ДИАГНОСТИКА ТОКСИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ НИКЕЛЯ НА РАСТЕНИЯ КУКУРУЗЫ

ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ Л.Н. ГУМИЛЕВ АТЫНДАҒЫ ЕУРАЗИЯ ҰЛТТЫҚ УНИВЕРСИТЕТІ. Студенттер мен жас ғалымдардың «Ғылым және білім - 2014» атты IX Халықаралық ғылыми конференциясының БАЯНДАМАЛАР ЖИНАҒЫ. СБОРНИК МАТЕРИАЛОВ IX Международной научной конференции студентов и молодых ученых «Наука и образование - 2014». PROCEEDINGS of the IX International Scientific Conference for students and young scholars «Science and education - 2014». 2014 жыл 11 сәуір Астана. УДК 001(063) ББК 72 Ғ 96. Ғ 96 «Ғылым және білім – 2014» атты студенттер мен жас ғалымдардың ІХ Халықаралық ғылыми конференциясы = ІХ Международная научная конференция студентов и молодых ученых «Наука и образование - 2014» = The IX International Scientific Conference for students and young scholars «Science and education - 2014». – Астана: http://www.enu.kz/ru/nauka/nauka-i-obrazovanie/, 2014. – 5830 стр. (қазақша, орысша, ағылшынша). ISBN 978-9965-31-610-4. Жинаққа студенттердің, магистранттардың, докторанттардың және жас ғалымдардың жаратылыстану-техникалық және гуманитарлық ғылымдардың өзекті мәселелері бойынша баяндамалары енгізілген. The proceedings are the papers of students, undergraduates, doctoral students and young researchers on topical issues of natural and technical sciences and humanities. В сборник вошли доклады студентов, магистрантов, докторантов и молодых ученых по актуальным вопросам естественно-технических и гуманитарных наук. УДК 001(063) ББК 72. ISBN 978-9965-31-610-4. ©Л.Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университеті, 2014. Риунок 4 - Споры ржавчинных грибов Puccinia recondita проросшие на эпителии листа пшеницы Таким образом нами разработана лабораторная модель изучения этапов заражения пшеницы листовой ржавчиной. Возможно испытание различных патотипов ржавчины и сортов пшеницы, различающихся по устойчивости. Список использованных источников: 1. Теплякова О.И., Тепляков В.И. Локальный мониторинг болезней листьев яровой пшеницы в Сибири. // Защита и карантин растений, ғ6, 2011. – С. 39-41. 2. Волкова Г.В., Алексеева Т.П., Анпилогова Л.К., Добрянская М.В., Ваганова О.Ф.,Кольбин Д.А., Левитин М.М. Фитопатологическая характеристика новых сортов озимой пшеницы к возбудителю бурой ржавчины. // Доклады российской Академии с/х наук, ғ3, 2009. – С. 2932. 3. Щербик А.А., Коваленко Е.Д. Отбор доноров устойчивости пшеницы к бурой ржавчине. // Защита и карантин растений, ғ2, 2011. – С. 45-46. 4. Абиев С.А. Ржавчинные грибы злаковых растений Казахстана.- Алматы: НИЦ «Гылым», 2002. – 296 с. 5. Койшибаев М. Болезни зерновых культур: симптомы, распространение и вредоносность, специализация, биологические особенности, структура популяций возбудителей и интегрированная защита посевов. – Алматы: «Бастау», 2002 – С. 22-37. 6. Государственный реестр селекционных достижений, допущенных к использованию в республике Казахстан: сорта растений. – Астана: 2011. – 244 с. 7. Сорта зерновых культур селекции НЦП зернового хозяйства им. А.И. Бараева: каталог. – Шортанды: 2010. – 74 с. УДК 581.1 ДИАГНОСТИКА ТОКСИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ НИКЕЛЯ НА РАСТЕНИЯ КУКУРУЗЫ Шемет Сергей Анатольевич opticlab@ukr.net Младший научный сотрудник Научно-исследовательского института биологии ДНУ им. О. Гончара, Днепропетровск, Украина 3651. Научный руководитель – В. Феденко В исследованиях механизма действия тяжелых металлов на растения особое внимание привлекает физиологическая роль никеля (Ni). Ni является необходимым ультрамикроэлементом, однако при повышенных концентрациях Ni проявляет токсическое действие, механизм которого, наряду с общностью для других тяжелых металлов, имеет также