к снижению всхожести семян дескурайнии Софьи в периоды ее максимумов (январь, апрель, июль, ноябрь) и амплитуды сезонных колебаний всхожести. У иван-чая узколистного гипертермия вызывала снижение всхожести, а острое у-облучение статистически достоверно не влияло на нее в <0 исследуемом диапазоне доз. По критерию выживаемости проростков (на 35 день) дескурайния Софьи является более радиоустойчивым растением (Dq~67 Гр, tqa~l,4), чем иван-чай узколистный (Dq~25 Гр, tqa~l,8). Следовательно, гипертермическая и радиационная устойчивость дикорастущих растений тем выше, чем больше уровень и амплитуда сезонных колебаний антиоксидантных систем и чем ниже всхожесть их семян.

3. Показано, что действие использованных в работе физических стресс-факторов на семена обоих видов дикорастущих растений приводит к ^ увеличению устойчивости генома меристематических клеток: у дескурайнии

Софьи за счет активации систем антиоксидантной защиты и репарации ДНК; у иван-чая узколистного (только при 60 Гр) - за счет активации антиоксидантных систем и ингибироваиия общей активности генома. При гипертермии (до 50°С) семян иван-чая узколистного устойчивость генома снижалась, т.к. уменьшалась активность систем репарации ДНК и антиоксидантной защиты. Формирование радио- и термоустойчивости семян дескурайнии Софьи происходит на фоне снижения их всхожести и продуктивности генома. Всхожесть семян иван-чая узколистного при этом не снижается, что приводит в дальнейшем (к 35 дню) к снижению выживаемости и радиоустойчивости его проростков.

4. Установлено, что нитрат-анионы при концентрации в среде прорастания 10-250 мМ свободно проникают в клетки корешков проростков пшеницы ([NCV]клетки = 17,5-126 мМ) В отличие ОТ нитрит-анионов ([М02"]среда = 10-5-100 мМ; [N02*] клетки = 0,1-6,2 мМ). При концентрации 126 мМ KNO3 в клетках устойчивость генома проростков пшеницы возрастала в 1,4 раза за счет активации репарационных и антиоксидантных систем, а энергия прорастания семян пшеницы снижалась на 20%. При концентрации 6,2 мМ KNO2 в клетках устойчивость генома увеличивалась в 2,3 раза за счет активации систем репарации и антиоксидантной защиты при снижении общей активности генома и энергии прорастания в 2 раза, относительно контроля.

5. Выявлено, что комплекс биологически активных веществ экстракта рододендрона золотистого повышает устойчивость генома клеток к действию изученных стресс-факторов, ингибируя процессы клеточного деления, но активируя белоксинтезирующие и защитные (антиоксидантные и репарационные) системы. Энергия прорастания семян и скорость репликации (в большинстве случаев) при этом уменьшаются. За счет этого снижается уязвимость проростков к действию стресс-фактора. Это подтверждается увеличением выживаемости проростков дескурайнии Софьи при постгипертермической обработке ее семян экстрактом рододендрона золотистого и предгипертермической обработке семян иван-чая узколистного.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Федорова, Анна Ивановна, Якутск

1. Акимова Г.П., Родченко О.П. Изменение активности пероксидазы в клет-ках корня кукурузы в условиях низкой температуры // Физиолого-биохимические аспекты устойчивости растений к неблагоприятным факторам внешней среды. Иркутск, 1976. С. 4-5.

2. Акифьев А. П., Дегтярев С. В. Антропогенный принцип в биологии и радиобиологии // Радиационная биология. Радиоэкология. М.: Наука, 1999. Т. 39, № 1.С. 5-9.

3. Алекин О.А. Гидрохимия. Л.: Гидрометеоиздат, 1952. 161 с.tU

4. Алекин О.А., Семенов А.Д., Скопинцев Б.А. Руководство по химическому анализу вод суши. Л.: Гидромедиздат, 1973. 272 с.

5. Александров В. Я. Клетки, макромолекулы и температура. Л.: Наука, 1975. 329 с.

6. Александров В.Я. Реактивность клеток и белки. Л.: Наука, 1985. 318 с.

7. Алексеев Ю.Е., Вехов В.Н., Тапочка Г.П. и др. Травянистые растения СССР: В 2 томах. М.: Мысль, 1971. 570с.

8. Алексеев В.Г., Щербакова Т.М. Состав и функциональная активность хроматина растений, произрастающих в условиях Севера // Физиология растений. 1983. Т.ЗО, вып.1.С.73-79.

9. Алексеев В.Г., Попов А.А., Кершенгольц Б.М. О характере изменений свойств пероксидазы при адаптации растений к экстремальным условиям Севера// Физиология растений. 1983а. Т.ЗО, вып.6. С. 1094-1101.

