В течение 2002 г - Биологический факультет СПбГУ

«УТВЕРЖДАЮ»
Председатель Ученого Совета
Биолого-почвенного факультета
Санкт-Петербургского государственного университета
И. А. Горлинский
«21» мая 2007 года.
Отчет ассистента кафедры Физиологии и биохимии растений Е. Р. Тараховской за
первый год работы по Программе поддержки молодых кандидатов СПбГУ.
Научно-исследовательская работа.
Тема работы: Гормональная и метаболическая регуляция ассимиляционного аппарата
водорослей.
Научный руководитель: д. б. н., проф. Шишова Мария Федоровна.
В рамках основной тематики научно-исследовательской работы решается несколько
конкретных задач:
1. Получение культуры тканей водорослей отд. Phaeophyta и Rhodophyta. Культуры
клеток и тканей растений традиционно используются в качестве моделей для изучения
регуляции физиологических процессов. Получение стабильной культуры бурых и красных
макрофитных водорослей позволит нам подробно исследовать влияние экзогенных
факторов на фотосинтетические характеристики этих растений. Для исследования бурых
водорослей мы уже располагаем удобной моделью – это культура эмбрионов некоторых
представителей пор. Fucales (в частности, Fucus vesiculosus). Зиготы и эмбрионы этих
водорослей на всех стадиях развития не связаны с материнскими тканями и легко доступны
для исследований. В период размножения (с середины июля по начало сентября) возможно
получение больших количеств гамет. Яйцеклетки могут быть практически одновременно
оплодотворены, а полученная таким образом синхронная культура зигот и эмбрионов
поддерживается длительное время. В течение этого года налажено выращивание эмбрионов
фукоидов в условиях Морского аквариального комплекса в БиНИИ СПбГУ, что дает
возможность работать с этими объектами не только в полевой сезон. Что касается
получения стабильной культуры вегетативных тканей макрофитных водорослей, по этой
теме был произведен поиск и анализ литературы. Культивирование тканей морских
макрофитных водорослей в настоящее время является новой и мало изученной темой. По
литературным данным, в первую очередь исследуются водоросли, имеющие хозяйственное
значение, но не всегда являющиеся удобными объектами для физиологических
исследований. В основном, это или съедобные водоросли (р. Laminaria, Euchema, Undaria,
Porphyra), или продуценты биоколлоидов (р. Gelidium, Gracilaria, Sargassum, Ecklonia,
Anfeltia). В качестве потенциальных объектов для нашей работы выбраны красные
макрофиты р. Odonthalia, Porphyra и Phyllophora. Эти водоросли обитают в районе
Морской биологической станции (МБС) СПбГУ на Белом море; по литературным данным
самым разработанным объектом является порфира.
2. Исследование светособирающих комплексов (ССК) водорослей отд. Phaeophyta и
Rhodophyta. Подробно исследована динамика содержания фотосинтетических пигментов в
ходе онтогенеза бурой водоросли F. vesiculosus. Изучен пигментный состав гамет, зигот,
эмбрионов (на разных стадиях эмбриогенеза), молодых, не достигших фертильного
возраста, талломов и взрослых мужских и женских талломов. Показано что, в течение
первых 10 суток развития общее содержание пигментов в эмбрионах постепенно возрастает,
доходя до значений, характерных для молодых 5-10 см талломов, после чего выходит на
плато. При этом существенно изменяется соотношение хлорофиллов и каротиноидов в
сумме пигментов. В яйцеклетках и 24-ч эмбрионах это соотношение близко к 0,5, через 30
суток после оплодотоворения на долю каротиноидов приходится лишь 35% от суммы
основных пигментов, а в вегетативных тканях взрослых растений доля каротиноидов
составляет около 30%. Эти изменения могут быть связаны с проявлением эффекта
внутреннего самозатенения, вызванного увеличением объема фотосинтезирующей части
эмбриона. При увеличении объема возрастает относительная оптическая плотность
организма и снижается внутренняя освещенность. Вероятно, большое количество
каротиноидов, в частности, виолаксантина, на ранних стадиях развития эмбрионов
необходимо для защиты от избытка радиации.
В настоящее время нами разрабатывается методика экстракции и разделения пигментсвязывающих белков ССК хлоропластов бурых водорослей. Аналогичная работа с
красными водорослями планируется на полевой сезон текущего года. Также на полевой
сезон планируется начало работ по исследованию влияния фитогормонов и органических
субстратов на содержание рибулозобисфосфаткарбоксилазы/оксигеназы и фикобилинов у
красных макрофитных водорослей.