некоторые специфические отличия [1]. Для картирования передвижения и накопления Ni, а также оценки тканеспецифичности его токсического действия используют обработку срезов растительных тканей диметилглиоксимом (ДМГ), который способен селективно связывать Ni2+ с образованием окрашенного соединения [2]. Полуколичественную оценку содержания металла в разных зонах среза производят визуально по степени окрашивания с использованием микроскопического анализа [3] и цифровой обработки изображений [4]. На взаимодействие никеля с корнем большое влияние оказывает ризосфрера [5]. Состав ризосферы в значительной степени влияет на биодоступность ионов металла для корней, что может определять способность растений к гипераккумуляци металлов [5]. Методы, позволяющие оценить распределение никеля как в поверхностных тканях корня in vivo, так и в ризосфере, являются наиболее перспективными, поскольку особенности микрораспределения Ni на границе корень-почва определяют видо- и тканеспецифичность устойчивости растений к токсическому действию избытка металла. В данной работе мы предлагаем метод оценки содержания никеля в поверхностных тканях корня растений при обработке интактных корней растений и последующего количественного измерения интенсивности окраски комплекса методами спектроскопии отражения и колориметрии. Семена кукурузы (Zea mays L., гибрид Кадр 267 МВ) проращивали 7 суток на растворах Ni(NO3)2 (концентрации 0,025, 0,1, 0,2, 0,5 мМ) и воде (контроль) при температуре 22 – 24°С (фотопериод – 16 ч). Для оценки действия Ni на растения измеряли длину главного корня (Lк, мм) и побега (Lп, мм) по завершению проращивания. Токсический эффект металла определяли по индексу толерантности (I – длина главного корня в % к контролю) и показателю координированного роста органов (соотношение Lп/Lк) [6]. Обработку интактных корней из каждого варианта опыта проводили в течение 5 мин в 1 %-ном растворе ДМГ в 1,5 %-ном растворе NaOH, приготовленном на 0,05 М растворе буры (Na2B4O7∙10H2O), рН 9,8 – 10,4 [4]. Спектры отражения обработанных ДМГ корней в диапазоне 350 – 800 нм получали на спектрофотометре Specord M40 (Германия), оборудованном фотометрической интегрирующей сферой [7]. Для колориметрических измерений использовали спектрофотометр с кассетой ―Color Measurement‖ с целью определения координат цвета, координат цветности и колориметрических коэффициентов препаратов. Цветовые характеристики представляли в системах XYZ (ιd, Ре) и CIELab 77 (L*, a*, b*) [7, 8]. В спектре отражения обработанных ДМГ корней контрольного варианта установлены максимумы при 367, 392 и 480 нм. Для опытных вариантов идентифицирован дополнительный максимум комплекса ДМГ–Ni при 545 нм, который обуславливает красное окрашивание корней проростков. Интенсивность этого максимума (А545) возрастала с увеличением концентрации ионов Ni2+ в среде проращивания, а наличие достоверной взаимосвязи между этими показателями подтверждено регрессионной зависимостью (R2=0,98, р=0,02). Установлена также высокая степень взаимосвязи А545 с показателями роста (I, Lп/Lк) (R2=0,79÷0,98, р<0,05). Колориметрические измерения позволили количественно охарактеризовать окраску корней с помощью оптических параметров адекватно зрительному цветоощущению [7, 8]. Координаты цветности корней контрольных проростков находились в диапазоне желтого цвета, что подтверждалось значением доминирующей длины волны (рис. 1а). Наличие в растительной ткани окрашенного металлокомплекса приводило к повышению ιd в зависимости от концентрации Ni2+ (СNi). При этом максимальное превышение ιd на 14,5 нм 3652. установлено для наиболее токсичного варианта инкубации (0,5 мМ). Существенный вклад комплекса ДМГ–Ni в изменение цветового стимула корней подтвержден корреляцией между интенсивностью максимума А545 в спектрах отражения и ιd (R=0,93, p=0,02). При этом достоверной корреляции между ιd и СNi не выявлено (R=0,84, p>0,05). Регрессионный анализ подтвердил, что ιd статистически связана с показателями роста растений (I, Lп/Lк) (R2=0,80÷0,99, р<0,05). Наличие двух цветовых стимулов в световом потоке, отраженном от пигментированного объекта, приводит к их сложению согласно известной физической закономерности [7], поэтому измеренные нами значения ιd (рис. 1а) являются результатом этой суперпозиции. 