10. Алексеев В. Г. Устойчивость растений в условиях Севера (эколого-биохимические аспекты). Новосибирск: Наука, 1994. 152 с.

11. Алиханян С.И., Акифьев А.П., Чернин Л.С. Общая генетика. М.: Высшая школа, 1985. С. 160-186.

12. Андреев В.Н., Галактионова Т.Ф., Горовой П.Г. и др. Определитель выс-ЧЬ ших растений Якутии. Новосибирск: Наука, 1974. 544 с.

13. Андреева В А. Фермент пероксидаза: Участие в защитном механизме растений. М.: Наука, 1998. 127 с.

14. Анисимов. Основы биохимии: Учебник для студ. биол. спец. ун-тов. М.: Высшая школа, 1986. 551 с.

15. Арасимович В.Е., Ермаков А. И., Смирнова Иконникова М. И. и др. Методы биохимического исследования растений. J1: Колос, 1972.456 с.

16. Асатиани B.C. Ферментные методы анализа. М.: Наука, 1969. 740 с.

17. Барабой В.А. Биологическое действие растительных фенольных соединений. Киев: Наукова думка, 1976. 283 с.

18. Барабой В.А. Механизмы стресса и перекисное окисление липидов // Успехи современной биологии. 1991. Т. 111, вып. 6. С. 66-78.

19. Барабой В.А., Брехман И.И., Голотин В. Г., Кудряшов Ю. Б. Перекисное окисление и стресс. СПб.: Наука, 1992. 148 с.

20. Бейли Н. Статистические методы в биологии. М.: Иностранная литература, 1962. 257 с.

21. Бейли Дж.А., Коксон Д.Т., Деверолл Б.Дж. Фитоалексины. Киев: Наукова думка, 1985. 272 с.

22. Беляев И.К., Журавлев В.Ф., Степанов С.В., Зарайский А.В. Радиационная эффективность каротинила при внешнем и внутреннем остром облучении // Радиобиология. 1992. Т.32, вып.1. С. 121-126.

23. Биологический энциклопедический словарь. М.: Советская энциклопедия, 1986. 832с.

24. Биохимия иммунитета и покоя растений. М.: Наука, 1969.246 с.

25. Бреславец Л.П. Растение и лучи Рентгена М-Л:Изд-во АН СССР, 1946. 150с.

26. Брехман И.И. Элеутерококк. Новосибирск: Наука, 1968. 185 с.

27. Брехман И.И., Дардымов И.В. К механизму повышения резистентности организма под влиянием препаратов женьшеня и элеутерококка // Синтез белка и резистентность клеток. Л., 1971. С.32-88.

28. Брехман И.И., Нестеренко И.Ф. Природные комплексы биологически активных веществ: сахар и здоровье человека. Л.: Наука, 1988. 93 с.

29. Бурлакова Е.Б., Храпова Н.Г. Перекисное окисление липидов мембран и природные антиоксиданты // Успехи химии. 1985. Т. LIV, вып. 9. С.1540-1558.

30. Веселовский В.А. О роли биоантиоксидантов в устойчивости растений к неблагоприятным условиям существования // Биоантиоксиданты в регуляции метаболизма в норме и патологии. М.: Наука, 1982. С. 150-162.

31. Веселовский В.А., Веселова Т.В. Люминисценция растений. М.: Наука,1990. 201с.

32. Виленчик М.М. Роль нарушения репарации ДНК в нестабильности хромосом, снижении жизнеспособности и опухолевой трансформации клеток при наследственных заболеваниях человека // Успехи современной биологии. 1979. Вып. 1.С. 34-48.

33. Виленчик М.М., Гикошвили Т.М., Кузин A.M. и др. Радиозащитное действие природных каротинсодержащих препаратов: исследование каротинила на белых крысах // Радиобиология. 1986.Т.27, № 4. С. 137-145.

34. Винтер А.К. Содержание стеринов, жирных кислот и токоферолов в зерне яровой пшеницы в зависимости от действия заморозков в ранние фазы онтогенеза // Физиология устойчивости растений к низким температурам и заморозкам. Иркутск, 1980. С. 142-147.

35. Владимиров В.Г., Красильников И.И., Арапов О.В. Радиопротекторы: структура и функция. Киев: Наукова думка, 1989. 264 с.

36. Владимиров Ю.А., Азизова О.А., Деев А.И. и др. Свободные радикалы в живых системах // Итоги науки и техники. Сер. Биофизика / ВИНИТИ,1991. Т. 29. С. 1-252.

37. Владимиров Ю.А., Арчаков А.И. Перекисное окисление липидов в биологических мембранах. М.: Наука, 1972. 252 с.

