Национальная Академия Наук Азербайджана

Доктор биологических наук, проф

1. Изучены качественные и количественные характеристики радионуклидов как на отдельных профилях почвы, так и в горизонтальной плоскости распространения в одной из локальных зон загрязнения Абшеронского полуострова (на территории Раманинского йодного завода). Изучены как миграция загрязняющих территорию радионуклидов по цепочке «земля-растение», так и особенности накопления их в  отдельных органах растений. Изучены также биоморфологические и репродуктивные особенности травянистых дикорастущих растений в условиях хронического воздействия ионизирующего излучения, созданного загрязняющими территорию радионуклидами, и воздействие этого излучения на процесс фотосинтеза и антиоксидантную систему защиты растений.

2. Исследованы влияние ионизирующего излучения на рост и развитие как самих, так и первых поколений фасоли, баклажана, огурца и томата, семена которых перед посевом были обработаны гамма-лучами в разных дозах, динамика доза-зависимого изменения количества малонового диальдегида (МДА)  - продукта перекисного окисления липидов образующегося в листьях растений в условиях радиационного стресса, а также  динамика доза-зависимого изменения количества пролина – антиоксиданта, играющего роль «ловушки» для активных форм кислорода. Изучено влияние разных доз ионизирующего излучения на антиоксидантную систему защиты растений на основе определения активностей антиоксидантных ферментов  каталазы (КAT) аскорбатпероксидазы (APO), и супероксиддисмутазы (СОД). Установлены, что существуют  очевидные различия в биометрических размерах плодов первого поколения исследуемых растений по сравнению, как с родительскими, так и с контрольными плодами;  при увеличении дозы облучения липиды мембран подвергаются большему количеству «разрушений», и в результате увеличивается содержание МДА. Количество пролина меняется зависимо от дозы,  наряду с пролином, ферменты антиоксидантной системы, такие как СОД, КАТ и АПО также активно участвуют в защите растений от вредного воздействия ионизирующего излучения. Ущерб, вызванный радиоактивным излучением, сохраняется в следующем поколении только в особых случаях. Основываясь на полученных результатах, выявлено, что увеличение дозы в области малых доз усиливает образование активных форм кислорода, в результате чего клеточные мембраны подвергаются еще большему разрушению. В таких условиях система антиоксидантной защиты растений, наряду с ускорением синтеза антиоксидантов, таких, как пролин, также вызывает активацию  антиоксидантных ферментов. В области больших доз деструктивный эффект, наряду с липидами, охватывает и самих биологических макромолекул.

3. Учитывая, что растения произрастают под воздействием нескольких экстремальных факторов окружающей среды, и что такие эффекты могут привести к снижению продуктивности культурных растений и  уменьшению биоразнообразия дикорастущих растений, изучены рост и развитие в различных концентрациях NaCl некоторых зерновых культур (горох, фасоль, кукуруза), семена которых были обработаны γ- лучами в разных дозах,  и на основе синтеза хлорофиллов и количественных изменений каротиноидов, внес определенную ясность в процесс фотосинтеза в условиях двойного стресса. Чтобы оценить «разрушения», вызванные в клеточных мембранах активными формами кислорода в условиях двойного стресса, изучены динамика количественных изменений малонового диальдегида – основного продукта перекисного окисления мембранных липидов,  а также общего белка от дозы облучения и от концентрации NaCl. На основании изменений как количества низкомолекулярных антиоксидантов, таких как пролин, каротиноиды, антоцианы и флавоноиды, так и активностей антиоксидантных ферментов, таких как СОД, КАТ и АПО оценено функционирование антиоксидантной системы защиты (АОСЗ) в условиях совместного и раздельного радиационного и солевого стрессов. Установлено, что для гороха и кукурузы:

- как для облученных в разных дозах семян, так и для семян, выращенных в разных концентрациях NaCl, существует явная зависимость роста и развития растений как от дозы облучения, так и от концентрации соли  в стрессовых ситуациях;

- в таких условиях система антиоксидантной защиты растения активируется, при этом в эту активацию включаются как антиоксидантные ферменты этой системы так и низкомолекулярные антиоксиданты;

- увеличение дозы облучения вызывает изменения антиоксидантных ферментов. Эти изменения при разных концентрациях NaCl разные. Так, снижение активности СОД в концентрациях NaCl в 1, 5 и 10 мМ, не считая мелких отклонений, происходит на фоне увеличения  активностей КАТ и АПО. Однако при концентрациях соли в 50 и 100 мМ, напротив, снижение активностей KAT и APO происходит на фоне повышения активности СОД, т. е. в стрессовых условиях антиоксидантные ферменты в некотором роде проявляют сбалансированную активность;

-функционирование АОСЗ в стрессовых условиях с увеличением дозы облучения вызывает ускорение синтеза стрессовых белков. Наблюдаемая тенденция повышения ускорения синтеза белков является более крупномасштабной при высокой концентрации соли;