600 595. 60,0. а). 40,0. Pe, %. нм. 590. d,. б). 50,0. 585. 30,0. 580. 20,0. 575. 10,0. 570. 0,0 Контроль. 0,025. 0,1. 0,2. CNi, мМ. Контроль. 0,5. 0,025. 0,1. CNi, мМ. 0,2. 0,5. Рис. 1. Влияние Ni2+ на доминирующую длину волны (а) и условную чистоту цветового тона (б) обработанных ДМГ корней проростков. Максимальное значение условной чистоты цветового тона Ре установлено для корней при экспозиции в 0,5 мМ Ni2+ (рис. 1б). Зависимость Ре и СNi имела линейный характер (R2=0,79, р<0,05). Однако, корреляция между Ре и показателями роста (I, Lп/Lк) была недостоверной (р > 0,05). Таким образом, сложение двух хроматических стимулов, приводящее к снижению результирующей величины условной чистоты цветового тона пигментированного объекта [8], детерминирует неоднозначную вариабельность Р е для корней опытных вариантов. Величина коэффициента яркости L* (рис. 2а) определяется общим количеством поглощающих веществ в исследуемых препаратах. Поэтому L* достоверно взаимосвязана с концентрацией ионов металла в среде инкубации, интенсивностью А 545 корней после окрашивания металлоиндикатором, а также физиологическим показателем Lп/Lк (R2=0,82÷0,96, р<0,05). Значение колориметрического коэффициента а* возрастало для корней всех опытных вариантов (рис. 2б) и имело существенную корреляционную связь с интенсивностью максимума А545 в их спектрах отражения (R=0,97, p<0,01). Дозовый эффект Ni2+ на величину а* описывался регрессионной зависимостью (R2=0,85, р=0,03). Взаимосвязь между а* и индексом толерантности характеризовалась полиномиальным уравнением регрессии (R2=0,97, р=0,03). Такой же характер имела зависимость между а * и показателем координированного роста побегов и корней (R2=0,98, р=0,02). Напротив, однозначной вариабельности колориметрического коэффициента b* в зависимости от концентрации Ni2+ в растворе экспозиции корней не обнаружено (рис. 2в).. 80 70. а). 25. 0. б). 20. -5. 60. 30. *. 10. -10. 3653. b. 40. 15. a*. L. 50. -15. 5. -20. 0. -25. 20 10. в). Рис. 2. Влияние Ni2+ на коэффициент яркости (а) и колориметрические коэффициенты а* (б) и b* (в) обработанных ДМГ корней проростков. Различия цветовых характеристик корней опытных вариантов в сравнении с контролем установлены с помощью дифференциальной колориметрии [8]. Возрастание суммарного цветового различия ΔЕ (рис. 3) в зависимости от концентрации Ni 2+ в среде инкубации корней соответствовало линейной регрессионной зависимости (R2=0,86, р=0,02). Для взаимосвязи ΔЕ* и Lп/Lк более адекватной оказалась полиномиальная зависимость (R2=0,96, р=0,04). 40. ΔE* ΔL* ΔC* ΔH*. Цветовые различия. 30 20 10 0 -10 -20. 0,025. -30. 0,1. 0,2. 0,5. CNi, мМ. Рис. 3. Влияние Ni отношению к контролю.. 2+. на цветовые различия обработанных ДМГ корней проростков по. Повышенное содержание в корнях окрашенного металлокомплекса приводило к уменьшению различия по яркости ΔL* (рис. 3) согласно линейной зависимости от концентрации Ni2+ в растворах инкубации (R2=0,83, р=0,03). Взаимосвязь между ΔL* и Lп/Lк оказалась нелинейной (R2=0,95, р=0,04). Различие по цветности ΔС* (рис. 3) возрастало в зависимости от концентрации токсиканта в растворе инкубации. Однако, достоверных регрессионных зависимостей ΔС * от СNi и показателей роста не установлено. Для различия по цветовому тону ΔН* (рис. 