Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук за спеціальністю 03.00.20 – біотехнологія. – Харківський національний університет імені В.Н. Каразіна, Харків, 2008.
Дисертація присвячена вивченню закономірностей процесу кореневої екскреції, складу кореневих екзометаболітів та їх властивостей на прикладі модельного об’єкту проростків пшениці Triticum aestivum в гідропонній культурі. Встановлено, що до складу кореневих екзометаболітів проростків пшениці входять вуглеводи, амінокислоти, білки. Мікрооточення кореня формується вже в перші 24 години росту коренів. Показано, що система екскреції кореня функціонує за принципом авторегуляції, тобто екскретовані в середовище екзометаболіти самі стають регуляторами подальшого процесу екскреції. Встановлений зворотній зв'язок між інтенсивністю росту коренів та їх екскреторною активністю. Показано, що відділення межових клітин з поверхні кореневого апексу починається вже в перші 24 години росту кореня. Після першої доби росту кількість клітин, що виявляються морфометричним методом, складає 30-40 клітин/корінь, а кількість клітин, що виявляються препаративним методом, – 80-90 клітин/корінь. Внесення фтористого натрію до середовища пророщення супроводжується посиленням екскреції білків та збільшенням кількості межових клітин в апексі коренів. Показана антибактеріальна та антиоксидантна дія кореневих екзометаболітів.
1. Мікрооточення коренів проростків пшениці формувалося впродовж перших 24 годин росту кореня. Основним компонентом кореневих екзометаболітів пшениці на першу добу росту були вуглеводи (62%). Також до складу мікрооточення кореня входили амінокислоти, низько- та високомолекулярні білки. Білок в складі кореневих екзометаболітів виявлявся після 12 годин росту, його вміст складав 1,32±0,04 мкг/корінь та залишався незмінним впродовж наступних 12 годин росту кореня. Крім того, в складі кореневих екзометаболітів виявлялася протеазна активність, яка забезпечувала деградацію білків в середовищі.
2. Екскреторна система кореня пшениці функціонує за принципом авторегуляції, тобто екскретовані в середовище екзометаболіти є регуляторами подальшого процесу екскреції. Показано, що при різних системах збору екзометаболітів (накопичувальній та проточній), а також при різній щільності пророщування (при різній швидкості накопичення екзометаболітів в середовищі) якісний та кількісний склад екзометаболітів 1-3 денних проростків пшениці розрізнявся: при проточній системі збору кількість екскретованих за 3 доби росту проростків екзометаболітів була на 25% більше, ніж при накопичувальній системі, а максимальна інтенсивність екскреції спостерігалася при щільності пророщування 1 проросток/см2.
3. Встановлено зворотну кореляцію між інтенсивністю росту кореня та інтенсивністю екскреції екзометаболітів. Корені проростків пшениці з природною низькою інтенсивністю росту характеризувалися більш високою екскреторною активністю, ніж корені з високою природною інтенсивністю росту.
4. При проведенні пілотних експериментів з одержання кореневих екзометаболітів в гідропонній культурі проростків пшениці закономірності з кількості і співвідношення компонентів в кореневих екзометаболітах, виявлені в лабораторних експериментах, зберігалися і при збільшенні обсягів культивування: за 3 доби росту проростків при проточному режимі збору з 1 кг пшениці можна одержати кореневі екзометаболіти, що містять 1,052±0,012 г білка і 2,126±0,016 г глюкози.
5. Етиловий спирт в концентрації 1% викликав інгібування проростання насіння пшениці та інгібування росту коренів проростків, більш виражене для проростків з початковою високою інтенсивністю росту. Інгібування росту коренів супроводжувалося посиленням екскреції як вуглеводів, так і білків для проростків з низькою інтенсивністю росту, і посиленням екскреції тільки вуглеводів для проростків з високою інтенсивністю росту.
6. Внесення фтористого натрію в середовище культивування викликало дозозалежне інгібування росту коренів проростків з початковою низькою та високою інтенсивністю росту, яке супроводжувалося посиленням екскреції білка Екскреція вуглеводів залишалася на рівні контролю незалежно від концентрації фториду натрію в середовищі.
7. Відділення межових клітин з поверхні кореневого апексу починалося вже в перші 24 години росту кореня. Морфологічним методом виявлялося 30-40 межових клітин/корінь, а препаративним – 80-90 межових клітин/корінь. Кількість межових клітин не розрізнялася для коренів з початковою низькою та високою інтенсивністю росту.
8. Внесення фтористого натрію супроводжувалося збільшенням кількості межових клітин в апексі коренів. Кількість межових клітин, що виявлялися морфометричним методом, збільшувалася в 2 рази при внесенні фториду натрію в концентрації від 1 до 20 мМ. Кількість межових клітин, оцінювана препаративним методом, зростала в 2 рази в присутності від 1 до 10 мМ фториду натрію і в 4 рази при концентрації 20 мМ фториду натрію в середовищі порівняно з контролем. Характер зміни кількості межових клітин був однаковим як для коренів з низькою, так і для коренів з високою інтенсивністю росту.
9. В присутності фториду натрію змінювалися інтегральні характеристики апікального гелевого чохла коренів проростків: його в’язкість збільшувалася в 3 рази при концентрації NaF в середовищі від 1 до 5 мМ і в 5 разів при 10-20 мМ порівняно з контролем. Вміст фторид-іону в коренях проростків залишався однаковим (перевищуючи контрольне значення в 8 разів) при концентрації NaF в середовищі від 1 до 10 мМ та збільшувався в 40 разів порівняно з контролем при 20 мМ.