- такая же  динамика изменения содержания характерна и для каротиноидов. Так, как увеличение дозы облучения, так и концентрации соли приводит к увеличению количества этих пигментов. Считается, что увеличение количества каротиноидов при совместном воздействии радиационного и солевого стрессов является адаптивным ответом растительных клеток на стрессовые условия;

- в отличие от каротиноидов, для антоцианов в области более низких доз характерна тенденция повышения и, наоборот, в области более высоких доз – тенденция понижения. Такая динамика изменений сохраняется практически при всех концентрациях NaCl, только в малых концентрациях соли это изменение носит резко резонансный характер;

- среди результатов по исследованию зеленых пигментов интересным является то, что исследуемые растения имеют более высокий уровень Xl a, чем Xl b. Что касается доза – зависимого и концентрационно–зависимого изменения содержания хлорофиллов, становится ясно, что увеличение дозы облучения при низких концентрациях NaCl приводит к заметным увеличениям содержания Xl а, и незначительным увеличениям Xl b. А при высоких концентрациях соли увеличение дозы облучения не вызывает заметных изменений в количестве зеленых пигментов. Учитывая тот факт, что рост и развитие растений органически связано с синтезом зеленых пигментов, совместное воздействие двух стрессовых факторов вызывает больше ингибирующий, нежели стимулирующий эффект;

- слаженная работа антиоксидантных ферментов и низкомолекулярных антиоксидантов обеспечивает эффективную защиту растений от стрессовых факторов;

- в таких условиях, в зависимости от интенсивности стрессовых факторов антиоксидантные ферменты АОСЗ растения функционируют сбалансированно и координированно как между собой, так и с низкомолекулярными антиоксидантами, что обеспечивает защиту растений от вредоносного воздействия факторов стресса. Считается, что изучение деталей адаптивных механизмов к таким условиям у растений, позволит выбрать как сорта  растений, более резистентных к стрессовым условиям, так и устойчивые к стрессовым факторам растений. Эти механизмы позволят также управлять этими процессами.

4. Изучены влияние предпосевной обработки высокими стерилизационными дозами в 0.3,  0.5, 1, 1.5 и 2 кГр на рост и развитие растений картофеля, фасоли, баклажанов, огурцов и томатов, на основе изменения содержания фотосинтетических пигментов и изменения динамики низкомолекулярных и высокомолекулярных антиоксидантов, оценено влияние радиоактивного излучения в высоких дозах на фотосинтез и на функционирование АОСЗ. Определены, что:

- летальной дозой для посевного картофеля, обработанного предпосевным облучением является 0.3  –  2 кГр, для фасоли, огурца и томатов 0.5 – 2 кГр, для бакладана 1-2 кГр. Считается, что хотя доза облучения в 0.3 кГр и более уничтожая микроорганизмы, делает картофель годным для длительного хранения и использования, но облученный при таких дозах картофель не годен для последующего посева;

- доза облучения 0.3 кГр ускоряет синтез хлорофилла a и b в баклажане, эти дозы практически не влияют на синтез зеленых пигментов в фасоли и томатах, а в огурцах, ингибируя синтез хлорофилла a, ускоряют синтез хлорофилла b;

- количество МДА в растениях, семена, которых подверглись предпосевному облучению в стерилизационных дозах, возрастает соответственно в ряде – фасоль, огурец,томат, баклажаны;

- в фасоли и баклажане у которых семена не были обработаны γ- лучами перед посевом, содержатся одинаковое количество белка, и обработка семян γ- лучами перед посевом не может существенно изменить содержание белка;

- в контрольной пробе томата количество каротиноидов выше, чем  в контрольной пробе фасоли. Предпосевная обработка семян томата и гороха γ-лучами приводит к увеличению количество каротиноидов и не может изменить количество этих пигментов в огурцах, а в баклажане увеличение дозы облучения приводит вначале незаметному, затем резкому уменьшению желтых пигментов;

-  обработка семян радиоактивными лучами в дозе 0.3 кГр стимулирует синтез антоцианов и пролина у всех растений;

- контрольный образец огурца обладает высокой активностью AПO и КAT, а облучение семян у всех исследованных растений снижает активность этих ферментов;

- как контрольные, так и опытные образцы исследуемых растений демонстрируют схожую активность по АПО и КАТ, иными словами, эти ферменты играют сходную роль в функционировании системы антиоксидантной защиты;

- фасоль, томаты и баклажан, у которых низкая активность АПО и КАТ, показывают высокую активность СОД, а огурцы, у которых, наоборот, высокая активность АПО и КАТ, имеют низкую активность СОД. Другими словами, действие антиоксидантных ферментов у растений, в определенном смысле сбалансировано.