Введение к работе
Актуальность исследования. Ведущую роль в поддержании внутриклеточного гомеостаза и адаптации к стрессорам играют ферменты [Хочачко, Сомеро, 1988]. К защитным энзимам, обладающим широкой субстратной специфичностью и способным нейтрализовать действие большого спектра вирусных, бактериальных и других инфекций, относится рибонуклеаза (КФ 3.1.27.5). Фермент участвует в нуклеиновом обмене, и, следовательно, влияет на белковый обмен. Показано, что рибонуклеаза чувствительна к изменениям факторов внешней среды [Творус, 1970; Блехман, 1979; Проскурина, 1985; Цветков, 2009].
В Амурской области находится северный ареал произрастания дикорастущей сои, которая обладает высоким адаптивным потенциалом [Ала, 2002]. Поэтому данный регион является идеальным для производства сои. Расширение посевных площадей сои в Амурской области объясняется не только возрастанием интереса к ней, как ценной высокобелковой, кормовой и пищевой культуре, но и благоприятными почвенно-климатическими условиями для её возделывания [Синеговская, 2005]. В почвах Амурской области обитают единственные природные популяции ризобий сои [Тильба и др., 2004]. В нашем регионе выращиваются в основном сорта сои местной селекции, выведенные классическими методами. Эти сорта генетически очень близки, поэтому происходит обеднение генофонда культурной сои, что ведет к ограничению ее адаптивного потенциала [Тихончук, 2004]. В связи с акклиматизацией сои и продвижением ареала выращивания ее на север [Васякин, 2002; Посыпанов, 2007] возникла необходимость в глубоком изучении ее биохимических механизмов устойчивости.
В последнее время особое внимание уделяется изучению генома сои [Cathala et. al., 1992; Иваченко, 2000, 2010; Селихова, 2003; Семенова, 2006; Епифанцев и др., 2010]. Начало изучения полиморфизма белков сои за рубежом положено еще в прошлом веке [Hildebrand, Hymowitz, 1980; Palmer, Shoemaker, 1996]. Накопленный в этой области фактический материал в нашей стране ранее не подвергался разностороннему обобщению и систематизации. Наиболее доступными для анализа продуктами активности генов являются изоферменты [Doong, Kiang, 1987]. Изоферментный анализ позволяет модифицировать и расширять традиционные методы, основанные на использовании белков-маркеров [Иваченко, 2010].
Цель и задачи исследования. Основная цель нашей работы – изучить возможность использования активности рибонуклеаз сои в качестве маркера адаптации к условиям среды. Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:
Оценить возможность использования рибонуклеазной активности в качестве маркера адаптации сои к различным условиям выращивания.
Изучить рибонуклеазную активность семян культурной и дикорастущей сои.
Оценить адаптивный потенциал семян культурной и дикорастущей сои в условиях температурного стресса.
Установить участие рибонуклеаз в механизме адаптации сои к различным агроэкологическим условиям выращивания.
Изучить влияние солей тяжелых металлов на морфологические показатели и активность рибонуклеаз проростков сои после инокуляции их семян бактериями ризобий сои.
Выявить штаммы ризобий сои, инокуляция которыми способствует повышению адаптивного потенциала сои.
Научная новизна и теоретическая значимость. Осуществлен комплексный подход к изучению рибонуклеаз сои в качестве маркера адаптации к различным условиям выращивания. Изучены адаптивные возможности семян культурной и дикорастущей сои. Представлены особенности адаптации семян культурной и дикорастущей сои в условиях температурного стресса. Установлено участие рибонуклеаз в механизме адаптации сои к различным агроэкологическим условиям выращивания. Изучено влияние солей тяжелых металлов на морфологические показатели и активность рибонуклеаз проростков сои после инокуляции ее семян бактериями ризобий сои. Впервые выявлены, обобщены и охарактеризованы множественные формы рибонуклеаз сои.
Практическая значимость. Предложен способ использования рибонуклеазной активности в качестве маркера устойчивости сортов сои и штаммов ризобий сои к различным агроэкологическим условиям выращивании. Выявлены сорта сои и штаммы ризобий сои, которые можно использовать в адаптивной селекции для повышения адаптивного потенциала сои.
Материалы диссертационной работы использованы при составлении элективного курса «Химия жизни», рекомендованного Министерством образования и науки Амурской области в качестве учебного пособия для учащихся 9-11 классов общеобразовательных учреждений.
Положения, выносимые на защиту:
Дикорастущая соя, обладающая высоким адаптивным потенциалом, характеризуется повышенной удельной активностью и небольшим количеством множественных форм рибонуклеаз. Невысокая удельная активность фермента культурной сои компенсируется увеличением гетерогенности, что повышает ее устойчивость в различных условиях выращивания.
Стабильная удельная активность и гетерогенность рибонуклеаз сои или их повышение в различных условиях среды свидетельствуют о высоком адаптивном потенциале сортов сои или штаммов ризобий сои.
Апробация работы. Результаты исследования докладывались на VII и VIII Международной научно-практической конференции «Новые и нетрадиционные растения и перспективы их использования» (г. Пущино Московской обл., 2007г., 2009г.); региональной научно-практической конференции по проблемам внешнеэкономической деятельности Амурской области «Развитие. Проблемы. Перспективы» (г. Благовещенск, 3-4 декабря 2008г.); ХХIV Всероссийской конференции «Национальное достояние России» Управление делами Президента РФ (п. Непецино Московской области, 8-11 апреля 2009г.); III Всероссийской научно-практической конференции «Инновационные процессы в химическом образовании» (г. Челябинск, 12-15 октября 2009г.); III Амурской научно-практической конференции «Экологическое образование и просвещение в Амурской области» (г. Благовещенск 2010г.); IХ Международной научно-методической конференции «Интродукция нетрадиционных и редких растений» (г. Мичуринск, Тамбовской области, 21-25 июня 2010г.); XIII Всероссийской молодежной школе-конференции по актуальным проблемам химии и биологии (г. Владивосток, 7-14 сентября 2010г.); Международной научно-практической конференции «Аграрные проблемы соесеющих территорий Азиатско-тихоокеанского региона» (г. Благовещенск, 8-9 сентября 2010г.); научной Международной конференции «Фундаментальные и прикладные исследования» (Италия, Рим, Флоренция, 12-19 сентября 2010г.); Дальневосточном молодежном инновационном конвенте (г. Благовещенск, 6-7 ноября 2010г.); Межрегиональной научно-практической конференции «Химия и химическое образование» (г. Благовещенск, 8-9 ноября 2010г.); ХХІІІ Международной зимней молодежной школы «Перспективные направления физико-химической биологии и биотехнологии» (г. Москва, 7-10 февраля 2011г.); ІІІ Международном экологическом конгрессе ELPIT-2011 (V Международной научно-технической конференции) «Экология и безопасность жизнедеятельности промышленно-транспортных комплексов» (г. Тольятти, 21-25 сентября 2011г.)
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 20 работ, из них 3 статьи в периодических изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 12 статей в материалах Международных, Всероссийских и Межрегиональных конференций, 3 статьи в материалах региональных конференций, 1 статья в сборниках трудов вузов и 1 учебное пособие.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы (глава 1), описания биологических объектов, материалов и методов исследования (глава 2), изложения и обсуждения собственных экспериментальных данных (глава 3), заключения и выводов, рекомендаций к производству, списка литературы, 12 приложений. Работа изложена на 157 страницах машинописного текста, включает 15 рисунков и 3 таблицы. Список использованной литературы включает 347 источников, в том числе 113 на иностранных языках.