38. Воскресенский О.Н. Витамины-антиоксиданты и системность биологического ингибирования перекисного окисления липидов и биополимеров // Биофизические и физико-химические исследования в витаминологии. М.,1981. С. 6-9.

39. Г. Шлегель Общая микробиология. М.: Мир, 1972. 230с.

40. Ганасси Е.Э. Радиационное повреждение и репарация хромосом. М.: Наука, 1976.103 с.

41. Геккелер К., Экштайн X. Аналитические и препаративные лабораторные методы. М.: Химия, 1994. 416 с.

42. Гончаренко Е.Н., Кудряшов Ю.Б. Химическая защита от лучевого поражения. М.: Изд-во МГУ, 1985. 249 с.

43. Горовая А.И., Скворцов А.В. Радиомодифицирующее действие физиологически активных гумусных веществ // Сельскохозяйственная радиобиология. 1989.Т.7. С.39-45.

44. ГОСТ 12038-84 Семена сельскохозяйственных культур. Методы определения всхожести.

45. Гродзинский Д. М. Надежность растительных систем. Киев: Наукова думка, 1983. 368 с.

46. Гродзинский Д. М. Радиобиология растений. Киев: Наукова думка, 1989.384с.

47. Гудков И.Н., Гродзинский Д.М. Действие пострадиационной обработки семян радиозащитными веществами на эффект стимулирующего действия излучений // Агрономическая физиология, 1974. Вып.35. С. 18-22.

48. Гуревич А.В., Платнов А.Г., Деев Л.И., Кудряшов Ю.Б. Роль эндогенных веществ в создании фона повышенной радиорезистентности. Сообщ.13 Влияние некоторых радиопротекторов на перекисное окисление липидов // Радиобиология. 1982. Т.22, № 4. С.548-551.

49. Даскалюк А.П., Гродзинский Д.М., О веществах термофильной водоросли Plectonema doryanum , модифицирующих лучевое поражение лучевое поражение растений // Физиология и биохимия культурных растений. 1972. Т.4, №6. С.619-624.

50. Деверолл Б. Дж. Защитные механизмы растений. М., 1980. 126 с.

51. Дишлер В.Я., Кавац Г.Э., Эйзенберга В.Г. Действие АТФ и цистеина на индуцированную генотипическую вариабельность количественных признаков ячменя // Модификация эффекта ионизирующей радиации у растений ячменя. Рига, 1971. С.93-106.

52. Дряновска О., Нгуен Тхи Тхуан. Влияние низкой температуры и дрожжевого экстракта после облучения семян кормовых бобов гамма-лучами // Генетика и селекция (НРБ). 1975. Т.8, №2. С.137-140.

53. Еловская Л.Г. Отчет о хоздоговорной теме «Оценка химического состава водоисточников долины «Туймаада» для орошения». Фонды Ин-та биологии СО РАН и мэрии г. Якутска. Якутск, 1993. 120с.

54. Жимулев И. Ф. Хромомерная организация политенных хромосом. Новосибирск: Наука, 1994. С. 315-354.

55. Жимулев И.Ф. Общая и молекулярная генетика: Учеб. пособие. — 2-е изд. Новосибирск: Сиб. унив. изд-во, 2003. 479 с.

56. Журавлев А. И. Развитие идей Б. Н. Тарусова о роли цепных процессов в биологии // Биоантиокислители в регуляции метаболизма в норме и патологии. М.: Наука, 1982. С. 82-86.

57. Журавская А.Н. Проницаемость экзогенного этанола, ацетальдегида, ацетата и глицина через мембранный комплекс зерен пшеницы и влияние этих веществ на жизнеспособность семян // Этанол и его метаболизм в высших организмах. Якутск, 1990а. С.84-90.

58. Журавская А.Н., Перевертаева Т.А. Модификация лучевого поражения семян пшеницы этанолом и ацетальдегидом // Этанол и его метаболизм в высших организмах. Якутск, 19906. С.99-105.

59. Журавская А.Н. Радиомодифицирующее действие экстрактов из тканей некоторых растений и животных Якутии на семена пшеницы // II Между-нар. радиобиологический съезд. Киев.: Изд. Пущино, 1993. 4.1. С.362-363.

60. Журавская А.Н., Иванов Б.И., Кершенгольц Б.М., Туоешова Е.Б., Киселев В.А. Тонизирующая пищевая добавка «Вита» // Утвержд. ТУ Госсанэпиднадзором РС(Я) и Минпищепромом РС(Я), 15.06.93а.

61. Журавская А.Н., Кершенгольц Б.М., Таюрская С.Н., Черенова Л.К., Магти-дова Г.В., Иванов Б.И. Композиция ингредиентов для тонизирующего бальзама «Симехин Эрчим». Патент № 92000573/13(047240)от30.07.936.

