Криоустойчивост и проблеми на опазването на растенията при ниски температури

Тази дисертационна работа трябва да влезе в библиотеките в близко бъдеще Уведомете за допускане

480 търкайте. 150 UAH $7.5 ', MOUSEOFF, FGCOLOR, '#FFFFCC', BGCOLOR, '#393939');" onMouseOut="return nd();"> Теза, - 480 рубли, доставка 1-3 часа, от 10-19 (московско време), с изключение на неделя

Резюме -безплатно, доставка10 минути, денонощно, седем дни в седмицата и празници

Въведение в работата

Уместност на проблема. Основната задача на работата, насочена към поддържане на генетичното разнообразие на биосферата на съвременния етап, е разработването на криобиологични методи за дългосрочно съхранение на иницииращи тъкани. За тези цели растенията трябва да използват предимно семена и вегетативно размножаващи се издънки, които, въз основа на характеристиките на физиологичната, биохимичната и генетичната структура, са най-подходящите обекти за дългосрочно съхранение на растителни генетични ресурси (Вепринцев, 1984).

Развитието на теоретичните изследвания в тази област е свързано с изясняването на механизмите на устойчивост на температури, при които се извършва криоконсервация, както и с развитието на идеите за появата на криоувреждания и рехабилитацията на биологични обекти. Според концепциите, налични в криобиологичната литература, характеристиките на ефекта на ниските температури върху биологични обекти се описват с няколко хипотези, при които намаляването на устойчивостта на замръзване-размразяване се свързва с ефектите на денатурация на макромолекули, хиперконцентрация на клетъчно съдържание, температурни и осмотични шокове, както и промени в липидните и протеиновите взаимодействия.мембранни компоненти (Levitt, 1979; Lovelock, 1957; Meryman, 1956; Mazur, 1966; Ostashko, 1976; Belous, 1982 и др.). Тези идеи в момента се развиват успешно във фундаменталните трудове на В. И. Грищенко (1987), В. А. Моисеев (1987), В. Й.

Въпреки това, по-голямата част от произведенията в областта на криобиологията описват процесите, протичащи в животинските тъкани, чиято специфика не позволява да се обяснят характеристиките на криоувреждането в растителните клетки, които имат много по-дълги интервали на устойчивост на промени във водното съдържание от животинските клетки, както и способността да преминават в състояние на криобиоза без изкуствени влияния.

изисква подробно и всеобхватно изследване. Това е причинено от

че при растенията процесите на устойчивост на мембраната към нискотемпературни напрежения, както и характеристиките на структурните и функционални промени в тези образувания по време на прехода на организмите към състояние на криобиоза, остават неясни. Основната трудност при решаването на тези проблеми е, че механизмите на устойчивост на растенията в естествени местообитания (при температури не по-ниски от -50 ° C) не могат да бъдат адекватно прехвърлени към условията, необходими за дългосрочно съхранение на генетични ресурси (температури не по-високи от -120 ° C). Друга особеност е, че растенията имат значително по-големи интервали на промени във функционалните състояния и съответно по-дълбоки промени в структурната и функционална организация на мембраните, чиято роля във формирането на състоянието на криобиоза практически не е проучена.

Целта и задачата на работата. Във връзка с гореизложеното, целта на настоящата работа беше да се изследват механизмите на структурни и функционални промени в субклетъчните структури, в т.ч.плазмалема, елементи на кортикалния слой на цитоплазмата, тилакоиди на хлоропласти и клетки на цели организми, възникващи по време на формирането на състояние на криоустойчивост (т.е. състояние, предшестващо появата на устойчивост на ниски температури), както и разработването на методи за повишаване на криоустойчивостта на обекти, използвани за дългосрочно съхранение на растителни генетични ресурси.

За постигането на тази цел е необходимо да се решат следните задачи:

Да се изследват механизмите на възникване на криоувреждане в растителни обекти, които се различават по своята устойчивост на дехидратация при промяна на функционалните състояния и да се изберат модели за изследване на модификациите на мембранните структури под действието на ниски температури.

Да се установят основните етапи на формиране на състоянието на криоустойчивост в растителни обекти, устойчиви на ниски температури, и да се проучи ролята на плазмените мембрани в тези процеси.

Да се разкрият обобщените ефекти, произтичащи от действието на ниски температури върху криолабилни обекти и да се установят техните фундаментални разлики от криорезистентните увреждания.

Въз основа на спецификата на компенсаторните процеси в растителни обекти, които се различават по устойчивост на ниски температури,

- H - за изследване на промените в структурообразуващите елементи на клетката в условия на криострес и за установяване на естеството на връзката между мембраните и цитоплазмата при наличие или отсъствие на криоувреждания.

5. Въз основа на получените експериментални данни не е възможно да се разработят нови методи за криоконсервация на растителни обекти, които да позволяват дългосрочно съхранение на растителни генетични ресурси при стабилни условия.