3) характерно линейное возрастание в зависимости от СNi (R2=0,90, р=0,01). Достоверной корреляции между ΔН* и I не выявлено (р>0,05), однако установлена высокая степень полиномиальной взаимосвязи для ΔН* и Lп/Lк (R2=0,99, р=0,01). Выявлена также высокая степень положительной (для параметров ΔЕ*, ΔН*) и отрицательной (для ΔL*) корреляции от интенсивности максимума (А545) в спектрах отражения обработанных ДМГ корней опытных вариантов (R=0,96÷0,97, p≤0,01). При этом ΔЕ* имело высокую степень отрицательной корреляции с ΔL* (R=-0,999, p<0,001) и положительной – с ΔН* (R=0,995, p<0,001).. 3654. Таким образом, накопление никеля в поверхностных тканях корней может быть идентифицировано по отражательным и колориметрическим характеристикам после обработки интактных корней раствором диметилглиоксима. Спектральные параметры окрашенных корней коррелятивно связаны как с концентрацией ионов металла в растворе экспозиции, так и показателями роста растений. Список использованных источников 1. Yusuf M., Fariduddin Q., Hayat S., Ahmad A. Nickel: An Overview of Uptake, Essentiality and Toxicity in Plants // Bull. Environ. Contam. Toxicology, 2011. V.86. P. 1–17. 2. Ershova N.I., Ivanov V.M., 1999. Direct Determination of Nickel Traces on Modified Cellulose by Diffuse Reflection Spectroscopy and Using Chromaticity Characteristics // Fres. J. Anal. Chem. 1999. V. 363. P. 641–645. 3. L'Huillier L., d'Auzac J., Durand M., Michaud-Ferrière N. Nickel Effects on Two Maize (Zea mays) Cultivars: Growth, Structure, Ni Concentration, and Localization // Can. J. Bot. 1996. V.74. P. 1547–1554. 4. Moradi A.B., Swoboda S., Robinson B., Prohaska T., Kaestner A., Oswald S.E., Wenzel W.W., Schulin R. Mapping of Nickel in Root Cross-Sections of the Hyperaccumulator Plant Berkheya coddii Using Laser Ablation ICP-MS // Environ. Exp. Bot. 2010. V.69. P. 24–31. 5. Alford É.R., Pilon-Smits E.A.H., Paschke M.W. Metallophytes – a View from the Rhizosphere // Plant Soil. 2010. V.337. P. 33–50. 6. Agren G.I., Franklin O. Root:Shoot Ratios, Optimization and Nitrogen Productivity // Ann. Bot. 2003. V.92. P. 795–800. 7. Fedenko V.S., Shemet S.A. Spectral Parameters of Brown Tissues of Maize Seedlings Roots Under Toxic Influence of Lead, Cadmium and Nickel Ions // Physiology and Biochemistry of Cultivated Plants. 2012. V. 44. P. 434–439. 8. Ohta N., Robertson A.R. Colorimetry: Fundamentals and Applications. – NY: John Wiley & Sons, 2006, 350 p. УДК. 581.17.581 ЭФИРОМАСЛИЧНЫЕ ЖЕЛЕЗКИ ЭПИДЕРМЫ ЛИСТЬЕВ НЕКОТОРЫХ ВИДОВ СЕМЕЙСТВА LAMIACEA L. КАК ДИАГНОСТИЧЕСКИЙ ПРИЗНАК Шакенева Динара Кабдын-Каировна 1 , Паршина Галина Николаевна 2 shakeneva.dinara@mail.ru 1 , parshina_gn@mail.ru 2 1 Преподаватель кафедры общая биология Павлодарского государственного педагогического института, Павлодар, Казахстан 2 Д.б.н. кафедры биологии и геномики Евразийского национального университета, Астана, Казахстан Цель нашей работы - изучить особенности строения эфиромасличных железок эпидермы листьев растений семейства Lamiaceae L.: Nepeta cataria L., Dracocephalum moldavca L., Monarda citriodora Cerv Lemon Mint, Hyssopus officinalis L., Satureja officinalis L., Scutellaria dubia L., Phlomis tuberosa L., Nepeta grandiflora L., Ocimum basilicum L. (фиолетовая форма), Ocimum basilicum L. (зеленая форма), Thymus stepposus L., культивируемых на территории Акмолинской области. Большинство видов семейства Lamiaceae L. - однолетние и многолетние травы, реже полукустарники и кустарники. Стебли чаще всего четырѐхгранные, у немногих округлые. Листья всегда супротивные, а пары их расположены накрест, цельные или различно рассеченные. Прилистников нет. Чашечка, всегда остающаяся при плоде, чаще колокольчатая, реже двугубая. Плод четырехраздельный, погружѐнный в чашечку. Редко 3655.