62. Журавская А.Н., Кершенгольц Б.М., Курилюк Т.Т., Щербакова Т.М. Эн-зимологические механизмы адаптации растений к условиям повышенного естественного радиационного фона // Радиационная биология. Радиоэкология. 1995. Т.35, вып. 3. С. 349-355.

63. Журавская А.Н., Кершенгольц Б.М., Иванов Б.И., Виноградов А.В., Хон-Сун-Хун. Композиция ингредиентов лекарственного средства. Патент РФ №112524, от 16.11.95а.

64. Журавская А. Н., Филиппов Э.В. Влияние повышенного радиационного фона на жизнедеятельность растений // Тез. докл. межвузов, конф. "Наука невостребованный потенциал". Якутск, 1996а. Т.2, С. 28-30.

65. Журавская А.Н., Кершенгольц Б.М. Избранные лекции по курсу «Радиоэкология с основами радиобиологии»: Учебное пособие. Якутск: Изд-во Якутского ун-та, 1997. 145 с.

66. Журавская А.Н., Филиппов Э.В., Кершенгольц Б.М. Особенности радиочувствительности растений Якутии и механизмы их радиоадаптации // Тез. докл. III съезда по радиационным исследованиям. Пущино, 1997а С397-398.

67. Журавская А.Н. Адаптация к экстремальным условиям среды и радиоус-тойчивсоть растений (радиоэкологические исследования). Автореферат на соиск. учен. степ. докт. биол. наук. М., 2001. 44 с.

68. Зайнуллин В.Г., Москалев А.А., Шапошников М.В., Таскаев А.И. Современные аспекты радиобиологии Drosophila melanogaster. Апоптоз и старение. // Радиационная биология. Радиоэкология. 1999.Т39,№1.С.49-57.

69. Захаров В.М., Баранов А.С., Борисов В.И., Валецкий А.В., Кряжева Н.Г., Чистякова Е.К., Чубинишвили А.Т. Здоровье среды: методика оценки. М.: Центр экологической политики России. 2000. 68 с.

70. Иванов Б.И. Агробиологическое изучение яровой пшеницы различного географического происхождения в Якутии. Автореф. дис. на соиск. учен, степени канд. с.-х. наук. JL, 1972. 23 с.

71. Иванов Б.И., Дохунаев В.Н. Биологические особенности яровой пшеницы в Якутии. Новосибирск: Наука, 1979. 177 с.

72. Иванов И.И., Мерзляк М.Н., Тарусов Б.Н. Витамин Е, биологическая роль в связи с антиоксидантными свойствами // «Биоантиокислители». Труды МОИП. М.: Наука, 1975. Т. 52. С. 30-52.

73. Инге-Вечтомолов С.Г. Генетика с основами селекции. М: Высшая школа, 1989. С. 131-138.

74. Каталог районированных (включенных в Госреестр) сортов сельскохозяйственных культур, созданных учеными Сибири в 1929-1995 г.г. Новосибирск, 1997. 350 с.

75. Кершенгольц Б. М. Неспецифические биохимические механизмы адаптации организмов к экстремальным условиям среды // Наука и образование. Якутск: Академия наук, 1996. №3. С. 130-137.

76. Кершенгольц Б. М. Саморегулирующиеся системы на биохимическом уровне организации материи и в социально-экономической структуре общества // Тез. докл. межвузов, конф. "Наука не востребованный потенциал". Якутск: ЯГУ, 1996а. Т.З. С. 48-51.

77. Кершенгольц Б.М., Журавская А.Н. Некоторые биохимические механизмы адаптации растений к стрессирующим нерадиационным и радиационным факторам среды Севера // II съезд биохимического общества РАН (Москва, 19 23 мая 1997). Ч.Н, 1997. С.322.

78. Кершенгольц Б.М., Журавская А.Н., Иванов Б.И. Биофармпрепараты из тканей аборигенных растений и эндокринных органов животных Якутии // II съезд биохимического общества РАН (Москва, 19-23 мая 1997). Ч.П. 1997а. С.505.

79. Кершенгольц Б.М. Системы защиты клеточного генома, их роль в сохранении жизнедеятельности организма человека // Наука и техника в Якутии. 2002. №2. С. 11-16.

80. Якутск. 22-25 августа 2003. Якутск: Сахаполиграфиздат, 2003. С.29-33.

81. Кнорре Д.Г., Мызина С.Д. Биологическая химия. М.: Высшая школа, 1998. 479с.

82. Козлов Ю.П. Свободные радикалы и их роль в нормальных и патологических процессах. М., 1973. 174 с.

