Помощь в написании студенческих работ
Антистрессовый сервис

Экологическая роль комплексообразования кадмия и цинка с биологически активными лигандами в тканях растений

Диссертация: Экологическая роль комплексообразования кадмия и цинка с биологически активными лигандами в тканях растений
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Апробация работы. Материалы исследований докладывались на IV Конференции «Аналитика Сибири и Дальнего Востока — 2000», (Новосибирск, 2000), XIX Всероссийской школе-симпозиуме молодых ученых по химической кинетике, (Клязьма, 2001), на Международной конференции «Экология Сибири, Дальнего Востока и Арктики (ESFEA — 2001), (Томск, 2001), на II Школе-семинаре молодых ученых «Проблемы устойчивого… Читать ещё >

Экологическая роль комплексообразования кадмия и цинка с биологически активными лигандами в тканях растений (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Содержание

  • Глава 1. Кадмий и цинк в системе «почва — растение»
    • 1. 1. Кадмий и цинк в биосфере
    • 1. 2. Токсическое действие Сс1 и Ъл на растительные и животные организмы
    • 1. 3. Ответная реакция живых систем на поступление тяжелых металлов
  • Глава 2. Способы определения концентрации кадмия и цинка в почве и живых системах
    • 2. 1. Прямое определение металлов
    • 2. 2. Определение кадмия и цинка методами химического анализа
  • Глава 3. Объекты и методы исследования
    • 3. 1. Объекты исследования
    • 3. 2. Методы исследования
  • Глава 4. Исследование комплексообразования кадмия и цинка с модельными лигандами, содержащими биологически значимые функциональные группы
    • 4. 1. Синтез комплексных соединений кадмия и цинка с модельными лигандами
    • 4. 2. Спектрофотометрическое исследование комплексов кадмия и цинка с модельными лигандами
    • 4. 3. Исследование комплексообразования кадмия и цинка с модельными лигандами методом ВЭЖХ
  • Глава 5. Влияние поступления ионов кадмия и цинка в ткани растений различных видов на развитие растений
    • 5. 1. Элементный анализ пшеницы, выращенной на почве с повышенным содержанием кадмия
    • 5. 2. Выращивание и анализ растений различных видов (пшеница, ярутка, горох) на почве с повышенным содержанием кадмия
    • 5. 3. Выращивание и анализ растений различных видов (пшеница, ярутка, горох) на почве при одновременном внесении в почву кадмия и цинка
    • 5. 4. Сравнительное изучение металлоустойчивости дикорастущих растений семейства злаковые
    • 5. 5. Исследование металлосодержащих веществ в газообразных выделениях растений
  • Глава 6. Изучение комплексообразования кадмия и цинка с биологически активными веществами
    • 6. 1. Синтез комплексных соединений кадмия и цинка с биологически активными лигандами
    • 6. 2. Спектрофотометрическое исследование комплексных соединений кадмия с биологически активными лигандами
    • 6. 3. Хроматографическое исследование комплексов кадмия и цинка с биологически активными лигандами
  • Выводы

Актуальность темы

Проблема химического отклика растений на токсическое действие тяжелых металлов пока слабо изучена. Выработанные в ходе эволюции механизмы предотвращения токсического действия тяжелых металлов, в том числе кадмия и цинка, оказываются недостаточными для защиты растений от высокого уровня этих металлов в почве. При сильном загрязнении почвы растения испытывают тяжелометальный стресс, вызывающий повреждение фотосинтетической системы и создающий условия для угнетения роста и развития растений и в конечном итоге для их гибели.

Накопление кадмия в пищевых и кормовых растениях и его миграция по пищевым цепям способны нанести реальный вред здоровью человека.

Реакция разных видов растений на повышенное содержание кадмия и цинка в почве неодинакова. Одни виды накапливают эти тяжелые металлы в значительных концентрациях без особого вреда для своей жизнедеятельности (гипераккумуляторы). Другие виды при относительно небольших концентрациях тяжелых металлов в почве перестают образовывать плоды и даже обнаруживают признаки некроза корней. При этом химическая природа таких различий остается малоисследованной. В этой связи интересен вопрос о возможности образования комплексных соединений кадмия и цинка с веществами, встречающимися в тканях растений и их экологической роли, так как именно такие соединения представляют собой химический ответ растительных организмов на повышенное содержание этих металлов в почве. Интересен также вопрос о способах выведения тяжелых металлов из растений, так как именно этот механизм, вероятно, помогает многим растениям адаптироваться к жизни в условиях загрязнения почвы тяжелыми металлами.

