Хоменко Ірина Михайлівна Адаптивні реакції рослин салату (Lactuca sativa L.) за дії йонів кадмію та наночастинок металів : Хоменко Ирина Михайловна Адаптивные реакции растений салата (Lactuca sativa L.) за действия ионов кадмия и наночастиц металлов

Краткое описание

Хоменко Ірина Михайлівна, біолог мікробіологічної лабораторії відділу контролю якості ТОВ «Фармекс-груп»: «Адаптивні реакції рослин салату (Lactuca sativa L.) за дії йонів кадмію та наночастинок металів» (03.00.12 - фізі­ологія рослин). Спецрада Д 26.001.14 у Київському на­ціональному університеті імені Тараса Шевченка

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ІМЕНІ ТАРАСА ШЕВЧЕНКА
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ІМЕНІ ТАРАСА ШЕВЧЕНКА
Кваліфікаційна наукова
праця на правах рукопису
ХОМЕНКО ІРИНА МИХАЙЛІВНА
УДК 581.1+581.13+631.81:546.48+635.52
ДИСЕРТАЦІЯ
АДАПТИВНІ РЕАКЦІЇ РОСЛИН САЛАТУ (LACTUCA SATIVA L.) ЗА ДІЇ
ЙОНІВ КАДМІЮ ТА НАНОЧАСТИНОК МЕТАЛІВ
03.00.12 – фізіологія рослин
09 - Біологія
Подається на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук
Дисертація містить результати власних досліджень. Використання ідей,
результатів і текстів інших авторів мають посилання на відповідне джерело
________ І. М. Хоменко
Науковий керівник: Таран Наталія Юріївна, д.б.н., проф.

Київ - 2019

ЗМІСТ
ПЕРЕЛІК УМОВНИХ СКОРОЧЕНЬ ………………………………………... 20
ВСТУП …………………………………………………………………………… 21
РОЗДІЛ 1. Огляд літератури ………………………………………………….. 27
1.1. Проблема фітотоксичності кадмію за впливу трансформованого
середовища ……………………………………………………………………… 27
1.2. Фізіолого-біохімічні основи продуктивності рослин за впливу
наночастинок есенціальних металів …………………………………………..... 34
1.3. Адаптивна пластичність вищих рослин за впливу мінеральних стресорів 39
РОЗДІЛ 2. Матеріали, умови та методи проведення досліджень ………… 45
2.1. Біологічна характеристика матеріалу досліджень ………………………… 45
2.2. Схеми лабораторних досліджень та методика вирощування рослинного
матеріалу ………………………………………………………………………… 49
2.3. Методи досліджень ………………………………………………………… 52
2.3.1. Визначення загального вмісту та розподілу йонів кадмію ……… 52
2.3.2. Методи визначення морфофізіологічних показників ……………… 53
2.3.3. Методи визначення антиоксидантного статусу ……………………. 54
2.3.4. Методи визначення показників фенольного метаболізму ………… 55
2.3.5. Методи аналізу та статистичної обробки ………………………… 56
РОЗДІЛ 3. Рання адаптивна відповідь проростків салату відмінних за
проявом антоціанового забарвлення фенотипів за дії йонів кадмію …….. 57
3.1. Вплив йонів кадмію на ростові параметри салату сортів Лоло та Лоло
Росса ……………………………………………………………………………… 57
3.2. Вміст антоціанів у рослинах салату відмінних за рівнем фенольного
метаболізму сортів за впливу йонів кадмію ……………………………………. 62
РОЗДІЛ 4. Адаптивна пластичність фенотипово відмінних за проявом
антоціанового забарвлення сортів салату за дії йонів кадмію ……………. 66
4.1. Акумуляція та розподіл кадмію в органах рослин салату
різнозабарвлених сортів Лоло та Лоло Росса ………………………………… 66
19
4.2. Прояв показника індексу толерантності рослин салату у відповідь на дію
йонів кадмію ……………………………………………………………………… 71
4.3. Вплив йонів кадмію на показники водного режиму салату ……………... 72
4.4. Стоматографічний аналіз досліджуваних рослин за впливу йонів кадмію 76
4.5. Вплив йонів кадмію на вміст фотосинтетичних пігментів рослин салату 80
4.6. Вплив кадмію на вміст антоціанів у рослинах салату …………………….. 85
4.7. Активність фенілаланін аміак-ліази у досліджуваних рослин салату за
дії йонів кадмію ………………………………………………………………… 87
4.8. Активність пероксидази у досліджуваних рослин салату за дії йонів
кадмію …………………………………………………………………………… 90
РОЗДІЛ 5. Феноміка стійкості рослин салату відмінних за проявом
антоціанового забарвлення фенотипів до дії йонів кадмію та суміші
наночастинок металів мінерального складу ……………………………...... 94
5.1. Індекс толерантності досліджуваних рослин за дії кадмію та
наночастинок есенціальних металів-мікроелементів ………………….............. 95
5.2. Водний статус рослин салату сортів Лоло та Лоло Росса за дії кадмію та
наночастинок есенціальних мікроелементів …………………………………… 99
5.3. Динаміка накопичення пластидних пігментів у рослинах салату сортів
Лоло та Лоло Росса за дії кадмію та наночастинок есенціальних металівмікроелементів …………………………………………………………………… 106
5.4. Параметри окиснювального гомеостазу рослин салату за умови впливу
йонів кадмію та передпосівної обробки наночастинками есенціальних
металів-мікроелементів ………………………………………………………….. 112
5.5. Фенольний метаболізм рослин салату за умови впливу йонів кадмію та
передпосівної обробки наночастинками есенціальних металів …………........ 120
АНАЛІЗ ТА УЗАГАЛЬНЕННЯ РЕЗУЛЬТАТІВ ДОСЛІДЖЕНЬ ………... 134
ВИСНОВКИ …………………………………………………………………… 146
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ …………………………………… 148
Додаток 1 …………………………………………………………………………. 173