3. Сравнительный анализ данных по регуляции ассимиляционного аппарата у
представителей эвгленовых, зеленых, бурых и красных водорослей. В рамках этой
задачи в настоящее время исследуется влияние метаболических факторов на состав и
структуру ССК эвгленовых и зеленых водорослей. Анализируются нативные спектры
поглощения суспензии водорослей, а также спектры поглощения и содержание пигментсвязывающих белков в отдельных фракциях ССК, полученных при солюбилизации
препарата тилакоидных мембран. Показано, что присутствие в среде культивирования
клеток Euglena gracilis органических субстратов в большинстве случаев приводит к
снижению поглощения в дальней красной области спектра (~680-700 нм), т. е. к снижению
содержания длинноволновых форм хлорофилла «а» (695 нм), ассоциированных у
эвгленовых водорослей с Фотосистемой II. Представляется интересным, что подобный
эффект оказывают не только метаболизируемые органические субстраты (напр., глюкоза),
но также и 3- и 6-углеродные полиспирты (глицерин, маннит), не поддерживающие рост
культур эвглены. В присутствии глицерина (0,5-1,5%) происходит снижение поглощения
суспензии водорослей при 650, 683 и 702 нм, в присутствии маннита – при 690 нм, в
присутствии глюкозы – 695 нм. Один из наиболее легко усваиваемых эвгленой
органических субстратов – этанол оказывает противоположный эффект: при его добавлении
в среду культивирования увеличивается поглощение при 676 и 690 нм. Эвгленовые
характеризуются относительно низким содержанием хлорофилла “b”, и перестройки
пигментной системы, вызванные метаболическими агентами, практически не затрагивают
этот пигмент. В то же время у представителей зеленых водорослей (Dunaliella primolecta,
D. salina) при обработке органическими субстратами изменяется как общее содержание, так
и соотношение различных форм хлорофилла “b”.
4. Исследование влияния гидрологического режима на рост и развитие эмбрионов
F. vesiculosus. Эмбрионы выращиваются в настоящее время в условиях Морского
аквариального комплекса при разных вариантах гидродинамических условий: контроль
(естественное течение) и искусственно турбулизированное и ламинаризированное течение.
Эксперименты ведутся непрерывно в течение 9 месяцев; периодически производятся
контрольные подсчеты количества эмбрионов и измерения ряда размерных характеристик,
исходя из которых, рассчитываются объем и площадь поверхности эмбрионов.
Максимальных размеров за период экспозиции достигли эмбрионы, выращенные в
условиях турбулизации. Наименее благоприятны для роста условия ламинаризированного
течения. Полученные
на данном этапе эксперимента
результаты согласуются с
литературными данными, свидетельствующими о том, что турбулизация способствует
усилению роста и развития литоральных водорослей.
Научно-исследовательская работа проводится в лабораториях Фотосинтеза и Морских
исследований БИНИИ СПбГУ, а также, на базе филиала кафедры Физиологии и биохимии
растений на МБС СПбГУ (Белое море).
Публикации за подотчетный период:
1. Тараховская Е. Р., Маслов Ю. И. Влияние фитогормонов на метаболический контроль
ассимиляционного аппарата Fucus vesiculosus L. // Вестн. С-Петербург. ун-та. Сер. 3. 2006.
Вып. 3. В печати.
2. Тараховская Е. Р., Маслов Ю. И., Шишова М. Ф. Фитогормоны водорослей // Физиология
растений. 2007. Т. 54, № 2. С. 186-194.
3. Тараховская Е. Р., Маслов Ю. И. Учет динамики роста эмбрионов Fucus vesiculosus L. при
исследовании развития ассимиляционного аппарата водоросли // VIII научная сессия
Морской биологической станции СПбГУ. Тезисы докладов. - СПб. 2007. С. 80-81.
4. Пузанский Р. К., Тараховская Е. Р. Влияние органических субстратов на характеристики
фотоассимиляционного аппарата Odonthalia dentata (L.) Lyngb. // VIII научная сессия
Морской биологической станции СПбГУ. Тезисы докладов. - СПб. 2007. С. 79-80.
5. Тараховская Е. Р., Маслов Ю. И. Динамика содержания фотосинтетических пигментов в
ходе онтогенеза Fucus vesiculosus L. // Вестн. С-Петербург. ун-та. Сер. 3. 2007. Вып. 4. В
печати.
Посланы тезисы на конференцию, посвященную 100-летию со дня рождения М. В. Лобашева
(Санкт-Петербург, 2007) и на VI съезд Общества физиологов растений России (Сыктывкар,
2007).
Педагогическая работа.
1. Проведение практических занятий
по программе Малого практикума для студентов 3 курса
—
36 ч.
—
40 ч.
2. Проведение практических занятий
в рамках летней практики для студентов 4 курса
3. Чтение лекционного курса «Эволюция трофических систем
растений» в рамках магистерской программы «Фотосинтез
(Углеродное питание растений)»
— 12 ч.
4. Чтение лекционного курса «Особенности фотосинтетических
процессов у водорослей» в рамках магистерской программы
«Фотосинтез (Углеродное питание растений)»
— 12 ч.
Ассистент каф. Физиологии
и биохимии растений, к. б. н.
(Е. Р. Тараховская)
Научный руководитель,
профессор каф. Физиологии
и биохимии растений, д. б. н.
(М. Ф. Шишова)