Цель и задачи исследования

Целью настоящей работы является изучение экологической роли комплексообразования кадмия и цинка с биологически активными лигандами, встречающимися в растительных тканях. Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:

1. Изучить комплексообразование кадмия и цинка с модельными лиган-дами, содержащими биологически значимые функциональные группы методами физико-химического анализа.

2. Вырастить растения разных видов на почвах с повышенным содержанием кадмия, а также при одновременном внесении кадмия и цинка.

3. Проанализировать растения разных видов для изучения накопления тяжелых металлов в различных органах.

4. Обнаружить и изучить органические соединения, связанные с кадмием и цинком в тканях выращенных растений.

5. Исследовать некоторые растения на предмет выделения тяжелых металлов через листья при транспирации.

6. Изучить комплексообразование кадмия и цинка с биологическими ли-гандами, встречающимися в растительных тканях.

Научная новизна и практическая значимость работы. Среди результатов, полученных впервые, наиболее существенны следующие:

1. У растений разных видов эволюционно сформированы разные механизмы защиты от избытка кадмия в почве: у злаковых функцию защитных агентов выполняют вещества флавоноидной природы (пшеница — флавоноид три-цин), у гороха посевного — соединения с сульфгидрильными группами, у ярутки полевой — вещества, сочетающие сульфгидрильные и фенольные группы, что и обеспечивает их различную устойчивость к данному тяжелому металлу.

2. Показано, что в растениях комплексообразование с серусодержащими ли-гандами играет роль фиксации кадмия, а с полифенольными соединениямифункцию транспортировки данного тяжелого металла по растению.

3. Наличие цинка в почве замедляет поток кадмия в растение, смягчая кадмиевый стресс.

4. Одним из путей вывода кадмия из растений является его выделение в виде газообразных кадмийсодержащих органических соединений.

Полученные научные результаты могут быть использованы в практике научных исследований различных НИИ СО РАН.

Положения, выносимые на защиту. Комплексообразование органических соединений с кадмием и цинком в растительных тканях играет важную роль в детоксчкации и выведении этих тяжелых металлов из растений, а также лежит в основе металлоустойчивости различных видов растений.

Апробация работы. Материалы исследований докладывались на IV Конференции «Аналитика Сибири и Дальнего Востока — 2000», (Новосибирск, 2000), XIX Всероссийской школе-симпозиуме молодых ученых по химической кинетике, (Клязьма, 2001), на Международной конференции «Экология Сибири, Дальнего Востока и Арктики (ESFEA — 2001), (Томск, 2001), на II Школе-семинаре молодых ученых «Проблемы устойчивого развития региона», (Улан-Удэ, 2001), на Международной конференции по экологической ботанике, (Сыктывкар, 2002), на Первой международной научно-практической конференции «Проблемы ботаники Южной Сибири и Монголии», (Барнаул, 2002), на IX Рабочей группе «Аэрозоли Сибири», (Томск, 2002), на XI съезде Русского ботанического общества (Новосибирск-Барнаул, 2003), на Европейской аэрозольной конференции (Мадрид, Испания, 2003), на II Международной конференции «Окружающая среда и экология Сибири, Дальнего Востока и Арктики (EES-FEA — 2003) (Томск — 2003), а также на объединенных физико-химических семинарах ИХКиГ СО РАН и на семинарах лаборатории фитохимии ЦСБС СО РАН.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 печатных работ.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов и списка литературы. Основной текст изложен на 91 странице. В работу включено 14 рисунков и 11 таблиц.

Список литературы

содержит 70 наименований, в том числе 20 иностранных.

Выводы:

1. Проведено масс-спектрометрическое и хроматографическое изучение поступления кадмия и цинка в растения. Обнаружено, что в ответ на кадмиевый стресс растения разных видов вырабатывают специфические защитные соединения (пшеница — флавоноид трицин, горох — серусодержащие вещества, ярутка — вещества как фенольной, так и сульфгидрильной природы), что и обусловливает различную их устойчивость к тяжелым металлам.

