Статья:

Биохимические показатели гетеротоксичности генотипов перспективных растений при стрессовых воздействиях

Конференция: XV Студенческая международная научно-практическая конференция «Естественные и медицинские науки. Студенческий научный форум»

Секция: Биология

Выходные данные
Нуркенова У.А. Биохимические показатели гетеротоксичности генотипов перспективных растений при стрессовых воздействиях // Естественные и медицинские науки. Студенческий научный форум: электр. сб. ст. по мат. XV междунар. студ. науч.-практ. конф. № 4(15). URL: https://nauchforum.ru/archive/SNF_nature/4(15).pdf (дата обращения: 23.04.2021)
Лауреаты определены. Конференция завершена
Эта статья набрала 0 голосов
Мне нравится
Дипломы
лауреатов
Сертификаты
участников
Дипломы
лауреатов
Сертификаты
участников
на печатьскачать .pdfподелиться

Биохимические показатели гетеротоксичности генотипов перспективных растений при стрессовых воздействиях

Нуркенова Умиткул Аманбеккызы
магистрант, Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева, Казахстан, Астана
Сарсенбаев Канат Нуруллаевич
научный руководитель, д-р биол. наук, профессор, Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева, Казахстан, Астана

 

Засоленные почвы— почвы, содержащие во всём профиле или в его части легкорастворимые минеральные соли в количествах, вредных для растений (более 0,1—0,3 %). Засоленными при определённых условиях могут быть разнообразные почвы: чернозёмы, каштановые, луговые. Особые признаки имеют такие галоморфные почвы, как солончаки и солонцы [4]. Процесс накопления солей известен как засоление. Засоление может быть первичным в связи с естественными процессами (выветривание минералов, импульверизация — принос солей ветром в фитоценоз) и вторичным через искусственные процессы — орошения, осушения. 

В настоящее время засуха и засоление являются одними из наиболее важных проблем для Казахстана и многих других стран. В последние годы из-за глобального изменения климата влияние факторов засухи и засоления возросло. Одним из факторов, ограничивающих урожайность, является засоленность почвы. Ожидается, что количество луговых почв будет ежегодно расти, достигая критического уровня через 25-30 лет. Примерно 40% пахотных земель для сельского хозяйства непригодны. Стрессовые факторы, такие как засоленность и засуха, препятствуют росту растений. Из-за стресса, из-за недостатка кислорода в растительных клетках растительные клетки повреждаются. Эффект соли способствует росту растений. Из-за высокого содержания соли обнаруживается нехватка воды, ухудшается питание растений, ухудшается дыхательный процесс и воспаление клеточных мембран [1].

Около 25% почв нашей планеты засолено. Преимущества засоления в почвенном растворе токсичны для растений. Особенно быстро растворяющиеся соли вредны для цитоплазмы: NaCl, MgCl, CaCl2; медленно растворимые соли: CaSO4, MgSO4, CaSO3 менее токсичны. Многие из экспериментов показывают, что растения более восприимчивы к хлористым солям, чем сульфаты. Высокая концентрация солености является осмотической активностью, приводящей к токсичности растений с нормальным запасом воды и токсичности, которая приводит к отравлению. 

Часто отравление происходит в результате мгновенного ухудшения циркуляции азота и накопления белков. Сильная соленость замедляет распад белка и замедляет процесс роста.

Одной из самых перспективных на территории Казахстана растительности является пшеница. Наше государство входит в первую десятку стран-экспортеров в мире. Поэтому для повышения устойчивости пшеницы к различным стрессовым факторам в настоящее время используется множество биотехнологических методов. Среди этих методов наиболее эффективным является селекция клеток, благодаря которой продукт может получить совершенно новый продукт из исходного материала. При отборе клеток растительные клетки взяты в качестве примеров, и все исследования находятся в состоянии invitro. Кроме того, этот метод дает прекрасную возможность производить много стрессоустойчивых продуктов. Картофель является одним из самых растущих и требовательных растений в сельском хозяйстве. Многие ученые использовали различные методы для получения солеустойчивых версий гибридов картофеля [2].