83. Колесниченко А.В., Войников В.К. Белки низкотемпературного стресса растений. Иркутск: Арт-Пресс, 2003. 196 с.

84. Кононов К.Е. Луга поймы реки Лены. Якутск: Кн.изд-во, 1982. 216 с.

85. Копырина Л.И. Санитарно-биологическая характеристика старичных озер средней Лены // Наука и образование. Якутск, №1 (25). 2002. С.39-41.

86. Кочетов Г. А. Практическое руководство по энзимологии М.: Высшая школа, 1971. 252 с.

87. Кретович В.Л. Биохимия растений. М.: Высшая школа, 1986. 438с.

88. Ксенофонтова К.И. Физиолого-биохимические особенности формирования семенных качеств яровой пшеницы в Якутии. Автореф. дис. на соиск. учен, степени канд. биол. наук. Владивосток, 1994. 23 с.

89. Кудряшов Ю.Б., Гончаренко Е.Н. Современные проблемы противолучевой химической защиты организмов // Радиационная биология. Радиоэкология. 1999. Т.39, №2-3. С.197-211.

90. Кудряшов Ю.Б. Беренфельд Б.С. Основы радиационной биофизики. М.: Изд-во Моск.ун-та, 1982. 304 с.

91. Кузин А. М. Структурно-метаболическая теория в радиобиологии. М.: Наука, 1986. 288 с.

92. Кузин А. М., Копылов В. А. Радиотоксины. М.: Наука, 1983. 175 с.

93. Кулаева О. Н. Белки теплового шока и устойчивость растений к стрессу // Соросовский образовательный журнал. 1997. №2. С. 5-13.

94. Куликов В.Ю., Семенюк А.В., Колесникова Л.И. Перекисное окисление липидов и холодовой фактор. Новосибирск: Наука, 1988. 192 с.

95. Куперман Ф.М. Морфофизиология растений. М.: Высшая школа, 1973. 256с.

96. Лакин Г. Ф. Биометрия. М.: Высшая школа, 1990. 352 с.

97. Левонтин Р. К. Адаптация//Эволюция. М.: Мир, 1981. 378с.

98. Леиииджер А. Биохимия. Молекулярные основы структуры и функции клетки. М.: Мир, 1974. 957с.

99. Ленинджер А. Основы биохимии: в 3-хт.Т.1.Пер.санпп.М:Мир, 1985.367с.

100. Ленинджер А. Основы биохимии: в 3-хт.Т2.Пер.сант.М:Мир, 1985.368с.

101. Лозовская Е. Р., Левин А.В., Евгеньев М.Б. Тепловой шок у дрозофилы и регуляция активности генома//Генетика. 1982. Т. 18. С. 1749-1762.

102. Лучник Н. В. Биофизика цитогенетических поражений и генетический код: Л.: Медицина, 1968. 295 с.

103. Лях С.И., Рубан Е.Л. Микробные меланины. М.: Наука, 1972. 289 с.

104. Магомедов М.А., Копылов В.А., Кузин A.M. Корреляция радиочувствительности растений с некоторыми показателями метаболизма // Радиобиология. 1980. Т.20, № 6. С.897-901.

105. Мазурик В.К. Биологические системы репарации ДНК // Общая генетика. 1994. Т.4. С.58-104.

106. Майер М.Л. Реф. о модифицирующем действии водных вытяжек из семян крестоцветёных на физиологические эффекты гамма-облучения у Vicia faba.II Деп. редколлегией ж. Радиобиология, 1970. N2285-700.27с.

107. Макаров А.А. Биологически активные вещества в растениях Якутии. Якутск, 1989. 156 с.

108. Макаров В.Н., Федосеев Н.Ф., Федосеева В.И. Геохимия снежного покрова Якутии. Якутск, 1990. 148 с.

109. Максимов Г.Н. Экологическая ситуация на территории Якутии // Вопросы экологии и охрана окружающей среды в Якутии. Якутск, 1993. С.12-19.

110. Меерсон Ф. 3. Адаптация, стресс и профилактика. М.: Наука, 1981. 280с.

111. Меерсон Ф.З. Общий механизм адаптации и роль в нем стресс-реакции, основные стадии процесса // Физиология адаптационного процесса. М.: Наука, 1986. С. 77-123.

112. Мерзляк М.Н. Активированный кислород и окислительные процессы в мембранах растительной клетки. // Итоги науки и техники. Сер. Физиология растений / ВИНИТИ. 1989. Т. 6. С. 1-168.

113. Митрофанов Д.П. Химический состав лесных растений Сибири. Сибирское отд. Новосибирск: Изд. Наука, 1977. 120 с.

114. Мишустин Е.Н., Емцев В.Т. Микробиология. М.: Колос, 1970. 152с.

