Нурмаханова АС

АННОТАЦИЯ
диссертации на соискание учёной степени доктора философии (PhD) по
специальности 6D060700 – Биология
Нурмахановой Акмарал Садыковны
Структурные, экофизиологические и биохимические особенности растений при
совместном условиях засоления и загрязнения тяжелых металлов
Общая характеристика работы. Диссертационная работа посвящена изучению
структурных, экофизиологических и биохимических особенностей растений в условиях
раздельного и совместного действия засоления и тяжелых металлов.
Актуальность темы исследования. Значительные площади почв и вод, особенно
в окрестностях больших городов и крупных промышленных комплексов Казахстана,
загрязнены тяжелыми металлами в результате длительной деятельности ряда горнометаллургических предприятий, а загрязнению кадмием способствует применение
фосфорных удобрений и пестицидов. Другая проблема экологическая проблема в
Казахстане – засоление. Основную угрозу для водных ресурсов на юге и юго-востоке
страны составляет орошаемое земледелие. В Казахстанских степях грунтовые воды очень
сильно минерализованы, соответственно эта вода, проникая в грунтовые воды, поднимает
их уровень. И в результате происходит процесс осолонцевания. Результатом является
совместное воздействие засоления и тяжелых металлов на экосистему в целом.
В настоящее время в Казахстане недостаточно изучены теоретические аспекты
физиолого-биохимических механизмов устойчивости растений к совместному действию
ионов тяжелых металлов и засолению. В связи с этим весьма актуально рассмотрение
этого аспекта для перспективных казахстанских сортов пшеницы и ячменя.
Объект исследования - сорта пшеницы Triticum aestivum L. - Казахстанская-3,
Казахстанская ранняя, Кайыр, Мельтурн, Шагала и сорта ячменя Hordeum vulgare L. Асем, Арна, Сауле, Одесская-100, Бастама.
Предмет исследования -Анатомические, физиологические и биохимические
показатели сортов пшеницы и ячменя в условиях раздельного и совместного действия
засоления (Cu, Cd) и тяжелых металлов (Cu, Cd) сортов пшеницы и ячменя
Цель и задачи работы. Выявление устойчивых к совместному действию тяжелых
металлов (Cu, Cd) и засолению (NaCl) растений (пшеницы, ячменя), на основании их
структурных особенностей и интегральных физиолого-биохимических подходов.
Задачи исследования.
1. Изучение действия засоления (NaCl) и тяжелых металлов (Cu, Cd) на ростовые
параметры различных сортов пшеницы и ячменя.
2. Изучение анатомических и физиолого-биохимических особенностей контрастных
по устойчивости к совместному действию засоления (Cu, Cd) и тяжелых металлов
(Cu, Cd) сортов пшеницы и ячменя.
3. Изучение развития ответных реакций растений на раздельное и совместное
действие засоления и тяжелых металлов
Методы исследования: Метод определения перекисного окисления липидов по
реакции с 2-тиобарбитуровой кислотой (ТБК) (Мерзляк, 1977), спектрофотометрическое
определение фотосинтетических пигментов (Шлык, 1971), определение пролина – по
методу Bates et. al. (1973) , активность СОД - по Beauchamp и Fridovich (1971),активность
ПОД –по методу Лебедева и др. (1977), определение полиаминов и аминокислот по
методу, описанному S. Minocha (1994), на НPLC.
Научная новизна исследования:
Впервые на основе скрининга широко возделываемых в Казахстане сортов пшеницы и
ячменя
в результате комплексного изучения анатомических, физиологических,
биохимических параметров выявлены сорта, устойчивые с совместному действию
засоления и тяжелых металлов. Выявленные устойчивые сорта пшеницы и ячменя можно
рекомендовать для выращивания на засоленных территориях, загрязненных ионами меди
и кадмия.
Выявлены устойчивые к совместному действию засоления (NaCl) и тяжелых
металлов (Cu, Cd) сорта пшеницы и ячменя. Установлено, что при совместном действии
засоления (NaCl) и тяжелых металлов (Cu, Cd) изменяются анатомические параметры
листьев и корней как адаптивная реакция на поступление ионов солей и тяжелых
металлов. У устойчивых сортов пшеницы и ячменя защитная адаптационная реакция в
ответ на действие засоления и тяжелых металлов (повышение активности
антиоксидантных ферментов, полиаминов, стрессовых аминокислот), выражалась в
большей степени по сравнению с неустойчивыми, что позволяет использовать их как
интегральные показатели устойчивости растений. Совместное действие стрессоров
усугубляет раздельное действие обоих стрессоров.
Теоретическая значимость работы.
Впервые
осуществлено
комплексное
исследование
анатомических,
физиологических и биохимических особенностей раздельного и совместного действия
засоления и тяжелых металлов и ответных адаптивных реакций. Совместное действие
тяжелых металлов и засоления усугубляет раздельное действие обоих стрессоров за счет
усиления осмотического стресса, вследствие этого высокого уровня дегидратации (RWC)
и токсического действия засоления (NaCl) и ионов тяжелых металлов.Выявлено
фитотоксическое действие
данных стрессоров, проявляющееся в изменении
анатомических параметров, направленных на снижение поступления токсикантов в
растения, снижении определенных физиологических и биохимических параметров, а
также развитие защитных реакций, обеспечивающих устойчивость растений, как
повышение активности антиоксидантных ферментов,
увеличение содержания
полиаминов и стрессовых аминокислот.
Практическая ценность работы.
Полученные результаты исследований могут быть использованы в селекции
зерновых, создании и сохранении генофонда стрессоустойчивых сортов пшеницы и
ячменя, а также в агропромышленной биотехнологии. Выявленные в результате наших
исследований устойчивые сорта пшеницы и ячменя рекомендуются для выращивания на
засоленных территориях, загрязненных ионами меди и кадмия
Основные положения, выносимые на защиту:
1.Устойчивость
растений
определяется
комплексом
анатомических,
физиологических и биохимических параметров, которые взаимосвязаны и
взаимозависимы и сортоспецифичны.
2. Высокая фитотоксичность засоления (NaCl) и тяжелых металлов (Cu, Cd) при
раздельном и совместном действии выражается в изменении физиологических и
биохимических параметров (рост, относительное содержание воды, окислительный
стресс, снижение содержания фотосинтетических пигментов). Защитная адаптационная
реакция в ответ на действие засоления и тяжелых металлов выражается в повышении
активности антиоксидантных ферментов, полиаминов, стрессовых аминокислот.
3. Структурные особенности растений пшеницы и ячменя при раздельном и
совместном действии засоления и тяжелых металлов выражаются в изменении
анатомических параметров листьев и корней растений как адаптивная реакция на
поступление ионов солей и тяжелых металлов.
4. Совместное действие тяжелых металлов и засоления усугубляет раздельное
действие обоих стрессоров за счет усиления осмотического стресса, вследствие высокого
уровня дегидратации (RWC) и токсического действия засоления (NaCl) и ионов тяжелых
металлов.
Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 25 печатных работах, в
том числе в 1-х статьях в журналах с Импакт-фактором; 1 тезисе в международном
издании, цитируемом в Scopus; 12 статьей в республиканских научных журналах из
перечня МОН РК, 2 статье и 8 тезисах в материалах международных конференций и
симпозиумов.
Структура диссертации: Диссертационная работа состоит из введения, 3 разделов
и заключения, списка использованной литературы из 200 наименований. Объем работы
составляет 157 страниц, включает в себя 4 таблиц и 108 рисунков.