Воздействия на окружающую среду для живых организмов являются факторами окружающей среды. Экологические факторы выделяют три основных типа: абиотический, биотический и антропогенный. Среди них наиболее важным фактором для растений являются абиотические факторы. 

Абиотические факторы, в свою очередь, классифицируются следующим образом: 1) климатическое освещение, тепло, воздух, влажность (яркость почвы, влажность воздуха, количество осадков и типы); 2) эдафико-механический, химический, физический состав и свойства почв, 3) топографо-рельефное положение [3]. Факторы, вызывающие стресс, то есть негативные последствия, теперь называются стрессовыми факторами. Факторы стресса классифицируются как физические и химические. Физическими стрессорами являются как низкая, так и влажная температура, недостаток влаги или чрезмерная влажность. Негативное воздействие химических веществ на соли включает тяжелые соли, тяжелые металлы и т.д. [4]. Состав среды не является вредным для всех растений, и некоторые растения устойчивы к таким факторам, тогда как другие могут быть совершенно невыносимыми и могут устранить их жизнеспособность. Наиболее неблагоприятными факторами для растений являются засухи, высокое содержание воды, недостаток влаги и соленость. Засуха - это процесс обезвоживания в результате чрезвычайно высокой температуры воздуха. 

Этот процесс чаще всего наблюдается летом и весной, т.е. когда температура воздуха достигает своего максимума. Засуха наносит большой ущерб сельскохозяйственным растениям. Согласно многим исследовательским и статистическим данным, под влиянием этой засухи многие страны СНГ понесли значительные потери от производства сельскохозяйственных культур [9]. Из-за последствий засухи, прежде всего, это приводит к уменьшению содержания воды в растительных клетках, а затем изменяет структуру цитоплазмы, влияет на активность ферментов и распад белка. В то время как белки в больших количествах расщепляют аммиак, он токсичен содержанием аммиака, который токсичен, так что он может помешать растениям действовать под его влиянием [4].

Картофель является важной культурой, которая подвергается воздействию различных стрессовых факторов, таких как засуха, высокие температуры и соленость. В этом случае соленость оказывает наиболее вредное воздействие. Клеточная культура используется для выявления токсического воздействия соли и механизма устойчивости клеток. В результате исследований, проведенных К. Алиевым и его сотрудниками, было установлено, что снижение турбо-давления клеток картофеля препятствует росту растений и снижает интенсивность фотосинтеза. Выявление влияния различных генотипов картофеля на факторы окружающей среды, особенно in vitro, представляет интерес для получения соленых и засухоустойчивых объектов [12].

Чтобы усилить влияние фактора стресса in vitro, использовали МС, и он был заполнен 41 активным компонентом хлорида натрия (NaCl). Влияние различных генотипов растений на разные уровни хлорида натрия также различно. Выбор производился в соответствии с такими параметрами, как процентное соотношение растения, высота растения, длина растения и количество корней [10].

К. Алиев и его работники получили 180 растений-регенерированных картофеля (всего 40 генотипов), от 0,5 до 1,5% NaCl. Результатом исследования было то, что выживаемость гибридов растений под воздействием 0,5% NaCl составила 100%. Цвет листа изменился со светлого на темно-зеленый, и у всех растений появились корни. Высота растений составляла 1,6 - 3,14 см. Наличие гибридов в 1,0% концентрации NaCl варьировалось от 40 до 100%, но исследователи обнаружили, что рост и уменьшение сосудов. При эффекте 1,0% NaCl высокие уровни выживаемости были обнаружены у гибридов 73, 75, 76, где наблюдались вторичные очаги и корни. 