115. Муравин Э.А. Ингибиторы нитрификации. М.: Агропромиздат, 1989.248с.

116. Нариманов А.А., Мякишева С.Н., Кузнецова С.М. Радиозащитное действие экстрактов Archangelica officinalis Hoffm. и Ledum palustre L. на мышей. //ф Радиобиология. 1991.Т.31, вып.З. С.391-393.

117. Насосов Д.Н., Александров В.Я. Реакция живого вещества на внешние воздействия M.-JL, 1940. 36с.

118. Нуреева Г.В., Журавская А.Н., Иванова-Афанасьева Н.В., Кершенгольц Б.М. Влияние экстрактов рододендрона золотистого (Rododendron aureum

119. Georgi) и полыни якутской (.Artemisia yacutica drod.) на деление клетоккорневой меристемы проростков пшеницы // Цитология. 2000. Т.42, №9. С.903-906.

120. Оголенко Н.А., Козак И.Ф., Тарнопрольская И.К. Способы снижения содержания нитратов в растиеневодческой продукции: Обзор. Информ. / УкрНИИНТИ. Киев, 1991. 35 с.

121. Остерман JI. А. Исследование биологических макромолекул электрофокусированием, иммуноэлектрофокусированием и радиоизотопными методами. М.: Наука, 1983. 304 с.

122. Паушева З.П. Практикум по цитологии растений. М.:Колос, 1974. 288с.

123. Петрусевич Ю.М., Иванов И.И. Свободнорадикальные процессы в биологических системах. М.: Наука, 1966.С.125-131.

124. Полевой В. В. Физиология растений. М.: Высшая школа, 1989. 464с.

125. Последствия Чернобыльской катастрофы: Здоровье среды / Под ред. В.М. Захарова, Е.Ю. Крысанова. М.: Центр экологической политики России, 1996. 169 с.

126. Преображенская Е. И. Радиоустойчивость семян растений. М.: Атомиздат, 1971.232 с.

127. Проблемы северного земледелия: селекция, кормопроизводство, экология // Сб. науч. тр. / РАСХН. Сиб. Отд-ие. Якут. НИИСХ. Новосибирск, 2000. С. 87.

128. Путнам Ф. Белки. М, 1956. №2. С. 623-626.

129. Расина JI.H., Чупахин О.Н. Противолучевые препараты, эффективные в большом диапозоне доз облучения // Радиационная биология. Радиоэкология. 1999. Т.39, № 2-3. С.223-226.

130. Реймерс Ф.Э. Растение во младенчестве. 2-е изд. Новосибирск: Наука, 1987. 182 с.

131. Рогожин В.В., Филиппова Н.П. Влияние ультрафиолетового излучения на . активность ферментов зерна пшеницы // тез., докл. «Наука невостребованный потенциал». Т.2. Якутск: Изд-во Якутского ун-та, 1996а. С.73-74.

132. Рогожин В.В., Курилюк Т.Т. Влияние ультрафиолетового облучения семян на процессы перекисного окисления липидов в проростках пшеницы // Биохимия. 19966. Т.61, №8. С.1432-1439.

133. Рогожин В.В., Курилюк Т.Т., Филиппова Н.П. Влияние ультрафиолетового облучения семян на активность оксидоредуктаз зерен пшеницы // Известия ТСХА. 1997а. №3. С.116-131.

134. Рогожин В.В., Курилюк Т.Т. Влияние УФ-облучения на процессы перекисного окисления липидов в проростках пшеницы // Тез. докл. 2-го съезда биохимич. общества. 4.1. М., 19976. С.228-229.

135. Рогожин В.В. Влияние ультрафиолетового облучения семян на активность оксидоредуктаз зерен пшеницы // Тез. докл. III Межвузовская методич. конферен. научн. исследований физиол. и биотехнол. растениий. М: Изд-во МСХА, 1997в. С.43-44.

136. Рогожин В.В., Курилюк Т.Т., Филиппова Н.П. Антиоксидантная активность проростков после ультрафиолетового облучения семян пшеницы // Наука и образование . 1997г. №4. С.91-97.

137. Рогожин В.В. Методы биохимических исследований. Учебное пособие, Якутск, 1999. 93 с.

138. Рогожин В.В. Физиолого-биохимические механизмы формирования гипо-биотических состояний высших растений. Автореферат дисс. на соиск. учен. степ. докт. биол. наук. Иркутск, 2000. 59 с.

139. Сингер М., Берг П. Гены и геномы. М.: Мир, 1998. Т. 1. 373 с.

140. Скальный А.В., Кудрин А.В. Радиация, микроэлементы, антиоксиданты и иммунитет (микроэлементы и антиоксиданты в восстановлении здоровья ликвидаторов аварии на ЧАЭС). М.: Лир Макет, 2000. 421 с.

