ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
|
ИПМех РАН |
||
В российских регионах с развитой промышленностью и сельскохозяйственным производством, существует опасность загрязнения агроэкосистем. Одними из основных и самых опасных загрязнителей экосистем являются тяжелые металлы (ТМ). Токсическое действие ТМ на растения обусловлено в первую очередь нарушением ионного гомеостаза, водного баланса, функционирования ферментных систем и цитоскелета, что приводит к множественным нарушениям метаболизма. Растения ведут прикрепленный образ жизни, поэтому для выживания на почвах с повышенной концентрацией ТМ им необходимо развивать специализированные механизмы устойчивости. Внутриклеточные защитные механизмы широко изучаются и освещены в достаточном количестве обзоров [2,5]. В тоже время, внеклеточным механизмам защиты растений от ТМ уделяется значительно меньше внимания. Именно клеточная стенка является первой структурой растительной клетки, взаимодействующей с окружающей средой. В связи с этим ряд авторов считает, что именно клеточная стенка играет одну из ключевых ролей в защите растений от ТМ, обусловленную их высокой катионообменной способностью [1,3] Другим механизмом защиты растений от ТМ является выделение корнями лигандов, связывающих металлы в почвенном растворе, таких как цитрат, малат, некоторые аминокислоты [4,6]. Несмотря на то, что имеется большое количество исследований о влиянии органических лигандов на накопление и доступность ТМ, тонкие механизмы этих явлений до сих пор не установлены. В связи с этим целью данной работы было изучение влияния лигандов (гистидина и глутамина) на адсорбцию ионов меди клеточными стенками растений вики посевной (Vicia sativa L.). В данной работе проведено сравнительное исследование поглощения ионов меди корнями транспирирующих растений и изолированными из корней и побегов клеточными стенками (КС) при разных концентрациях гистидина или глутамина в присутствии 10 и 100 мкМ меди в среде. В опытах с гистидином (His) использовались концентрации 0,5 мМ и 1 мМ, с глутамином (Gln) – 1 мМ и 5 мМ. В соответствии с результатами, с увеличением концентрации Cu2+ в растворе выращивания, её содержание в корнях и побегах так же росло. Эффекты His и Gln выражаются в снижении поступления металла в растение. 1 мМ His, в присутствии 100 мкМ меди в среде, достоверно снижает поступление металла в корень в 4,3 раза. Максимальная концентрация Gln (5 мМ) в присутствии 100 мкМ металла снижение составило 86,6% по отношению к варианту без лиганда. В случае с изолированными клеточными стенками наблюдалась схожая тенденция к увеличению сорбции металла по мере увеличения концентрации меди в среде. В условиях 10 мкМ меди His не оказывал влияния на адсорбцию меди КС корней. Добавление 5 mM Gln, в свою очередь, усиливало адсорбцию меди на 13% по отношению к варианту без лиганда. В присутствии 100 mkM меди в среде, добавление аминокислот снижало адсорбцию на 16% в вариантах с Gln и на 25% в вариантах с 1 мМ His, гистидин 0.5 mM не оказывал влияния. В случае с клеточной стенкой побегов, лиганды не оказывали влияние на адсорбцию ионов меди в расчете на грамм сухой массы побега. При обработке растворами CuCl2 концентрации 10 мкМ и в отсутствии лигандов, КС корней адсорбирует в 2 раза больше ионов металла, чем поглощается транспирирующим растением. По мере увеличение концентрации лигандов в растворе разница между содержанием меди в корне и адсорбцией изолированной КС корня увеличивается. При максимальных концентрациях гистидина и глутамина адсорбция изолированными КС корней в 4,4 и в 13,4 раз больше внутренней концентрации меди в корнях опытных растений в расчете на грамм сухой массы корня Таким образом, исследованные лиганды снижают поглощение меди интактными растениями. При этом не оказывая влияния на адсорбцию ионов меди изолированными КС корней, которая, в свою очередь, превосходит в несколько раз эндогенную концентрацию металла в опытных корнях. Полученные результаты дают основание полагать, что: 1) КС является основным местом депонирования ТМ в растении; 2) исследованные лиганды способствуют ограничению поглощения ионов меди транспирирующими растениями, не оказывая влияния на сорбционную способность клеточных стенок. Список литературы: 1. Krzesłowska M. The cell wall in plant cell response to trace metals: polysaccharide remodeling and its role in defense strategy // Acta Physiologiae Plantarum. 2011. Vol. 33. P. 35–51. 2. Migocka M, Malas K. Plant Responses to Copper: Molecular and Regulatory Mechanisms of Copper Uptake, Distribution and Accumulation in Plants. In: Hossain MA, Kamiya T, Burritt DJ, Phan Tran L-S, Fujiwara T, Plant Micronutrient Use Efficiency. Academic Press, 2018, Pages 71-86, https://doi.org/10.1016/B978-0-12-812104-7.00005-8. 3. Meychik N., Nikolaeva Yu., Kushunina M. 2021. The significance of ion-exchange properties of plant root cell walls for nutrient and water uptake by plants. Plant Physiology and Biochemistry 166: 140-147. https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2021.05.048 4. Tsednee M, Yang SC, Lee DC, Yeh KC. Root-secreted nicotianamine from Arabidopsis halleri facilitates zinc hypertolerance by regulating zinc bioavailability. Plant Physiol. 2014 Oct;166(2):839-52. doi: 10.1104/pp.114.241224 5. Viehweger, K. (2014) How plants cope with heavy metals. Botanical Studies, 55, 35. 6. Yang Y.-Y., Jung J.-Y., Song W.-Y., Suh H.-S., Lee Y. 2000a. Identification of rice varieties with high tolerance or sensitivity to lead and characterization of the mechanism of tolerance. Plant Physiology 124: 1019–1026. https://doi.org/10.1104/pp.124.3.1019