Когда NaCl влияет на 1,5%, появление вторичных побегов наблюдалось на 40-е сутки у гибридов № 73, 75 и 76 [8]. На 40-й день появление вторичных побегов на клонированных герминах № 73, № 75 и № 76 наблюдалось при концентрации NaCl 1,5% в среде для остекловывания. Таким образом, при увеличении концентрации NaCl в культуральной среде ингибирующий эффект картофеля в пробирках in vitro увеличивался пропорционально. 

Появление корнеплодов и трав у растений картофеля является основным фактором выживания гибридов, поскольку оно определяет формирование и продуктивность клубней. Поэтому очень важно, чтобы корни генерировались при выращивании регенерированных растений в среде NaCl [10]. Гибриды гибридов 47 и 77 в 0,5% NaCl в питательных средах не показали образования корней. Из-за засухи поражения были различными в каждом из выбранных генотипов. Однако количество устойчивых к нагреванию солей было меньше, чем у гибридов, чувствительных к соли. 

Засухоустойчивый и термостойкий генотип (сорт Файзабад) составил 56%, 48% и 49%, а после теплового удара экспериментальная версия составила 45%, 47%, 45%. Термочувствительные листья генотипа были значительно выше, чем солеустойчивые генотипы.Таким образом, гибридная версия 69 чувствительных к соли клонов составила 84%. Однако в экспериментальной версии (тепловой удар) степень повреждения листа была ниже, чем у контролируемого гибрида [11]. 

Следует отметить, что в контрольной версии наблюдалось повреждение листьев у генотипов, особенно у генотипов картофеля (клонированный гибрид № 69). Однако после воздействия телевизора он показал снижение генотипа всех листьев: 2-12% в генотипе и 25-30% чувствительном генотипе. Согласно полученным данным, генотипы, устойчивые к стрессу (NaCl, засуха), могут противодействовать прогрессивной стойкости почвенной засухи по сравнению с генотипами с ослабленной солеустойчивостью [7].

Культивирование растительных клеток in vitro дает прекрасную возможность получить новые формы растений с высокими качественными свойствами [8]. Многие ученые заинтересованы в получении регенеративного растения, которое устойчиво к стрессовым факторам из популяций или жидкостей. Группа исследователей первоначально отобрала клетки растений в питательной среде для получения различных стрессоустойчивых линий в искусственных питательных средах они добавляли таких как NaCl, Na2SO4, AlCl3, K2SO4. Кроме того, он смог противостоять этим факторам и преобразовать растительные клетки в другую питательную среду, в результате чего клетки стали устойчивыми к стрессорам [6]. Сначала К.А. Тимирязев экстрагировал экстракт растения пшеницы и выращивал в питательной среде, содержащей 0,3% NaCl, а затем пропускал растения, которые смогли пережить соль, в другой питательной среде, повторяя процесс 5-6 раз. Наконец, он выбрал солеустойчивые клеточные линии. Добавляя полиэтиленгликоль в питательную среду, они получили высокопрочные растения [5]. В настоящее время проводятся исследования, чтобы выяснить, как они влияют на клетки растений и как они взаимодействуют. В то же время с помощью антиоксидантных ферментов изучаются исследования по повышению устойчивости растений к различным стрессовым факторам.

Антиоксиданты (антиоксиданты, консерванты) - вещества, ингибирующие окисление; Существует много химических веществ, которые нейтрализуют природные питательные вещества и питательные вещества, в том числе свободные радикалы и другие вещества, [13]. Они в основном используются для окисления органических соединений. Аминокислоты классифицируются как ферментативные и неферментативные. Наиболее распространенными типами ферментативных антиоксидантов являются белковые катализаторы (АОП), супероксидисмутаза (СОД), каталаза и пероксидаза. Антиоксидантный фермент AOF может устранить свободные радикалы в клетке (Таблица-1). 

Таблица 1.

