Введение к работе
Актуальность работы. Картофель является важнейшей сельскохозяйственной культурой в Таджикистане. Для получения новых сортов используются как традиционные методы селекции, так и биотехнологические подходы, роль которых значительно возросла в последние годы. Биотехнологические методы способствуют получению новых сортов, обеспечивающих не только повышение урожайности, но и устойчивость к различным факторам окружающей среды, таким как засуха, засоление и повышение температуры. Влияние этих факторов особенно усилилось в последние годы в связи с глобальным изменением климата (Алиев, 2012).
Одним из факторов, лимитирующих продуктивность культурных растений является засоление почвы. Подсчитано, что количество засоленных почв с каждым годом возрастает и через 25-30 лет достигнет угрожающего уровня. Примерно 40% пахотных земель будут непригодными для сельскохозяйственного возделывания растений (ФАО, 2010).
Для изучения токсического влияния соли и механизмов толерантности используются клеточные культуры (Бабаева и др., 1968; Кулаева и др., 1997). При изучении механизмов устойчивости у выделенных in vitro со-леустойчивых клеточных линий показано, что у ряда клонов не нарушалась способность к проникновению ионов соли и вместе с тем поддерживался осмотический градиент, необходимый для функционирования клетки. Клеточные механизмы выносливости к засолению являются сходными для культивируемых in vitro клеток и целых растений, поэтому селекция на клеточном уровне представляет реальную перспективу получения устойчивых к засолению форм растений. Механизмы адаптации к условиям засоления могут быть разными и до конца не изучены.
Получение растений с целью придания им устойчивости к стрессор-ным факторам основано на манипулировании экспрессии и активности основных ферментов антиоксидантной системы растений, которые напрямую связаны с защитой клетки от супероксид - радикалов (Мерзляк, 1989).
Поэтому, возможности регулирования молекулярного и биохимического адаптационного потенциала, заложенного в генотипе растения, можно использовать для повышения толерантности растений к стрессовым факторам среды, что имеет фундаментальное и прикладное значение. Цель и задачи работы. Целью работы являлось изучение молекулярно-биохимических особенностей разноустойчивых к засолению генотипов картофеля, а также их прооксидантной и антиоксидантной системы в условиях in vitro.
В соответствии с этим были поставлены следующие задачи:
-
Определить активность прооксидантов (Н2О2, 0~2) у разночувстви-тельных к соли генотипов картофеля;
-
Определить активность супероксиддисмутазы (СОД, КФ 1.15.1.1) у разночувствительных к соли генотипов картофеля;
-
Определить содержание малонового диальдегида (МДА) при воздействии засоления;
-
Изучить роль антиоксидантних систем в повышении солеустойчи-вости генотипов картофеля;
-
Изучить прооксидантные и антиоксидантные системы в различных компартментах клетки у разночувствительных гибридов картофеля.
Научная новизна работы. Изучена и проанализирована продукция активных форм кислорода (АФК), малонового диальдегида (МДА) и активность антиоксидантного фермента супероксиддисмутазы (СОД) у расте-ний-регенерантов картофеля, различающихся по устойчивости к солевому стрессу. Показано, что растения, устойчивые к засолению имеют более эффективно работающие антиоксидантные системы, и способны переносить длительный окислительный стресс.
Изучены антиоксидантные системы в различных компартментах клетки у разночувствительных гибридов картофеля. Впервые показана роль хлоро-пластных антиоксидантных систем, имеющих прямую зависимость от активации СОД и окисленности НАДФ у растений картофеля, способствующих сверх продукции АФК.
Использование антибиотика циклогексимида, специфически блокирующего трансляционный процесс на уровне цитоплазматической рибосомы показало существование предсинтезированного пула СОД и интенсификацию синтеза этого фермента De novo за счет экспрессии существующий мРНК у устойчивого к соли генотипа растений картофеля, что не было выявлено у чувствительных растений.
Практическая значимость. Полученные экспериментальные результаты расширяют представления о молекулярных механизмах устойчивости растений к экстремальным природным стрессорам и их адаптации.
Активность СОД, а также других антиоксидантов можно использовать как тест признак для селекции сельскохозяйственных растений, обладающих высоким адаптационным потенциалом.
Отобраны клон-гибриды картофеля, обладающие высоким уровнем устойчивости и урожайности в условиях засоления.
Апробация результатов исследования.
Диссертация подготовлена и обсуждена в Институте ботаники, физиологии и генетики растений Академии наук Республики Таджикистан и на биологическом факультете Таджикского национального университета. Ее основные положения, выводы и рекомендации были доложены на конференциях и семинарах: на международном семинаре «Обеспечение улучшения продовольствия и увеличение доходов в Юго-Западной и Центральной Азии (SWCA) через сорта картофеля с улучшенной устойчивостью к абиотическому стрессу» Индия (Гуджарат), 29-30 ноября 2010 г.; на VI Московском международном конгрессе «Биотехнология: состояние и перспективы развития» Москва (Россия), 21-25 марта 2011 г.; на республиканской научной
конференции посвяшенной 60-летию образования Академии наук Республики Таджикистан «Физиология растений и проблемы развития растениеводства в Таджикистане» Душанбе, 2011 г.; на международной научной конференции памяти академика Ю.С. Насырова «Фотосинтез и проблемы повышения продуктивности растений». Душанбе, 2012 г.; на республиканской научной конференции «Экологические проблемы и рациональное использование природных ресурсов» Душанбе, 2012 г.; на V международной конференции «Экологические особенности биологического разнообразия» Худжанд, 2013 г.; на международном семинаре «Улучшение сортов картофеля и технологий управления водными ресурсами для улучшения эффективности водопользования, устойчивости к внешним воздействиям, рентабельность и производительность мелких земельных хозяйств, предрасположенных к стрессовым условиям Центральной Азии». Ташкент (Узбекистан) 3-5 сентября 2013 г.
Публикации
По материалам диссертации опубликовано 11 работ.
Структура и объем работы