2. Изучена реакционная способность различных функциональных групп соединений, содержащихся в растительных тканях, в реакциях комплексообразования с цинком и кадмием. Показано, что наибольшей устойчивостью обладают комплексы кадмия и цинка с серусодержащими лигандами.

3. Показано, что в растении комплексообразование с серусодержащими лигандами выполняет функцию фиксации тяжелых металлов, а с полифенольными соединениями — функцию транспортировки тяжелых металлов по растительным тканям.

4. При изучении развития растений на почве, обогащенной как кадмием, так и цинком, обнаружено, что наличие цинка в почве замедляет поток кадмия в растения, тем самым смягчая кадмиевый стресс.

5. При исследовании реакции некоторых дикорастущих злаков на кадмиевый и цинковый стресс показано, что при поступлении в растения металлы связываются в комплексы с соединениями флавоноидной природы.

6. Экспериментально обнаружено, что одним из механизмов вывода металлов из растений может быть выделение их в виде летучих газообразных метаплоорганических соединений.

Показать весь текст

Список литературы

  1. Ю.В. Тяжелые металлы в почвах и растениях. JL: Агропромиз-дат, 1987.- 153с.
  2. Алексеева-Попова Н. В. Специфичность металлоустойчивости и ее механизмов у высших растений// Микроэлементы в биологии и их применение в сельском хозяйстве и медицине: Тез. докл. XI Всесоюз. конф. Самарканд, 1990.-С. 260−261.
  3. В.Н., Моченят К. И. Содержание абсциссовой кислоты в растениях фасоли при недостатке цинка// Физиология и биохимия культурных растений.-1980.- Т. 12. № 6. — С. 588−591.
  4. Ю.Ю., Палесский C.B., Дульцева Г. Г., Скубневская Г. И. Изучение защитной реакции растений (пшеницы, гороха, ярутки) на избыточное содержание кадмия в почве// Экологическая химия. -2003. Т. 12. — Вып.1. -С.41−46.
  5. Ю.Ю., Дульцева Г. Г. Изучение образования металлосодержащего аэрозоля при окислении выделяемых растениями металлоорганических газообразных веществ// Оптика атмосферы и океана. 2003. — Т. 16. — № 5−6. -С.415−417.
  6. П.В., Аржанова B.C. Тяжелометальный пресс на экосистему// Экотоксикология и охрана природы: Тез. докл. респ. семинара. Рига, 1988. -С.62−63.
  7. Т.И., Косицин A.B. Устойчивость к свинцу карбоангидразы Melica nutans//Ботанический журнал. 1990.-Т.75. — № 8.- С.1144−1150. Ильин В. Б. Тяжелые металлы в системе почва — растение. — Новосибирск: Наука, 1991.- 150с.
  8. В.А. Экологическая химия. СПб: Химиздат, 2001. — 304с. Кабата-Пендиас А., Пендиас X. Микроэлементы в почвах и растениях. — М.: Мир, 1989. С. 191−201.
  9. Е.В. Трансформация соединений цинка, свинца и кадмия в почвах: Автореф. дис. на соискание ученой степени канд. с/х наук. М., 1983, -22с.
  10. .А. Ботаника. М., Л.: Сельхозгиз, 1935. — 471с.
  11. A.B., Алексеева-Попова Н.В. Действие тяжелых металлов на растения и механизмы металлоустойчивости//Растения в экстремальных условиях минерального питания. JI.: Наука, 1983. — С. 5−22.
  12. Н.М. Ферментативная активность и химический состав растений на почвах с повышенным содержанием Zn, Ni, Mg// Микроэлементы в биологии и их применение в сельском хозяйстве и медицине. Самарканд, 1990. — С. 296−297.
  13. Ю.П. Влияние ионов кадмия на клеточное деление и рост растений. Киев: Наукова думка, 1990. — 148с.