Активность СОД в генотипе картофеля сортов чувствительности (через 1 час после воздействия солевого стресса) 

Варианты

Мкмоль/г, влажная масса

Процент активности, %

Солеустойчивый генотип (сорт Файзабад)

Контроль

3.8+0.3

100

+0,5% NaCl

6.2+0.2

169.2

+1,0% NaCl

7.9+0.6

138

+2,0% NaCl

12.1+0.9

208

+12% ПЭГ

8.6+0.6

148

Солеустойчивый генотип (сорт Жуковский)

Контроль

3.6+0.3

100

+0,5% NaCl

4.1+0.2

113

+1,0% NaCl

4.3+0.5

114

+2,0% NaCl

5.8+0.8

161

+12% ПЭГ

4.4+0.5

122

 

Когда концентрация хлорида натрия увеличилась, активность СОД увеличилась во всех версиях двух генотипов картофеля, в то время как активность фермента показала более высокий уровень солеустойчивых вариантов, чем чувствительных к соли агентов [13]. Эти результаты показывают, что стрессоры контролируются посттранскрипторным генетически-селективным прекращением распада мРНК, снижением экспрессии генов, связанным с факторами стресса генотипа.

Наконец, сегодня важно иметь много растений, устойчивых к различным абиотическим факторам, особенно к засолению и засухе. Биотехнологические методы используются для получения большого их количества, в частности антиоксидантные ферменты играют особую роль в получении устойчивых растений. Одной из задач, поставленных в области биотехнологии, является повышение устойчивости к различным стрессовым факторам в связи с тем, что пшеница и картофель являются наиболее необходимыми культурами. Многие исследователи провели исследование, чтобы определить влияние солевого раствора на гибриды. Теоретически была определена роль антиоксидантных ферментов, таких как SOD, AOF, для идентификации устойчивых к стрессу гибридов.

 
Список литературы:
1. Г.Ж.Уалиханава. Өсімдіктер биотенолоиясы - Алматы: 2001.-109-128 б.
2. Ә.Бейсенова. А.А.Самақова. Экология және табиғаттықорғау.56-63 б. 
3. Рaхимбaeв И.Р., Тивaри Ш., Бишимбaeвa Н.К. и др. Биотeхнология зeрновых культур – Aлмa-aтa: 1992.- 138-149 б.
4. Әмірхaновa М.Б., Құлдыбaeв Н.М. Aуыл шaруaшылық өсімдіктeрі биотeхнологиясының лaборaториялық сaбaқтaрынa aрнaлғaн оқу құрaлы – Aлмaты, 1995.- 12 б.
5. Жумaбaeвa Б.A. Суспeнзионнaя культурa клeток рaстeний – Aлмaты: Қaзaқ унивeрситeті, 2007.- 84-85 б.
6. Әмірхaновa М.Б., Құлдыбaeв Н.М. Aуыл шaруaшылық өсімдіктeрі биотeхнологиясының лaборaториялық сaбaқтaрынa aрнaлғaн оқу құрaлы – Aлмaты, 1995.- 12 б.
7. Кaлинин Ф.Л., Сaрнaцкaя В.В., Полищук В.E. Мeтод культуры изолировaнных ткaнeй в физиологии и биохимии рaстeний – Киeв: Нaукa, 1980.- 400 б.
8. Бутeнко Р.Г. Биология клeток высших рaстeний in vitro и биотeхнологии нa их основe: учeб.пос.- М: ФБК-ПРEСС, 1999.- 21-24 б., 48-53 б, 33-36 б.
9. Eгоровa Т.A., Клуновa С.М., Живухинa E.A. Основы биотeхнологии – М.: «Aкaдeмия», 2003.- 164-170 с.
10. Кузнецов Вл. 2006; Алиев и др. 2007; Азимов, 2013, 167-240с. 
11. Алиев, 2012; Азимов, 2013; Давлятназарова, 2016, 142-155с.
12. Мерзляк, 2005 «Суспeнзионнaя культурa клeток рaстeний», 103-118с. 
13. Зауралова О.А., Лукаткин Ф.С. - Физиология растений,1997, с 736-741.