Введение к работе
Актуальность темы. В результате промышленного производства в атмосферу Земли ежегодно выбрасываются многие миллионы тонн газообразных токсических отходов. Такое глобальное загрязнение атмосферы является одним из наиболее серьезных факторов, с которым связывают повреждение и гибель огромных лесных массивов.
Среди воздушных промышленных выбросов наиболее серьезную опасность для растений представляют потенциально кислые газы (SOg, N0X) HF и СІг), а также аэрозоли кислот, образующиеся в атмосфере в результате взаимодействия этих газов с парами воды. Проникая в растение и попадая в межклеточную жидкость (жидкость апопласта), они образуют при этом сильные минеральные кислоты. Появление кислоты в жидкости апопласта опасно не только в плане изменения внешней среды функционирования клеток, но и последующим повреждением мембран и нарушением внутриклеточных процессов. Именно в системе апопласт-клетка происходят основные события по нейтрализации воздействия кислых газов и восстановлению нормальной клеточной среды. Поэтому способность ткани сохранять постоянство кислотности межклеточной среды (гомеостаз рН) при действии кислых газов,во многом, определяет обшую жизнеспособность растительного организма. Однако, несмотря на очевидную важность понимания механизмов, которые обеспечивают поддержание рН-гомеостаза в ткани листа, они все еще изу- j чены слабо.
Дель и задачи исследования. Цель настоящей работы - исследовать особенности функционирования гомеостатической системы, регулирующей рН в жидкости апопласта тканей листа при воздействии минеральных кислот, входящих в состав аэропромышленных выбросоз. Для достижения этой цели необходимо было решить ряд задач:
-
Определить диапазон гомеостатического и стрессового регулирования рН в жидкости апопласта;
-
Выявить эффект кислотной и анионной составляющих в токсическом действии минеральных кислот на ткани листа (рН-статус жидкости апопласта, физиологическое состояние клеток, содержание пигментов) ;
-
Исследовать роль неорганических катионов (калия, натрия, кальция, магния) в механизме поддержания рН жидкости апопласта.
Научная новизна. Обнаружено, что ткани хвои сосны и лиственницы поддерживают в межклеточной жидкости гомеостатический уровень рН, который для сосны составил 4,65 единицы, для лиственницы -
3,8. Выявлены области кислотностей жидкости апопласта, регулируемы гомеостатическим и стрессовым механизмами. Появление в межклеточ ной жидкости сульфат-, нитрат-, фторид-анионов не влияло на уро вень рН-гомеостаза, однако, могло определять ширину гомеостатичес кого и стрессового диапазонов, сдвигая нижнюю границу гомеостати ческой области в более кислую или менее кислую сторону. Предложе метод получения суспензии изолированных клеток хвои лиственницы Показано, что изолированные клетки лиственницы обладают высоко жизнеспособностью и могут жить в переживающем режиме до 4 суток Установлено, что реакция клеток хвои лиственницы на воздействи азотной, серной, соляной и фтористоводородной кислот, имитирующи эффект соответствующих кислых газов, сходна с реакцией целого рас тения. На основании этого впервые предложено использовать изолиро ванные клетки хвои как модельную систему при определении степен токсичности ксенобиотиков для растения. Обнаружено, что внутрикле точное значение рН клеток хвои лиственницы ниже, чем у сосны. Это наряду с более кислым значением рН жидкости апопласта в норме мо экет определять высокую жизнеспособность клеток хвои лиственниц при действии кислот. Выявлено, что от вида аниона зависит как спо собность тканей противодействовать избыточному содержанию протоно в жидкости апопласта, так и общая жизнеспособность клеток. Опреде лено, что ткани хвои реагируют на появление избыточной концентра ции кислот в жидкости апопласта выбросом в межклеточное пространс тво эндогенных катионов. При этом наиболее массовым является выхо катионов кальция, затем следуют катионы калия, магния и натрия Предложена модель процессов по регуляции рН в жидкости апопласта позволяющая проследить цепь событий при противодействии клеток закисленню межклеточной жидкости.
Практическая ценность работы. Настоящая работа направлена н изучение адаптивных возможностей хвои при действии на нее кисль промышленных токсикантов. Сделан вклад в изучение механизма, под держивающего постоянство кислотности межклеточной среды в хво лиственницы и сосны. Полученная суспензия изолированных клето хвои является удобной экспериментальной системой для изучени: действия ксенобиотиков. Кроме того, она может быть использован для экспресс-диагностики действия токсикантов на растение.
Апробация работы. На научной сессии СИФИБР 1995 г. На между народной конференции "Экологически чистые технологические процесс
в решении проблем охраны окружающей среды" (Иркутск, 1996 г.).
Публикации. Основные результаты работы изложены в 4 публикациях.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов, экспериментальной части (4 главы), общего обсуждения, выводов, списка литературы (181 наименование) и приложения. Работа изложена на 121 странице машинописного текста, включая 14 рисунков и 9 таблиц.