141. Сойфер В.Н. Репарация генетических повреждений // Соросовский образовательный журнал. 1997. №8. С. 4-13.

142. Спивак И.М. Наследственные заболевания с первичными и вторичными дефектами репарации ДНК // Цитология. 1999. Т. 41. С. 338-379.

143. Тарусов Б.Н., Веселовский В.А. Сверхмалые свечения растений и их прикладное значение. М.: МГУ, 1978. 149 с.

144. Телятьев В.В. Полезные растения Центральной Сибири. Восточносибирское книжное изд-во. Иркутск, 1987. 400с.

145. Тимофеев-Ресовский Н.В., Иванов В.И., Корогодин В.И. Применение принципа попадания в радиобиологии. М.: Атомиздат, 1968. 228 с.

146. Томаков П.И., Коваленко B.C., Михайлов A.M., Калашников А.Т. Экология и охрана природы при открытых горных работах. М., 1994. 428 с.

147. Туманов И.И. Физиология закаливания и морозостойкости растений. М.: Наука, 1979. Гл. 3. С. 170-183.

148. Удовенко Г. В. Физиологические механизмы адаптации растений к различным экстремальным условиям // Труды ВНИИ растениеводства по прикл. ботанике, генетике и селекции. 1979. Т. 64, № 3. С. 5-22.

149. Ушаков Б. П. Теплоустойчивость клеток животных. M.JL, 1965. С. 5-16.

150. Ушаков Б.П., Гастева С.В. ДАН СССР. 1953. №88, Т. 6. С. 1071-1074.

151. Федорова А.И. Влияние активности пероксидазы проростков иван-чая узколистного и дескурайнии Софьи на стрессоустойчивость к радиации и гипертермии // Сб. тез. «Шаг в будущее». Якутск, 1998. С.20-21.

152. Федорова А.И. Комплексный цитолого-биохимический метод оценки функциональной активности генома и его использование для решения экологических задач // Сб. тез. Лаврентьевских чтений. Якутск, 1999. С.90-92.

153. Федорова А.И. Устойчивость генома дескурайнии Софьи и иван-чая узколистного при действии на их семена острого гамма облучения и теплового шока // Сб. ст. аспир. и молодых ученых. Якутск, 2001. С. 33-36.

154. Федорова А.И., Филиппова Г.В, Иванова Е.И. Биохимические механизмы действия нитрат- и нитрит-ионов на продуктивность и устойчивость растений // Наука и образование. Якутск, № 1 (25). 2002. С. 49-52.

155. Филиппов Э.В. Физиолго-биохимическая оценка устойчивости генома дикорастущих растений к действию радиационных и нерадиационных стресс-факторов в Якутии. Автореферат на соискание ученой степени канд. биол. наук. Якутск, 2000. 20 с.

156. Филиппова Г.В. Роль экологических факторов в накоплении биологически активных веществ растениями Якутии. Автореферат на соискание ученой степени канд. биол. наук. Якутск, 2003. 18 с.

157. Филиппова Г.В, Журавская А.Н. Влияние экстракта рододендрона золотистого на физиолого-биохимические характеристики клеток проростков растений, семена которых получили дозу острого у-облучения // Наука и образование. Якутск, 2003а. С. 34-37.

158. Филиппова Г.В. Температурно-влажностные условия среды и антиоксиданты в дикорастущих травянистых растениях. // Наука и образование. Якутск, 20036. №1.С.42-46.

159. Хочачка П., Сомеро Дж. Биохимическая адаптация. М.:Мир, 1988. 569 с.

160. Цветкова Т.В., Бушуева И.А., Цокур Э.В., Плесцов O.JT. Исследование свойств прополиса как возможного модификатора лучевого поражения. Институт зоологии АН КазССР. Алма-Ата, 1989. Деп.в ВИНИТИ № 6838-889. 15 с.

161. Ярмоненко С.М. Радиобиология человека и животных. М.: Высшая школа, 1977. 368 с.

162. Albert F.G., Bennet L.W., Anderson A.J. Peroxidase associated with the root surface of Phaseolus vulgarus // Canad. J. Bot. 1986. V. 64. P. 573-578.

163. Bohnert H., Sheveleva E. Plant stress adaptations — making metabolism move // Plant Biologi, 1998. V. 1. P. 267-274.

164. Chance В., Sies H., Boveris A. Hydroperoxide metabolism in mammalian organs. // Physiol. Rev. 1979.V. 59, № 3. P. 527-605.

165. Constantine N.G., Stanley K. R. Superoxide Dismutases in higher plants // Plant Physiol. 1977. V. 59. P. 309-314.

166. Duarte M.I., Kovoor A. Sur Taction radiorestaunratrice d'un fraction extraite de-feuilles de tabac //C.r.Acad.sci.D. 1965. V. 261. P.4202-4205.

