Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Некоторые вопросы токсического действия тяжелых метал
лов на растения 8
1.1. Загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами. ... 8
1.2. Влияние высоких концентраций тяжелых металлов на растения 9
Глава 2. Фотосинтез 25
2.1. Современные представления о строении электронтранспортной цепи фотосинтеза 26
2.2. Лабильность электронтранспортнрй цепи фотосинтеза . . 43
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 48
Глава 3. Объект и методы исследования 49
3.1. Постановка вегетационных опытов 49
3.2. Определение металлов 49
3.3. Определение пигментов 50
3.4. Интенсивность фотосинтеза и включение С в низкомолекулярные продукты фотосинтеза 50
3.5. Выделение хлоропластов и определение фотохимической активности 53
3.6. Определение фотосинтетического фосфорилирования ... 56
3.7. Определение содержания цитохромов и изучение фотоинду-цированных изменений поглощения суспензии хлоропластов56
3.8. Изучение содержания ферредоксина и пластоцианина методом электрофореза в полиакриламидном геле 58
Глава 4. Результаты и их обсуждение 61
4.1. Влияние цинка на общее состояние растений 61
4.2. Влияние избытка цинка на содержание хлорофилла. ... 66
4.3. Содержание железа и цинка в органах растений и в хлоропластах 70
4.4. Характеристика функционирования электронтранспортной цепи фотосинтеза 74
4.4.1. Фотохимическая активность изолированных хлоропластов
с различными электронакцепторными системами 76
4.4.2. Сравнительное изучение обмена кислорода и фотовосстановления НАДФ+ хлоропластами гороха и овса 87
4.4.3. Обмен кислорода и фотовосстановления НАДФ+ хлоропластами растений овса, выращенными при различном снабжении цинком и железом 90
4.5. Изучение участия медь - и железосодержащих перносчи-
ков в работе ЭТЦ 94
4.5.1. Действие пластоцианина на реакцию фотовосстановления НАДФ+ изолированными хлоропластами овса 95
4.5.2. Действие медь - и железо - хелатиругощих агентов на скорость транспорта электронов 97
4.5.3. Содержание пластоцианина и ферредоксина в листьях растений овса 101
4.6. Цитохромные компоненты ЭТЦ 104
4.6.1. Содержание цитохромов 105
4.6.2. Фотоиндуцированные изменения поглощения цитохромов. . ПО
4.6.3. Изучение фотоиндуцированных изменений поглощения цитохромов с учетом вклада Р^о 115
4.6.4. Использование модифицированной методики для изучения редокс-состояния цитохромов в хлоропластах овса. . . 119
4.7. Фотосинтетическое фосфорилирование 127
4.8. Интенсивность фотосинтеза и метаболизм углерода. . . 134
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 144
ВЫВОДЫ 148
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 150
- Загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами.
- Современные представления о строении электронтранспортной цепи фотосинтеза
- Постановка вегетационных опытов
- Влияние цинка на общее состояние растений
class1 Некоторые вопросы токсического действия тяжелых метал
лов на растения class1
Загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами
В последние десятилетия произошло значительное загрязнение окружающей среды: воды,воздуха и почвы. Загрязнение биосферы приносит вред здоровью людей и животных,превращает ценные с/х и лесные угодья в промышленные пустыни ( Кулагин, 1964 ).
По химическому составу ( с учетом токсического действия на растения) Николаевский (Николаевский,1969) делит все вредные инг-радиенты на следующие: а) кислые газы,обладающие наибольшей токсичностью для растений (фтор,хлор) сернистый газ и другие; б) пары кислот (соляной,азотной и других); в) окислы металлов (свинца, цинка,магния и других); г) щелочные газы (аммиак); д) пары металлов (ртуть); е) различные органические газы и канцерогенные вещества. Большое место в данной классификации отводится различным газообразным веществам, как наиболее распространенным загрязнителям, оказывающим сильное токсическое действие на растения.
В последнее время повышение содержания тяжелых металлов в почвах также явление не редкое. Высокий уровень содержания тяжелых металлов в почвах может иметь естественное происхождение, однако общепризнано, что основным источником загрязнения поверхности земли тяжелыми металлами является глобальное загрязнение биосферы, вызванное хозяйственной деятельностью человека.
