Введение к работе
з
АКТУАЛЬНОСТЬ ИССЛЕДОВАНИЙ: температура воздуха является одним из основных факторов регулирования процессов роста и развития растений. При функционировании биолого-технических систем жизнеобеспечения (БТСЖО), в состав фотосинтезирующего блока которых входит звено высших растений, важно поддержание температуры в зоне оптимума. Для удовлетворения потребности человека в растительных жирах в состав звена высших растений предполагается включить растения чуфы (Гительзон и др., 1975; Gitelson et al. 2003). В связи с тем, что устойчивость фотосинтезирующего звена к воздействию экстремальных факторов среды определяется устойчивостью входящих в него звеньев, необходимо экспериментально оценить устойчивость растений чуфы к действию тех или иных стресс-факторов. Одним из таких факторов может быть повышение температуры воздуха в БТСЖО (из-за отказов в системе регулирования температуры воздуха) до значений, приводящих к необратимым нарушениям фотосинтетических процессов. Так как одним из возможных способов повышения степени замкнутости массообменных процессов в БТСЖО может быть использование минерализованных плотных и жидких выделений человека в качестве основы для приготовления питательных растворов для выращивания растений, необходимо знать, как это может повлиять на устойчивость растений к действию стресс-фактора. Поэтому важно оценить устойчивость ценозов чуфы к действию повреждающей температуры воздуха в зависимости от условий предварительного выращивании и выяснить возможные способы повышения термоустойчивости.
ЦЕЛЬ: исследование устойчивости ценозов чуфы (Cyperus esculentus L.) к воздействию супероптимальной температуры воздуха 45С в зависимости от условий минерального питания, интенсивности фотосинтетически активной радиации (ФАР) во время стресса и длительности действия стресс-фактора.
ЗАДАЧИ:
1). Оценить устойчивость ценозов чуфы к кратковременному ступенчатому повышению температуры воздуха в зависимости от условий минерального питания и интенсивности ФАР во время стресса.
2). Оценить влияние воздействия высокой температуры воздуха различной длительности на СОг-газообмен и состояние фотосинтетического аппарата ценозов чуфы.
3). Оценить влияние условий минерального питания на С02-газообмен и состояние фотосинтетического аппарата ценозов чуфы во время ТШ.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Показано, что в ответ на повреждающее воздействие высокой температуры у ценозов чуфы возникает фаза реакции, длительностью не менее 1 ч. По величине и характеру фазы реакции нельзя судить об адаптационных возможностях ценозов чуфы в фазе реституции.
Показано, что ценозы чуфы, выращенные в условиях интенсивной светокультуры при оптимальных условиях внешней среды, способны выдерживать воздействие температуры воздуха 45С в течение 44 ч без необратимых повреждений фотосинтетического аппарата.
Показано, что повышение интенсивности ФАР во время действия стресс-фактора, вне зависимости от условий минерального питания и исследуемой длительности экспериментов, снижает повреждающее воздействие повышенной температуры воздуха.
Установлено, что выращивание ценозов чуфы на питательных растворах, приготовленных на основе минерализованных экзометаболитов человека с преимущественно нитратной формой азота, повышает их устойчивость к действию супероптимальных температур по сравнению с ценозами чуфы, выращенными на растворах, приготовленных на основе минерализованных экзометаболитов с аммонийной и амидной формами азота.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ. Полученные результаты вносят вклад в представления о физиологии устойчивости ценозов растений к повышенным температурам воздуха в зависимости от условий предварительного выращивания и внешних факторов среды.
Полученные результаты могут быть использованы при создании биолого-технических систем жизнеобеспечения высокой степени замкнутости.
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ: 1) Ценозы чуфы способны выдерживать воздействие повышенной температуры воздуха в течение 44 ч без необратимых повреждений фотосинтетического аппарата.
Повышение интенсивности ФАР от 150 до 250 Вт/м и увеличение частоты периодического охлаждения корнеобитаемого субстрата увеличивает термоустойчивость ценозов чуфы.
Устойчивость ценозов чуфы к действию температуры воздуха 45С зависит от условий минерального питания. Выращивание ценозов чуфы методом гидропоники на керамзите с использованием растворов, приготовленных на основе минерализованных экзометаболитов человека, содержащих азот в аммонийной и амидной формах, понижает устойчивость ценозов к действию температуры 45С по сравнению с ценозами, выращенными на растворах, содержащих азот в нитратной форме.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты исследований были доложены на VI-й Международной научной конференции, г. Минск, Белоруссия в 2009 г; на 38-й Международной конференции Коспар в г. Бремен, Германия в 2010 г; на Всероссийской, с международным участием, конференции молодых ученых, посвященной 90-летию Уральского государственного университета им. A.M. Горького, г. Екатеринбург, Россия в 2010 г; на конференции молодых ученых Института биофизики СО РАН, г. Красноярск, Россия в 2010 г; на Всероссийском симпозиуме «Растение и стресс», Москва, Россия в 2010 г; на VII Съезде Общества физиологов растений России, г. Нижний Новгород, Россия 2011г.
По теме диссертационной работы было опубликовано 9 печатных работ, из них 4 печатные работы опубликованы в журналах, рекомендуемых ВАК РФ (2 статьи в журналах, издаваемых в России, и 2 в журналах, издаваемых за рубежом).
ВКЛАД АВТОРА. Проведение экспериментов, обработка и анализ полученных результатов, подготовка публикаций.
ОБЪЕМ И СТРУКТУРА РАБОТЫ Диссертационная работа изложена на 127 страницах, состоит из введения, обзора литературы (1 глава), методики (1 глава), результатов собственных исследований (2 главы), заключения и выводов. В работе содержится 18 таблиц и 21 рисунок. Список цитируемой литературы насчитывает 125 источников, в том числе 53 иностранных.
Работа выполнена в лаборатории управления биосинтезом фототрофов Института биофизики СО РАН г. Красноярска под руководством к.б.н. Ушаковой С.А. Автор выражает благодарность Волковой Э.К., Паршиной О.В., сотрудникам аналитической лаборатории Института биофизики СО РАН (заведующая лабораторией к. б. н.
Калачева Г.С.), а также всем сотрудникам лаборатории УБФ, способствовавшим выполнению данной работы. Особую благодарность автор выражает своему научному руководителю Ушаковой Софье Аврумовне за поддержку и ценные советы при выполнении данной работы.