  14. Мунир Аль Хабиб Аль-Аруд, Яцюк Т. Изоферментные спектры оксидоре-дуктаз при фитотоксическом воздействии свинца// Пром. ботаника. Киев, 1990.-С. 132−133.
  15. А.Н. Действие тяжелых металлов на корни растений// Биологические науки. 1989. — № 9. — С.72−86.
  16. В.П., Чердакова JI.H. Влияние никеля на биохимические процессы в люцерне// Химия в сел. хоз-ве. 1986. — № 3. — С. 58−60. Орлов Д. С. Химия почв. — М.: Изд-во МГУ, 1985. — 436с.
  17. Растения в экстремальных условиях минерального питания// Эколого-физиологические исследования/ под ред. Школьника М. Я., Алексеевой -Поповой Н.В. Л.: Наука, 1983. — 250с.
  18. Ю.С. Общее содержание фенолов у растений Helianthus annus (Compositae) при обогащении среды микроэлементами// Ботан. журнал. -1982.- Т.67. № 4. — С. 440−446.
  19. A.C., Мельничук Ю. П., Калинин Ф. Л. Адаптация растений к инги-бирующему действию кадмия// Физиология и биохимия культурных растений.-1982. Т. 14. — № 1. — С.84−88.
  20. Тяжелые металлы и радионуклиды в агроэкосистемах. М.: Агроэколас, 1994.-288с.
  21. УмландФ., Янсен А., Тириг Д., Вюнш Г. Комплексные соединения в аналитической химии. М.- Мир, 1975. — 532с.
  22. Устойчивость к тяжелым металлам дикорастущих видов/ Под ред. Алексеевой-Поповой Н.В. Л., 1991. — 91с.
  23. А.И., Мирошниченко Н. Н., Самохвалова В Л. Миграция, транслокация и фитотоксичность тяжелых металлов при поэлементном загрязнении почвы//Агрохимия. 2001. — № 3. — С.57−61.
  24. Химическая энциклопедия. М.: Большая Российская Энциклопедия, 1998. -Т.1. — 623с.
  25. Химическая энциклопедия. М.: Сов. энциклопедия, 1990. — Т.2. — 671с. Химическая энциклопедия. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1992. -Т.З. -639с.
  26. Химия тяжелых металлов, мышьяка и молибдена в почвах. / Под ред. Зыри-на Н.Г. М.: МГУ, 1985. — 165с.
  27. С.К. Сосудистые растения России и сопредельных государств. -СПб.: Мир и семья, 1995. 992с.
  28. Энциклопедия комнатного цветоводства/ Сост. Головкин Б. Н. — М.: Колос, 1993.-343с.
  29. Chongpradithum P., Mori S., Chino M. Excess copper induces a citosolic cuprum, zink superoxide dismutase in soybean root// Plant Cell Physiol. — 1992. — V. 33. — № 3. — P. 239−244.
  30. Cox R.M., Hutchinson T.C. Multiple metal tolerances in the growth of Deschamp-sia caespitosa (L.) from sinbury smelting area// New Phyt. 1980. — V. 84. — № 4. -P. 631−647.
  31. Cumming J.R., Taylor G.J. Mechanisms of metal tolerancein plants: Physiological adaptations for exlusion of metal ions from cytoplasm// Stress Responses in Plants: Adaptation and Acclimation Mechanisms. Wiley-Liss, N.Y., 1990. P. 329−356.
  32. Jhomas R., Law J.P. Properties of waste waters / Ed. by L. Elliott, R.J. Stevenson. N.Y., 1977.-P. 76−81.
  33. Jarvis S.C., Lohes L.H.P., Hopper M.J. Cadmium uptake from solution by plants and its transport from roots to shoots// Plant and Soil. 1976. — V.44. — № 1. — P. 179−191.
  34. Pense N.S., Larsen P.B., Ebbs S.D. et al. The molecular physiology of heavy metal transport in the Zn / Cd hyperaccumulator Thlaspi caerulescens// PNAS. -2000. V.97. — № 9. — P.4956−4960.
  35. Qureshi J.A., Collin H.A. Metal tolerance in tissue cultures of Anthoxanthum odo-ratum// Plant Cell Rep. 1981. — № 1. — P.80−82.
  36. Steffens J. C. The heavy metal-binding peptides of plants// Plant Physiol., Plant Mol. Biol. 1990. — V.41. — P.553−575.
Заполнить форму текущей работой

Сессия? Спокойно!