Проявление окислительного стресса при действии неблагоприятных температур

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ  БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧЕРЕЖДЕНИЕ  ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ  «МОРДОВСКИЙГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ        им. Н.П. ОГАРЕВА»

 (ФГБОУ ВПО «МГУ им. Н.П.Огарева»)

Биологический факультет 

Кафедра ботаники и физиологии растений

 

 

 

Курсовая работа

 

 

Проявление  окислительного стресса при действии неблагоприятных температур

 

Автор курсовой работы ____________________             

Обозначение курсовой работы   КР – 02069964 –030501-10

Специальность биоэкология 

Руководитель работы

канд. с-х. наук, доцент   ____________________               Колмыкова Т. С.

 

 

 

 

 

Саранск 2013 

Федеральное государственное  бюджетное образовательное 

учреждение высшего  профессионального образования

«МОРДОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ им. Н. П. ОГАРЕВА»

 

 

 

                                                                    Утверждаю

                          Зав. кафедрой

                                                               профессор ________А.С. Лукаткин

                                             «____» _________2013 г.

 

 

Задание на курсовую работу

 

 

Студент:

1 Тема: Проявление окислительного стресса при действии неблагоприятных температур

2 Срок представления  работы к защите: июнь 2013

3 Исходные данные для  курсовой работы: научные и специальная литература.

4. Содержание курсовой  работы

   4.1 Введение

  4.1 Стресс и его функциональная основа

  4.1.1 Условия возникновения активных форм кислорода в клетках растений                       

   4.1.1.1 Антиоксидантная защита растительной клетки

   4.1.1.2 Низкомолекулярные антиоксиданты

   4.1.1.3 Антиоксидантные ферменты

   4.1.2 Проявление окислительного стресса у растений

  4.1.2.1 Механизмы повреждающего действия абиотических стрессоров на клеточном уровне

3. Действие неблагоприятных температур на функциональные процессы растений

   4.1.3.1 Влияние пониженной температуры на растения                             

   4.1.3.2 Влияние повышенной температуры на растения                           

   4.2 Материалы и методы исследования

   4.2.1 Материал исследования

   4.2.2 Определение интенсивности ПОЛ                                                      

   4.2.3Определение активности каталазы

   4.3 Результаты исследования

   4.3.1 Определение влияния высоких и низких температур на состояние мембран изучаемых объектов                                                                     

   4.3.1 Определение интенсивности ПОЛ

   4.3.2Определение активности каталазы

   4. Заключение

 

 

 

 

 

 

 

 

Руководитель работы __________________________       Колмыкова Т. С.

Задание принял к исполнению  __________________     

                                                  Реферат

 

Курсовая работа содержит 29 страниц, 3 рисунка, 2 таблицы, 25 использованных источника литературы.

ТЕМПЕРАТУРА, ПЕРЕКИСНОЕ ОКИСЛЕНИЕ, МАЛОНОВЫЙ ДИАЛЬДЕГИД, РИБАВ-ЭКСТРА, КАТАЗАЗА.

Объектом исследования послужило семена и растения томата.

Предметом исследования показатели перекисного окисления  липидов.

Целью нашей работы было изучение проявления окислительного стресса при действии неблагоприятных температур.

Методы исследования: проведенное исследование опирается на анализ литературных данных, собственные экспериментальные исследования.

Степень внедрения  – частичная.

Область применения –  в научно-исследовательской работе кафедры.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

                                                                                                                                    с.

Введение                                                                                                        6

1 Стресс и  его функциональная основа

1.1 Условия  возникновения активных форм  кислорода в клетках растений                                8

1.1.1 Антиоксидантная  защита растительной клетки

1.1.2 Низкомолекулярные  антиоксиданты

1.1.3 Антиоксидантные ферменты

1.2 Проявление  окислительного стресса у растений

1.2.1 Механизмы  повреждающего действия абиотических  стрессоров на клеточном уровне

1.3 Действие  неблагоприятных температур на  функциональные процессы растений

1.3.1 Влияние  пониженной температуры на растения                                 12

1.3.2 Влияние  повышенной температуры на растения                            14

2 Материалы  и методы исследования

1. Материал исследования

2.2 Определение  интенсивности ПОЛ                                                       20

2.3 Определение активности каталазы                  

4.1 Определение  влияния высоких и низких температур  на состояние мембран изучаемых  объектов                                                                             21

4.1 Определение  интенсивности ПОЛ                                                       22

2. Определение активности каталазы
3. Заключение

Список используемой литераторы

 

 

Список сокращений

 

АО - антиоксиданты

АФК – активные формы  кислорода

ГР – глутатионредуктаза

ГТ - глутатионтрансфераза

ЖК – жирные кислоты

ПОЛ – перекисное окисление  липидов

СОД – супероксиддисмутаза

ЭТЦ –электронно-транспортная цепь

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Температурный режим - один из важнейших экологических факторов,- который оказывает существенное воздействие на метаболизм, рост, развитие и продуктивность растений [1]. Поэтому выяснение механизмов термоустойчивости может быть отнесено к числу основных направлений; исследований в современной физиологии растений. Известно, что реакция растения на любые отклонения факторов среды от нормы включает специфические и неспецифические ответные реакции. Неспецифической реакцией является образование свободных радикалов и таких активных форм кислорода, как супероксид анион кислорода и перекись водорода, которые вызывают перекисное окисление мембранных липидов, разрушение пигментов и клеточных структур, подавление роста и развития. Однако растения располагают системой защиты от окислительной деструкции, представленной ферментами - детоксикаторами (каталаза, пероксидаза, супероксиддисмутаза) и низкомолекулярными антиоксидантами, такими как аскорбиновая кислота, а - токоферол, каротиноиды, флавоноиды и др.