Список литературы

ВИСНОВКИ
Згідно отриманих результатів виявлено сортоспецифічність прояву
адаптивних реакцій відмінних за кольоровою ознакою фенотипів салату
(Lactuca sativa L. var. secalina) на дію йонів кадмію та наночастинок металівмікроелементів. Адаптивна відповідь досліджуваних рослин салату до
мінеральних стресорів проявляється на рівні цілісного організму як інтеграція
різнорівневих систем і сукупність екзо- та ендогенних механізмів нівеляції
негативного впливу трансформованого середовища.
1. Встановлено, що рослини салату досліджуваних сортів проявляють
неспецифічну реакцію інгібування ростових процесів та активацію механізмів
внутрішньоклітинної детоксикації важкого металу за впливу кадмієвого
навантаження на ранніх етапах онтогенезу, що проявляється у зниженні вмісту
антоціанів у коренях та акумуляції даних сполук у листках.
2. Виявлено, що рослини червоного фенотипу салату сорту Лоло Росса
більш інтенсивно накопичували Cd2+ в коренях порівняно із зеленим сортом
Лоло. При цьому зафіксовано надзвичайно низький ступінь транслокації металу
в надземну вегетативну масу обох сортів, що забезпечує високу харчову
привабливість та неефективність їх використання у фіторемедіації.
3. Адаптивні реакції рослин зеленого сорту салату Лоло за впливу кадмію
проявлялись у зниження вмісту фотосинтетичних пігментів, активності
антиоксидантних ензимів на тлі активації низькомолекулярних антиоксидантів
та зміні параметрів водного обміну, що відобразилось на анатомоморфологічному рівні у збільшенні ксероморфності листових пластинок.
Рослини червоного сорту Лоло Росса утримували гомеостаз на
конститутивному рівні за даних умов.
4. Обробка наночастинками есенціальних металів проявляла гормезисний
ефект на ростові показники та активність ензиматичної (гваякол-пероксидаза,
фенілаланін аміак-ліаза) та неензиматичної (низькомолекулярні фенольні
147
пігменти) ланок антиоксидантного захисту рослин лише червоного сорту Лоло
Росса.
5.Сукупний вплив йонів кадмію та наночастинок есенціальних металів
призводив до активації фенілаланін аміак-ліази та зростання вмісту
низькомолекулярних метаболітів фенольної природи (флавоноїдів, антоціанів)
у рослин зеленого сорту Лоло. Натомість у рослин червоного сорту Лоло Росса
спостерігали підвищену активність гваякол-пероксидази при зниженні
ключового ензиму фенольного метаболізму.