Научна новост на работата. Концепцията за формирането на състояние на криорезистентност беше предложена и експериментално обоснованаза растителни организми. Доказано е, че развитието на състоянието на криобиоза се определя от интензификацията на процесите на агрегация на екзо- и ендоплазмените компоненти, които изпълняват стабилизираща функция на структурната организация на клетката и предотвратяват възникването на нискотемпературни напрежения. Предложен е експериментален модел, който дава възможност да се изследват модификациите на плазмените мембрани на криоустойчиви и криолабилни растителни клетки, базирани на ефектите на криострес (с изключение на движението на вода в хидратирани области), с помощта на които се установяват разликите в топографията на структурни и функционални пренареждания в растителни обекти, различни по устойчивост на ниски температури.

Установено е, че началните етапи на криоувреждане на нискохидратирани тъкани по време на криострес са нарушения на взаимоотношенията между плазмалемата и клетъчната стена, в резултат на което апопластичният транспорт на кореновата меристема спира.

За първи път е показано, че кондензацията на осмиофилни компоненти, която се случва при ниски отрицателни температури на повърхността на плазмалемата, допринася за образуването на състояние на криорезистентност на паренхимните клетки. Въз основа на тези ефекти е предложен метод за продължителна минусова дехидратация на растителни тъкани, който позволява да се ускори преминаването на хидратирани обекти в състояние на криобиоза.

Доказано е, че най-устойчиви на нискотемпературни напрежения в силно хидратирани обекти са тъканите, в които водата замръзва в малък температурен диапазон, изместен към ниски температури. Открити и изследвани са феномените на хистерезис на интензитета на ЯМР сигнала в цикъла на замразяване-размразяване на растителни мембранни препарати, чието съществуване показва по-голяма лабилност на тези структури.

Първонадарен с криолабилен., Ca + -eaEISimdj самосъбиращ се-

- 4-ти компонент на супернатанта (СКС), чиято чувствителност към криострес се изразява в пренареждане на процесите на агрегация на съставните му компоненти.

Получени са експериментални доказателства, че възникването на криоувреждания в повърхностните структури на плазмената мембрана на клетки от дървесна кора в състояние на принудителен покой възниква предимно в зони с повишена двуслойна подвижност, които са свързани с фибриларни елементи на цитоскелета.

Изследванията на нискотемпературни модификации на мембраните на растителни обекти, които се различават по нивото на съдържание на вода в тъканите, както и по устойчивост на ниски температури, и процесите на агрегация и дисперсия на компонентите на близките мембранни слоеве на цитоплазмата по време на криостреси, които формират основата на концепцията за формиране на състоянието на криорезистентност на растенията, представляват ново направление в криобиологията - криофитофизиология на мембраните.

Теоретично и практическо значение на работата. В резултат на изследванията бяха получени експериментални резултати, които позволиха да се формулира концепцията за образуване на състояние на криорезистентност, както и да се изложи хипотеза за криолабилния домен на растителната мембрана, което позволява да се обясни принципът на клетъчна стабилизация, неизвестен досега в криофитофизиологията, в резултат на нискотемпературна кондензация върху повърхностите на мембраните на цитоплазмените компоненти. Тези идеи допълват теорията за криоувреждането и криопротекцията на биологични системи с различна устойчивост на дехидратация. В същото време са обосновани основните принципи на формиране на състоянието на криобиоза в растенията, преминаващи от едно функционално състояние в друго. Открива се по време на полимеризациякомпоненти на супернатанта на цитоплазмените мембрани, комплексът, който е едновременно чувствителен към криострес и към двувалентни катиони, направи възможно потвърждаването на общия биологичен принцип на общността на процесите на устойчивост на ниски температури и обемни промени в цитоплазмата в резултат на стресови ефекти.

Основни положения, представени за защита;

За разлика от традиционните представи за механизмите на повишаване на устойчивостта на растенията в естествените местообитания, процесите на устойчивост на ниски температури, при които се извършва криоконсервация на генетични ресурси, се дължат на специален комплекс от специализирани реакции, свързани с кондензацията на компоненти, дифузно разположени в клетките, които се случват при ниски отрицателни температури. За протичането на тези реакции е необходимо да се промени структурната и функционална организация на клетката по такъв начин, че миграцията и подвижността на лабилните домени на мембраните и структурните елементи на цитоплазмата да не претърпят значителни промени по време на криострес. В същото време е необходимо да се намали реактивността на организма и да се създадат условия за охлаждане, при които скоростта на понижаване на температурата и кинетиката на промените във влажността на обекта да съответстват на скоростите на ендогенните процеси, водещи до образуването на криорезистентност.

Устойчивостта на плазмалемата на паренхимните клетки към криоувреждане и нискотемпературни напрежения, както и стабилността на мембранната микросреда се формира в присъствието на течна фаза в клетката. Като се има предвид голямата хетерогенност на цялата система и различната морфология на хидратираните макромолекули в двуслойната равнина, може да се предположи, че ефектите от кристализацията на водата, които причиняват дехидратация на мембраната, увреждат предимно повърхностните компоненти на мембраните.

3. Повечетоустойчива на ниски температури е растителна клетка, която в цикъла на замразяване-размразяване, подобно на меристематичния, има относително малки промени в обема и следователно термодинамично по-стабилни структурни елементи на цитоплазмата.

Структура и обхват на дисертационния труд. Дисертационният труд се състои от увод, дванадесет глави, заключение и изводи. Трудът е представен на 226 страници машинопис, илюстриран с 42 фигури, 2 диаграми, 31 таблици и съдържа 26 страници приложения. Библиографията включва 410 източника.