10. Кореневі екзометаболіти проростків проявляли альгіцидні властивості щодо мікроводорості Dunaliella viridis в присутності їх в середовищі культивування мікроводорості від 5 до 15% і не впливали на ріст Spіrulina platensis і Chlorella vulgaris. Кореневі екзометаболіти 1-3-денних проростків пшениці виявляли антибактеріальні властивості щодо патогенних мікроорганізмів Staphylococcus aureus і Streptococcus pyogenes, викликаючи затримку росту даних мікроорганізмів в культурі. Кореневі екзометаболіти проростків пшениці виявляли загальну антиоксидантну активність і антирадикальну активність.
Публікації автора:
Кузнецова Ю.А. Влияние плотности культивирования проростков пшеницы на состав их корневых экзометаболитов / Ю.А. Кузнецова // Актуальные проблемы медицины и биологии. – 2004. – Т. 1, № 1. – С. 315-320.
Кузнецова Ю.А. Влияние этилового спирта на интенсивность роста и экскреторную активность корней проростков пшеницы (Triticum aestivum) / Ю.А. Кузнецова, В.И. Приходько // Биологический вестник. – 2006. – Т. 10, № 1. – С. 112-115. (Кузнецова Ю.О. виконала 70% роботи, одержала експериментальні дані з вмісту вуглеводів та білків, проаналізувала одержані дані, зробила статистичні розрахунки, підготувала статтю до друку)
Божков А.И. Взаимосвязь интенсивности роста корней проростков пшеницы (Triticum aestivum) с их экскреторной активностью и количеством пограничных клеток / А.И. Божков, Ю.А. Кузнецова, Н.Г. Мензянова // Физиология растений. – 2007. – Т. 54, № 1. – С. 97-103. (Кузнецова Ю.О. виконала 50% роботи, одержала експериментальні дані з довжини коренів, вмісту білків, кількості межових клітин, проаналізувала одержані дані, зробила статистичні розрахунки, підготувала статтю до друку).
Божков А.И. Интенсивность экскреции и состав выделений проростков пшеницы при накопительном и проточном сборе экзометаболитов / А.И. Божков, Ю.А. Кузнецова, Н.Г. Мензянова // Биологический вестник. – 2007. – Т. 11, № 2. – С. 14-19. (Кузнецова Ю.О. виконала 50% роботи, одержала експериментальні дані з складу екзометаболітів у разі проточного та накопичувального збору, проаналізувала одержані дані, зробила статистичні розрахунки, підготувала статтю до друку).
5. Кузнецова Ю.А. Влияние плотности культивирования проростков пшеницы на качественный и количественный состав корневых экзометаболитов / Ю.А. Кузнецова // 9-ая Междунар. Пущинская школа-конф. молодых ученых «Биология – наука ХХІ века», 18-22 апреля 2005 г. : тезисы докл. – Пущино, 2005. – С. 273.
6. Кузнецова Ю.А. Влияние корневых экзометаболитов проростков пшеницы на динамику роста культуры Dunaliella viridis / Ю.А. Кузнецова // III международная конференция “Актуальные проблемы современной альгологии”, 20-23 апреля, 2005 г. : тез. докл. – Харьков, 2005. – С. 79.
7. Кузнецова Ю.О. Вплив фтористого натрію на популяцію межових клітин кореневого апексу паростків пшениці в гідропонній культурі / Ю.О. Кузнецова // ІІ Міжнародна конференція студентів та аспірантів “Молодь та поступ біології”, 21-24 березня 2006 р. : збірка тез. – Львів, 2006. – С. 284.
8. Кузнецова Ю.А. Влияние этилового спирта на активность корневой экскреции проростков пшеницы, развивающихся из семян разного срока хранения / Ю.А. Кузнецова, В.И. Приходько // VII международный симпозиум «Биологические механизмы старения», 24-27 мая 2006 г. : материалы. – Харьков, 2006. – С. 77. (Кузнецова Ю.О. виконала 70% роботи, одержала експериментальні дані з впливу етилового спирта на вміст вуглеводів та білків в екзометаболітах, підготувала тези до друку).
9. Божков А.И. Влияние фторида натрия на метаболизм растущего корня пшеницы / А.И. Божков, Ю.А. Кузнецова // ІХ Український біохімічний з’їзд, 24-27 жовтня 2006 р. : збірка тез. – Харків, 2006. – С. 166-167. (Кузнецова Ю.О. виконала 50% роботи, одержала експериментальні дані з впливу фтористого натрію на ріст проростків, проаналізувала одержані дані)
10. Кузнецова Ю.А. Антибактериальная и антоксидантная активность корневых экзометаболитов пшеницы / Ю.А. Кузнецова, Ю.В. Никитченко // ІХ Український біохімічний з’їзд, 24-27 жовтня 2006 р. : збірка тез. – Харків, 2006. – С. 199. (Кузнецова Ю.О. виконала 70% роботи, одержала експериментальні дані з антибактеріальної і антирадикальної активності екзометаболітів, підготувала тези до друку)
11. Кузнецова Ю.О. Взаємозв'язок екскреторної активності коренів паростків пшениці з кількістю межових клітин в апексі коренів / Ю.О. Кузнецова, Н.Г. Мензянова // 2-ий з'їзд Українського товариства клітинної біології, 23-26 жовтня 2007 р. : збірка тез. – Київ, 2007. – С. 249. (Кузнецова Ю.О. виконала 70% роботи, одержала експериментальні дані з кількості межових клітин в апексі коренів, зробила статистичні розрахунки, підготувала тези до друку)