167. Fridovich I. Superoxide dismutases. An adaptation to a paramagnetic gas. // Biol. Chem. 1989. V. 264. P. 7761.

168. Friedberg E., Walker G., Siede W. Form of cell reparation. // DNA Repair and • Mutagenesis. Wash. (D.C.): ASM Press, 1995. P. 67-72

169. Georgopoulos С., Welch W.J. Rolle of the major heat shock proteins as molecular chaperones // Annu. Rev. Cell Biol. 1993. V. 9. P. 901-934.

170. Gueta-Dahan Y. Yaniv Z., Zilinskas В., Gozal B. Salt and oxidative stress: similar and specific responses and their relation to salt tolerance in Citrus // Planta. 1997. V. 203. P. 460-469.

171. Hanawalt Ph. Molecular mechanisms involved in DNA repair. Genetics. 1975. V. 79. P. 179-197.

172. Hanawalt Ph. Molecular mechanisms inwolwed in DNA repair. // Genetics. 1975b. V. 79. P. 179-197.

173. Hanawalt Ph. Repair processes in diverse systems: overviev. In: Molecular mechanisms for repair of DNA. New York; London: Plenum press, 1975. P.503-506.

174. Hanawalt Ph. Repair processes in diverse systems: overview. In: Molecular mechanisms for repair of DNA. New York; London: Plenum press, 1975a. P.503-506

175. Icushima T. // Chromosomal aberrations. Berlin; Heidelberg: Shpringer Verlag, 1989. P. 151-161.

176. Kose K., Yazici C., Cambay N., Ascioglu O., Dogan P. Lipid peroxidation and erythrocyte antioxidant enzymes in patients with Behcet's disease. // Tohoku J. Exp. Med. 2002. V. 197. P. 9-16.

177. Lehmann A.R. Dual functions of DNA repair genes: molecular, cellular, and clinical implications //BioEssays. 1998. V. 20. P. 146-155.

178. Lehmann A.R. Workshop on eukaryotys DNA repair genes and gene products // Cancer Research. 1995. V. 55. P. 968-970.

179. Morimoto R.I. Cell in stress: transcriptional activation of heat shock genes // Science. 1993. V. 259. P. 1409-1410.

180. Morimoto R.I. Regulation of the heat shock transcriptional response: cross talk between a family of heat shock factors, molecular chaperones, and negative regulators // Genes Developm. 1998. V. 12. P. 3788-3796.

181. Nover L., Hellmund D., Neumann D. et al. The heat shock response of eu-karyotic cells//Biol. Zbl. 1984. V. 103. P. 357-435.

182. Reigi L. The radiation protective effect of sinapine distributed in cruciferous plants on germinating seeds of barley and wheat // Scienta Sinica (Series B). 1980. V.29, №7. P.723-732.

183. Richter C., Gogvadze V., Laffranchi R., Schlapbach R., Schweizer M., Suter M., Walter P., Yaffee M. Oxidants in mitochondria: from physiology to disease // BBA. 1995. V. 1271. P. 67-74.

184. Rigo A., Viglino P., Rotilio G. Kinetic study of *02~ Dismutation by bovine superoxide dismutase. Evidence for saturation of the catalytic sites by "Ог". I I Bio-chem. Biophys. Res. Common. 1975. V. 63. P. 1013-1018.

185. Ruggeri В., Gray R., Watkins Т., Tomlins R. Effects of low-temperature acclimation and oxygen stress on tocoferol production in Euglena gracilis ZII App. And Environ. Microbiol. 1985. V. 50. P. 1404-1408.

186. Russell P.J. Genetics. 5th ed. Menlo Park, California: Addison Wesley Longman Inc., 1998. P. 637-644.

187. Tikhomirova M.M. Relationship between an organism's radiosensitivity and its level of repair processes. // Genetika. 1980. № 4. P.628-633

188. Vervoort L.M, Ronden J.E, Thijssen H.H.The potent antioxidant activity of the vitamin К cycle in microsomal lipid peroxidation. // Biochem Pharmacol. 1997. V. 54, № 15. P. 871-876.

Информация о работе

Федорова, Анна Ивановна
кандидата биологических наук
Якутск, 2004
ВАК 03.00.16

Диссертация

Роль антиоксидантных и ДНК-репарационных систем в формировании ответной реакции растительных клеток при действии стресс-факторов - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Роль антиоксидантных и ДНК-репарационных систем в формировании ответной реакции растительных клеток при действии стресс-факторов - тема автореферата по биологии, скачайте бесплатно автореферат диссертации

Похожие работы