В процессе производственной деятельности человек разрабатывает и рассеивает сконцентрированные в земной поверхности запасы Ре, Zn, Си, РЪ и других металлов, которые переходят в результате распыления в дисперсионное состояние,интенсивно мигрируют,а затем вторично аккумулируют в зоне гипергенеза (КрумкачевДулыгина, 1983). Наиболее значительное загрязнение биосферы, в том числе почв тяжелыми металлами, происходит за счет промышленности и автотранспорта. В результате работы металлургических предприятий на поверхность земли ежегодно поступает не менее 154650 т меди, I2I500 т цинка,89000 т свинца, 12000 т никеля,765 т кобальта,1500 т молибдена, 30,5 т ртути (Lageweff, 1967 ). Источниками загрязнения металлами является также использование отходов промышленности в качестве удобрений ( Epstein,I9JJ& ) и пестицидов. Анализ литературных данных позволяет сделать вывод, что наиболее частыми загрязнителями почв среди металлов в различных районах мира являются РЪ, Си, Zn ( Большаков И др., 1978, РаЪег, 1977, СоГЬогп, . Jhor.ton,I978, Elsokkary,lad, 1978, Poy et.al. ,1978, Olshowy, 1978)
Более 50$ тяжелых металлов попадает в почву.Остальная часть оседает на поверхности растений и рассеивается в воздухе. Тяжелые металлы обнаружены даже в пробах снега,взятых вблизи южного полюса Земли ( в Антарктиде ) ( Boutron, 1982 ) По некоторым прогнозам, к середине следующего века концентрация некоторых металлов в почве может увеличиться в 10-100 раз и более ( Крумкачев, Кулыгина,1983 ).
Современные представления о строении электронтранспортной цепи фотосинтеза
За последние 20 лет в исследовании электротранспортной цепи (ЭТЦ) фотосинтеза достигнуты большие успехи, однако полной ясности в этом вопросе пока еще нет.
В первую очередь на основании работ целого ряда исследователей (Emerson, 1958, Blinks , I960, Kok, Hoch, 1961, Duysensi, Amesz-,, 1961, Amesz, 1972) сложилось представление об участии двух фотохимических систем (ФС I и ФС П) в переносе электронов от Н20 (Е=+0,82 В) к НДЦФ+ (Е= - 0,32 В).
Обобщенная схема фотосинтеза, предложенная Хилом и Бенделом, стимулировала изучение состава и функций переносчиков. Множество обзоров посвящено этому вопросу (Эйнор, 1973; Островская, 1975; Trebst, 1974, Cramer, Whitmarsh, 1977).
Постановка вегетационных опытов
Объектом исследования служили растения овса Avena sativa сорта Сельма, выращенные в факторостатных условиях при освещенности 10-15 тыс.люкс, фотопериоде - 14 часов, влажности - 40-50$ на 1/5 смеси Кнопа с добавлением микроэлементов по Хоагланду. Семена овса замачивались и проращивались в кювете на фильтровальной бумаге, смоченной дистиллированной водой, после чего проростки овса высаживали в трехлитровые сосуды с водопроводной водой. Через сутки воду заменяли питательными раетворами ( РН 5,8).
Схема опыта включала следующие варианты: I 1/5 смеси Кнопа + 0,1 мг/л Zn + 5 мг/л Fe П 1/5 смеси Кнопа + 60 мг/л Zn + 5 мг/л Fe Ш 1/5 смеси Кнопа + 60 мг/л Zn + 10 мг/л Fe
Цинк вносили в виде сернокислого цинка, железо - в виде соли лимонной кислоты. Для опытов использовали 8-Ю дневные проростки.
Влияние цинка на общее состояние растений
Из литературы известно, что присутствие токсических доз цинка в питательной среде вызывает задержку роста растений, снижает накопление биомассы, в итоге падает общая продуктивность растений ( Fetsio, Joji, ,1976; Patel et. al. , 1976; Agarwala et. al., 1977; Foy et. al. , 1979). Показателем, отражающим общее развитие растений, включая и работу фотосинтетического аппарата может служить высота растений как отражение количества биомассы. контрольных, добавление железа в среду выращивания уменьшило разницу между растениями Ш варианта и растениями,выращенными при нормальном содержании всех питательных элементов в среде. Из данных таблицы I видно, что длина растений Ш варианта составляла в среднем 75% к контрольному уровню.
К 8-Ю дню наблюдалось сужение листовой пластинки особенно у молодых листьев, а также свертывание их в трубку под влиянием избытка цинка.
Обнаружено более сильное угнетение роста корней по сравнению с ростом побегов. Так, длина корней у растений П и Ш вариантов в среднем на 46% и 42% соответственно ниже, чем у растений контрольного варианта. Подобные изменения роста и морфологии у растений овса наблюдали Ковда с сотрудниками (Ковда и др., 1979) под влиянием избытка Hg и РЪ .
Преимущественное угнетение роста корней по сравнению с ростом побегов, вызванное токсическим уровнем металлов в среде выращивания, отмечают и другие авторы (Игнатьевская и др., 1983; Subhendu, 1977; Foy et. ai. ,1978).
Задержка роста растений в условиях высоких концентраций металлов в среде выращивания снижает накопление биомассы растений и в целом их продуктивность (табл.2).
Степень этих изменений зависит от многих факторов в том числе определяется природой металлов. Так, Пател и другие (LPatei et. ai. ,1976), изучая накопление сырой массы растений под влиянием высоких концентраций od , Gu , Or , а такжеОо ,м и Zn отмечают снижение накопления сырой массы растений на 70% по сравнению с контролем под влиянием высоких концентраций первых трех элементов, тогда как последние три элемента снижали продуктивность лишь на 45%, 45% и 21% соответственно.