Одной из причин нарушения  физиологических процессов у  растений при действии повреждающих абиотических факторов является интенсивная генерация активных форм кислорода (АФК). Развитие окислительного стресса в данном случае можно рассматривать как нарушение существующего в оптимальных условиях внутриклеточного баланса между АФК и системами антиоксидантной защиты клетки. В последнее время все более популярной становится гипотеза, согласно которой адаптация растений к действию стрессоров различной природы в значительной степени зависит как от функционирования антиоксидантных ферментов, таких как супероксиддисмутаза (СОД), пероксидаза, каталаза, аскорбатпероксидаза и другие ферменты, так и от накопления в клетках низкомолекулярных антиоксидантов (пролина, полиаминов, токоферола, сахаров, аскорбиновой кислоты, фенолов). Существует точка зрения, что низкомолекулярные органические антиоксиданты в ряде случаев более эффективно защищают метаболизм от АФК, чем антиоксидантные ферменты.[1]

Важная роль отводится  АФК в стрессовых ответах растительных клеток. В целом, в нормально функционирующем  организме существует баланс между активацией и дезактивацией кислорода, поэтому содержание его активных форм поддерживается на безопасном уровне. Баланс, однако, может сдвигаться в окислительную сторону при самых разнообразных патологических и стрессовых состояниях растительных клеток. [2]

Особое внимание в  настоящее время уделяется быстрой  продукции АФК с последующим  каскадом ответов (реакции окислительного взрыва) растительных клеток при воздействии  биотических и абиотических стрессоров. Считается, что образование О₂∙−∙и перекиси водорода (Н₂О₂) является одной из ранних реакций, происходящих при патогенной атаке в растительных клетках. Показано, что окислительный взрыв может происходить в растительных клетках также при действии самых разнообразных абиотических стрессоров. Так, например, в развивающихся проростках кукурузы он индуцируется при действии низкой температуры Основными источниками О^.₂ и Н₂О₂ в ходе окислительного взрыва являются ферментативные системы, локализованные на внешней поверхности растительных клеток. [1,3] Известно, что увеличение пероксидазной активности является неспецифическим ответом на биотические и абиотические стрессоры.

Среди абиотических факторов среды основным экологическим стрессором является температура. Так, в основе первичных реакций клетки на действие пониженных положительных температур лежит возникновение окислительного стресса. [4]

Целью нашей работы являлось изучение проявления окислительного стресса при действии неблагоприятных температур. В связи с этим было необходимо решить следующие задачи:

- изучить представления об окислительном стрессе и его проявлениях в растениях;

- определить показатели  перекисного окисления у растений в условиях действия экстремальных температур.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Стресс и  его функциональная основа

 

1.1 Условия возникновения активных форм кислорода в клетках растений

 

Растения сталкиваются с постоянной опасностью: многие процессы, в которых участвует молекулярный кислород, сопровождаются образованием так называемых активных форм кислорода (АФК).Термин «активные формы кислорода» обозначает совокупность короткоживущих взаимопревращающихся реакционно-способных форм кислорода, возникающих в результате его электронного возбуждения или окислительно-восстановительных превращений.[4,1]

Постоянное образование АФК в растительной клетке является нормой и происходит главным образом в хлоропластах, митохондриях и пероксисомах. Наиболее значимые АФК – супероксидрадикал (О₂^.), пероксид водорода (Н₂О₂), гидроксилрадикал (ОН^·), перекисный радикал (RO^·₂), синглетный кислород (¹О₂), озон (О₃).

Первым продуктом восстановления кислорода является супероксидрадикал (О₂^.), который образуется в результате захвата молекулой О₂ одного электрона. Одноэлектронное восстановление происходит при взаимодействии О₂ с восстановленными компанентами электрон-транспортных цепей (ЭТЦ). У растений О₂^. образуется в норме в ЭТЦ дыхания и фотосинтеза; донорами электрона могут быть восстановленные Fe-S-кластеры и редокс-центры, содержащие семихинорадикал. Например, в дыхательной цепи даже в физиологических условиях 2—5 % электронов идет на образование О₂^. в сайтах, расположенных на комплексах 1,11 и 111. В нефотосинтезирующих клетках митохондрии являются основными сайтами образования О₂^.. При фотолизе приоритет в образовании О₂^. принадлежат хлоропластам. Кроме того, образование супероксидрадикала возможно в коротких ЭТЦ, локализованных в мембранах пероксисом, функции которых связана с синтезом или, наоборот, деградацией некоторых соединений. [5] Образование О₂^. связано также с катаболизмом ксантина (соединения которое образуется при разрушении нуклеотидов) в реакции, катализируемой ксантиноксидазой.

Супероксидрадикал имеет  короткое время жизни (10^-6 с) и быстро нейтрализуется при участии супероксиддисмутазы, (СОД) с образованием перекиси водорода: