Адаптация к действию повышенных концентраций меди и цинка и возможность использования в фиторемедиации растений Mesembryanthemum crystallinum L. тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.00.12, кандидат биологических наук Волков, Кирилл Сергеевич

• Волков, Кирилл Сергеевич
• кандидат биологических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат биологических наук Волков, Кирилл Сергеевич

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 9 1.1.Общие представления о цинке и меди, как эсенциальных элементах и потенциальных загрязнителях окружающей среды

1.1.1. Медь и цинк в почве и растениях

1.1.1.1. Медь и цинк в почве

1.1.1.2. Медь и цинк в растении - поглощение, транспорт, биологическая роль

1.1.2. Фиторемедиация

1.1.2.1. Экологические группы растений по отношению к ТМ. Аккумуляторы и гипераккумуляторы

1.1.2.2. Виды и механизмы фиторемедиации

1.2.Механизмы адаптации растений к высоким концентрациям ТМ

1.2.1. Барьерные механизмы

1.2.2. Хелатирование

1.2.2.1. Фитохелатины

1.2.2.2. Металлотионеины

1.2.3. Компартментация

1.2.3.1. Цитоплазматическая мембрана

1.2.3.2. Вакуоль

1.3.САМ-фотосинтез как путь адаптации растений к абиотическим стрессорным факторам.

ГЛАВА 2. Объект и методы исследования.

2.1. Объект исследования

2.2. Выращивание хрустальной травки в водной культуре

2.3. Условия проведения опытов

2.4. Измерение биомассы

2.5. Определение общего содержания воды в листьях

2.6. Определение интенсивности транспирации

2.7. Определение осмотического потенциала

2.8. Определение содержания свободного пролина

2.9. Измерение рН и буферной емкости

2.10. Определение концентрации хлорофилла

2.11. Оценка утечки электролитов

2.12. Определение содержания ионов в ткани растений

2.13. Определение активности пероксидазы

2.14. Определение интенсивности перикисного окисления липидов (ПОЛ)

2.15. Определение содержания белка 65 2.1 б.Оценка интенсивности экспрессии генов металлотионеинов 65 2.17. Математическая обработка данных

ГЛАВА 3. Экспериментальная часть

3.1. Адаптация растений к действию токсических концентраций меди и цинка

3.1.1. Влияние меди и цинка на прорастание

3.1.2. Влияние меди и цинка на растения при длительном выращивании

3.1.2.1. Рост и развитие растений при действии высоких концентраций меди и цинка

3.1.2.2. Аккумуляция меди и цинка

3.1.2.3. Изменение водного статуса растений при действии высоких концентраций меди и цинка. Индукция САМ.

3.1.2.4. Формирование окислительного стресса при действии высоких концентраций меди и цинка.

3.1.2.5. Индукция медью и цинком экспрессии генов металлотионеинов.

3.2. Адаптация растений к совместному действию засоления и меди. 101 3.2.1. Рост и развитие растений при одновременном действии высоких концентраций меди и засоления.

3.2.2. Аккумуляция меди в условиях совместного с засолением ее действия.

3.2.3. Изменение водного статуса при одновременном действии засоления и меди. Аккумуляция пролина.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Адаптация к действию повышенных концентраций меди и цинка и возможность использования в фиторемедиации растений Mesembryanthemum crystallinum L.»

Проблема повышенного содержания тяжелых металлов (ТМ) в окружающей среде с каждым годом приобретает все большую актуальность. В настоящее время проблемными с точки зрения превышения допустимых концентраций различных ТМ являются не только участки, прилежащие к крупным магистралям, но и рекреационные территории в крупных мегаполисах, а также сельскохозяйственные угодья. В связи с этим представляется крайне необходимым проведение исследований, направленных на изучение влияния высоких концентраций ТМ на растения и формирование у последних адаптационных механизмов, позволяющих выживать в экстремальных условиях.

Полученные в таких исследованиях данные представляют большой интерес как для понимания общих механизмов устойчивости к экстремальным воздействиям, так и с практической точки зрения, поскольку устойчивые виды, способные не только расти в присутствии повышенных концентраций ТМ, но и накапливать их в надземных органах, могут в дальнейшем использоваться в целях фиторемедиации, - одной из наиболее перспективных стратегий очистки контаминированных территорий от полютантов (Cunningham and Ow, 1996; Gleba et al., 1999; Lasat, 2002).

Факультативный галофит Mesembryanthemum crystallinum L. (хрустальная травка) уже длительное время используется в качестве модели для изучения механизмов адаптации к экстремальным условиям, однако, к настоящему времени не проведено систематического изучения адаптации растений хрустальной травки к действию ТМ. В исследованиях Н.И. Шевяковой с соавт. (2003) было показано, что относительная устойчивость растений М. crystallinum к кадмию сопряжена со слабым поступлением этого ТМ в надземные органы. Напротив, в исследовании Thomas et al. (1998) была установлена возможность роста растений хрустальной травки при чрезвычайно высоких концентрациях солей меди в среде (до 8 мМ), что сопровождалось накоплением ионов меди в листьях. Однако, несмотря на то, что авторы ограничились лишь кратковременными опытами, это не помешало им заявить о возможности использования М. crystallinum в целях фиторемедиации загрязненных медью территорий.

В последнее время немало внимания уделяется изучению механизмов адаптации растений к комплексному действию стрессорных факторов и явлению так называемой кросс-адаптации - способности растений повышать устойчивость к данному фактору в результате адаптации к фактору иной природы. Однако, вопрос о том, сопровождается ли адаптация растений к засолению увеличением толерантности к ТМ, остается в настоящее время открытым. Вместе с тем, понимание механизмов адаптации растений к комбинированному действию хлоридного засоления и ТМ представляет помимо теоретического и немалый практический интерес, - зачастую загрязнение ТМ сопровождается и повышенным уровнем солей в почве. В особенности это характерно для территорий, прилежащих к магистралям -одного из главнейших объектов фиторемедиации в крупных мегаполисах.

Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы являлось изучение воздействия на растения хрустальной травки солей меди и цинка, а также комплекса стрессорных факторов, в частности меди и хлоридного засоления, изучение механизмов адаптации к данным стрессорам, оценка возможности использования растений в фиторемедиации.

В связи с этим были поставлены следующие задачи:

1. Выяснить диапазоны концентраций сернокислых солей меди и цинка, в которых растения хрустальной травки сохраняют способность к нормальному прохождению онтогенетического цикла.

2. Исследовать изменение основных параметров водного статуса растений при действии меди и цинка, а также выяснить, сопровождаются ли такие изменения стресс-индуцированным формированием важного водосберегающего механизма М. crystallinum - САМ-типа фотосинтеза.

3. Оценить интенсивность индуцируемого солями меди и цинка у растений М. crystallinum окислительного стресса.

4. Выяснить, приводит ли воздействие на растения хрустальной травки солей меди и цинка к активации экспрессии генов металлотионеинов -основной группы хелатирующих данные ТМ пептидов растений.

5. Исследовать особенности адаптации растений М. crystallinum к совместному действию меди и хлористого натрия.

6. Проследить изменение основных физиологических параметров растений М. crystallinum при комплексном действии солей меди и засоления и дать ответ на вопрос, является ли хрустальная травка пригодной для фиторемедиации территорий, подвергнутых одновременно засолению и загрязнению ТМ.

Научная новизна. Впервые показана высокая степень устойчивости растений М. crystallinum к солям цинка на стадии проростков. Впервые показана возможность функционирования САМ-типа фотосинтеза у растений хрустальной травки при действии ТМ. Экспериментально доказано, что ТМ-индуцированный окислительный стресс у растений М. crystallinum не сопровождается нарушением барьерных свойств основных клеточных мембран. Впервые обнаружена индукция ионами меди и цинка экспрессии генов металлотионеинов у растений М. crystallinum. Впервые проведено изучение особенностей формирования адаптации растений хрустальной травки к меди при совместном действии с хлористым натрием. Установлено, что адаптация растений к избыточному засолению сопровождается снижением токсического эффекта меди и что важную роль в этом процессе играет способность растений к повышенной аккумуляции пролина.

Практическая значимость. Полученные в работе теоретические данные об особенностях действия солей цинка и меди на изменение параметров водного статуса, формирование САМ и окислительного стресса у растений, а также о механизмах устойчивости как к ТМ, так и к комплексному действию факторов, имеют существенное значение для выяснения хода формирования адаптивных процессов у галофитов и при разработке технологии создания трансгенных растений с повышенной устойчивостью. Растения М. crystallinum могут быть рекомендованы для фиторемедиации территорий с комплексным загрязнением. Теоретические обобщения и совокупность полученных экспериментальных данных может использоваться в курсах лекций для студентов биологических факультетов ВУЗов страны.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались на международной конференции «Aral Sea Basin Conference» (Бухара, 2003), на V Съезде общества физиологов растений России и Международной конференции «Физиология растений - основа фитобиотехнологии» (Пенза, 2003), на годичном собрании физиологов растений России и Международной научной конференции «Проблемы физиологии растений севера» (Петрозаводск, 2004), на международной конференции «Физиологические и молекулярно-генетические аспекты сохранения биоразнообразия» (Вологда, 2005).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 работ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания объекта и методов исследований, изложения полученных результатов, обсуждения, заключения и выводов. Работа изложена на 132 страницах машинописного текста, включая 6 таблиц, 28 рисунков; библиография содержит 131 название, в т.ч. 111 на иностранных языках.

Заключение диссертации по теме «Физиология и биохимия растений», Волков, Кирилл Сергеевич

выводы

1. Растения хрустальной травки показали довольно высокую устойчивость к действию солей меди и особенно цинка. Полностью завершая онтогенетический цикл при концентрациях C11SO4 до 100 мкМ и ZnS04 до 800 мкМ, растения накапливали в надземных органах значительные количества ТМ, хотя недостаточные для отнесения данного растения к гипераккумуляторам этих ТМ. Вместе с тем хрустальная травка обнаруживала максимальную устойчивость на стадии проростков, что весьма полезно при использовании растения в целях фиторемедиации.

2. Действие ТМ проявлялось в резком снижении аккумуляции биомассы, падении оводненности, нарушении синтеза хлорофилла, а также в активной аккумуляции АФК, что приводило к проявлению на листьях некрозов и интенсификации перекисного окисления липидов.

3. Такое действие ТМ инициировало реализацию ряда адаптивных стратегий, среди которых - стресс-индуцированное формирование САМ; осморегуляция, включающая активный синтез пролина; активация защитных ферментов окислительного стресса, что позволяло поддерживать нормальное функционирование основных мембран клетки.

4. В ответ на действие солей меди и в меньшей степени цинка происходила активация экспрессии двух генов металлотионеинов (МТ6273 и МТ6331) - специфических хелаторов ТМ, установленная на уровне кодируемых этими генами мРНК. Основную роль в детоксикации цинка, по-видимому, играет активный транспорт этого ТМ в вакуоль ZAT транспортерами.

5. Совместное действие хлористого натрия и ТМ значительно увеличивало адаптационный потенциал растений хрустальной травки, в основе чего может лежать их способность к суперпродукции пролина, обладающего множественным стресс-протекторным действием.

6. Накопление значительных количеств ТМ в надземных органах хрустальной травки вместе с довольно коротким вегетационным циклом и высокой устойчивостью к одновременному действию ТМ и засоления позволяет рассматривать данное растение как перспективное для фиторемедиации, особенно территорий с комплексным загрязнением.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Как медь, так и цинк являются эссенциальными элементами для растений. Так, известно, что медь является ключевым компонентом, обеспечивающим функционирование ряда ферментов (цитохромоксидазы, аскорбатоксидазы и др.) и белков неферментативной природы (например, пластоцианина). Среди функций цинка в последние годы особое внимание привлекает его участие в работе транскрипционных факторов. Незаменимостью этих элементов, в частности, объясняется то обстоятельство, что при выращивании растений в водной культуре соли меди и цинка являются обязательными компонентами питательных смесей. Так, среда, использованная в опытах с хрустальной травкой, содержала 0,25 мкМ CuS04 и 1 мкМ ZnS04 .

На уровне прорастания семян и начальной стадии роста проростков растения хрустальной травки проявляли высокую устойчивость к солям ТМ, поскольку всхожесть не снижалась при 200 мкМ CuS04 и 1000 мкМ ZnS04. Однако при длительном выращивании растения М. crystallinum обнаружили способность адаптироваться лишь к более низким концентрациям (до 100 мМ CuS04 и 800 мМ ZnS04), что, тем не менее, было в 200 и 800 в раз выше, чем содержание этих соединений в стандартной питательной среде.

Как и для большинства изученных растений, для хрустальной травки соли меди оказались значительно более токсичными, чем соли цинка. Этому выводу вполне соответствуют существенно меньшие концентрации меди в сравнении с цинком, обычно обнаруживаемые в тканях растений в норме (Си - 1-10 мкг.г"1 , Zn - 10-100 мкг.г"1 сухой массы), а также минимальные токсические концентрации этих ТМ (Си - 20-30 мкг.г"1, Zn - 300-500 мкг.г"1 сухой массы).

Результаты наших экспериментов не позволяют пока отнести хрустальную травку к гипераккумуляторам изученных нами ТМ. Действительно, несмотря на то, что при выращивании растений на среде с

800 мкМ ZnSC>4 содержание цинка в листьях достигало почти 2 мг на г сухой массы, эта величина все же существенно ниже концентрации, характерной для гипераккумуляторов цинка (более 10 мг на г сухой массы листьев). Что же касается отношения хрустальной травки к меди, прежде всего, обращает на себя внимание ее высокая токсичность.

Помимо нарушения водного статуса, отчетливым признаком негативного действия солей меди и в меньшей степени цинка является окислительный стресс. К его проявлениям в первую очередь следует отнести заметную деградацию хлорофилла и торможение его синтеза, а также активацию пероксидазы и липоксигеназы. Вместе с тем, существенно, что окислительный стресс не сопровождался нарушениями барьерных функций основных клеточных мембран. Полученные нами данные подтверждают вывод, сделанный при изучении действия меди на растения Silene cucubalus о критической роли поддержания барьерных свойств мембран в реализации устойчивости к этому ТМ (De Vos et al., 1991). Характер защитных реакций хрустальной травки — активизация свободной формы пероксидазы, аккумуляция пролина - также может служить подтверждением внутриклеточных, возможно, хлоропластных повреждений, вызываемых АФК, но не затрагивающих в существенной степени функционирование тонопласта и плазмалеммы.

В целом, полученные данные позволяют сделать заключение об относительно высокой устойчивости растений хрустальной травки к солям меди и особенно цинка. Хотя соли меди заметно тормозили рост уже в концентрации 25 мкМ, растения могли завершать онтогенез и формировать полноценные семена даже при 100 мкМ C11SO4 в среде. Однако необходимо отметить, что эта концентрация почти на 2 порядка ниже той, что была заявлена как пригодная для роста хрустальной травки в работе Thomas et al.(1998) на основании 3-7-дневных опытов. Вместе с тем, в пользу сравнительно высокой устойчивости хрустальной травки к меди свидетельствует тот факт, что длительное выращивание при относительно невысоких концентрациях C11SO4 приводило к аккумулированию в листьях более 100 мкг меди на 1 г сухой массы, что в несколько раз превышает токсический уровень этого ТМ для большинства растений.

Несомненный вклад в устойчивость растений к действию меди вносит хелатирование ионов данного металла специфическими низкомолекулярными белками-хелаторами - металлотионеинами, значительная активация экспрессии генов которых была обнаружена нами у растений М. crystallinum. Таким образом, можно предположить, что в детоксикации меди у М. crystallinum функционирует преимущественно механизм хелатирования, в то время как устойчивость к цинку, скорее всего, реализуется посредством механизма его компартментации в вакуоль, активное участие в этом процессе по некоторым данным принимают транспортные ZAT белки (Hall and Williams, 2003).

Значительно лучшая адаптивная способность растений хрустальной травки в условиях совместного действия меди и засоления может объясняться, с одной стороны, улучшением водного статуса растений, с другой - повышенной аккумуляцией пролина, сопряженной с резким снижением осмотического потенциала растений. Известно, что пролин обладает значительным антиоксидантным действием, а соли меди как металла с переходной валентностью инициируют возникновение активных форм кислорода. Можно на этом основании заключить, что адаптация растений к хлористому натрию (400 мМ) сопровождается снижением токсического эффекта меди, важную роль в этом играет способность растений в ответ на совместное действие двух исследованных факторов к суперпродукции пролина, обладающего множественным стресс-протекторным действием.

Список литературы диссертационного исследования кандидат биологических наук Волков, Кирилл Сергеевич, 2006 год

1. Барабой В.А. Петрина Л.Г. (2003) Металлотионеины: структура и механизмы действия. Укр. биохим. журн. Т.75. С.28-36.

2. Важенина Е.А. (1983) Химические и минералогические исследования почв в окрестностях металлургических предприятий. Бюл. Почв, ин-та им.

3. B.В.Докучаева. Вып.35. С.32-36.

4. Виноградов А.П. (1962) Среднее содержание химических элементов в главных типах изверженных горных пород земной коры. Геохимия. №7.1. C.555-571.

5. Голубкина Н.А. (1995) Флуорометрический метод определения селена. Журнал аналитической химии. Т.50. С.492-497.

6. Евсеева Т., Юранева И., Храмова Е. (2003) Механизмы поступления, распределения и детоксикации тяжелых металлов у растений. http://ib.komisc.rU/t/ru/ir/vt/03-69/01 .html

7. Иванов В.Б., Быстрова Е.И., Серегин И.В. (2003) Сравнение влияния тяжелых металлов на рост корня в связи с проблемой специфичности и избирательности их действия. Физиология растений. Т.50. С.445-454.

8. Ильин В.Б. (1991) Тяжелые металлы в системе почва растение. Новосибирск. Изд. Наука. 150 с.

9. Кабата-Пендиас А., Пендиас Х.(1989) Микроэлементы в почвах и растениях. М. Изд. Мир, 312с.

10. Калинкина Л.Г., Наумова Т.Г. (1993) Роль фотодыхания в накоплении свободного пролина в клетках Chlorella Stigmatophora при засолении. Физиол. растений. Т. 40. № 4. С. 577-583.

11. Кузнецов Вл. В., Нето Д.С., Борисова Н.Н., Дам З.Б., Ракитин В.Ю., Александрова С.Н., Холодова В.П. (2000) Стресс-индуцируемое формирование САМ и предельный адаптационный потенциал растений118

12. Mesembryanthemum crystallinum в экстремальных условиях. Физиология растений. Т.47. С. 190-198.

13. Кузнецов Вл. В., Шевякова Н. И. (1999) Пролин при стрессе: биологическая роль, метаболизм, регуляция. Физиол. растений. Т. 46. Вып. 2. С. 305320.

14. Лукаткин А.С., Башмаков Д.И., Кипайкина Н.В.(2000) Протекторная роль обработки тиидиазуроном проростков огурца при действии тяжелых металлов и охлаждения // Физиология растений. Т.50 С.346-348.

15. Максимович А.Е. (1968) Химия сахарной свеклы в первый год жизни. Физиология сельскохозяйственных растений. М.: МГУ. Т. 7. С. 366.

16. Пустовой И.В., Филин В.И., Корольков А.В.(1995) Практикум по агрохимии. М.: Колос. 336с.

17. Серегин И.В. (2001) Фитохелатины и их роль в детоксикации кадмия у высших растений. Успехи биологической химии. Т.41. С.283-300.

18. Хендерсон П. (1985) Неорганическая геохимия. М.: Мир. 339с.

19. Холодова В.П., Волков К.С., Кузнецов Вл. В. (2005) Адаптация к высоким концентрациям солей меди и цинка растений хрустальной травки и возможность их использования в целях фиторемедиации. Физиология Растений. Т. 52, №6, С. 848 858.

20. Шевякова Н. И., Нетронина И.А., Аронова Е.Е., Кузнецов Вл.В. (2003) Распределение Cd и Fe в растениях Mesembryanthemum crystallinum при адаптации к Cd-стрессу. Физиология растений. Т.50. СП56-1 вЪ.

21. Шлык А.А. (1971) Определение хлорофиллов и каротиноидов в экстрактах зеленых листьев //Биохимические методы в физиологии растений. М., Наука. С. 154-170.

22. Эдварде Дж., Уокер Д. (1986) Фотосинтез С3 и С4 растений: механизмы и регуляция. М.: Мир. 598 с.

23. Adams P., Nelson D.E., Yamada S., Chmara W., Jensen R.G., Bohnert H.J. and Griffiths H. (1998) Tansley Review No. 97. Growth and development of Mesembryanthemum crystallinum (Aizoaceae). New Physiologist. V. 138. P. 171-190.

24. Alonso J.M., Hirayama Т., Roamn G., Nourizadeh S., Ecker J.R. (1999) EIN2, a bifunctional transducer of ethylene and stress response in Arabidopsis. Science, V. 284, P. 2148-2152.

25. Ambler J.E., Brown J.C., Gauch H.G. (1970) Effect of zinc on translocation of iron in soybean plants. Plant Physiol. V.46. P.320-323.

26. Arazi Т., Sunkar R., Kaplan В., Fromm H. (1999) A tobacco plasma membrane calmodulin-binding transporter confers Ni2+ tolerance and Pb2+ hypersensitivity in transgenic plants. The Plant Journal. V.20. P. 171-182.

27. Aro E.M., McCaffery S., Anderson J.M. (1993) Photoinhibition and D1 protein degradation in peas acclimated to different growth irradiances. Plant Physiol. V. 103, P. 835-843.

28. Baker A.J.M. (1981). Accumulators and excluders-strategies in the response of plants to heavy metals. J. Plant Nutr. V.3. P.643-654.

29. Baker A.J.M., Brooks R.R. (1989) Terrestrial higher plants which hyperaccumulate metal elements A review of their distribution, ecology and phytochemistry. Biorecovery. V.l. P.81-126.

30. Balandin Т., Castresana C. (2002) AtCOX17, an Arabidopsis homolog of the yeast copper chaperone COX 17. Plant Physiol., V. 129, P. 1852-1857.

31. Baron M., Arellano J.B., Lopez-Gorge J. (1995) Copper and photosystem II: A controversial relationship. Physiol. Plant. V. 94, P. 174-180.

32. Baron M., Lopez-Gorge J., Lachica M., Sadmann G. (1992) Changes in carotenoids and fatty acids in photosysyem II of Cu-deficient pea plants. Physiol. Plant. V. 84, P. 1-5.

33. Baszynski Т., Tukendorf A., Ruszkowska M., Skorzynska E., Maksymiec W. (1988) Characteristics of the photosynthetic apparatus of copper non-tolerant spinach exposed to excess copper. J. Plant Physiol. V. 132, P. 708-713.

34. Bates L.S., Waldren R.P. and Teare I.D. (1973) Rapid determination of free praline for water-stress studies. Plant and Soil. V. 39. № 1. P. 205-207.

35. Bizily S.P., Rugh C.L., Summers A.O., Meagher R.B. (1999) Phytoremediation of methylmercury pollution: merB expression in Arabidopsis thaliana confers resistance to organomercurials. Proc Natl Acad Sci USA. V. 96. P.808-813.

36. Bohert H.J., Nelson D.E., Jensen R.G. (1995) Adaptation to enviromental stresses. Plant Cell. V.7. P.1099-1111.

37. Bowen, J.E. (1969). Adsorption of Copper, Zinc, and Manganese by Sugar Cane Tissue. Plant Physiology, 44, 255-261.

38. Boyd R.S. and Martens S.N. (1998) The significance of metal hyperaccumulation for biotic interactions. Chemoecology. V.8. V.l-7.

39. Boyd R.S. Shaw J., Martens S.N. (1994) Nickel hyperaccumulation defends Streptanthus polygaloides (Brassicaceae) against pathogens. American Journal of Botany. V.81. P. 194-300.

40. Boyd R.S., Martens S.N. (1999) Aphids are unaffected by the elemental defense of the nickel hyperaccumulator Streptanthus polygaloides (Brassicaceae). Chemoecology. V.9. P. 1-7.

41. Boyd, R.S. 2004. Ecology of metal hyperaccumulation. New Phytologist 162:563567

42. Bradford M.M. (1976) A Rapid and Sensitive Method for the Quantification of Microgram Quantities of Proteins Utilizing the Principle of Protein-Dye-Binding. Anal. Biochem. V. 72. P. 248-254.

43. Brewer, E.P., Saunders J.A., Angle J.S., Chaney R.L., Mcintosh M.S. (1999) Somatic hybridization between the zinc accumulator Thlaspi caerulescens and Brassica napus. Theor. Appl. Genet. V.99. P.761-771.

44. Bringezu K., Lichtenberger O., Leopold I., Neumann D. (1999) Heavy metal tolerance of Silene vulgaris. Journal of Plant Physiology. V.154. P.536-546.

45. Brooks, R.R. (1977) Copper and cobalt uptake be Haumaniastrum species. Plant Soil. V.48. P.541-544.

46. Brown S., Chaney R., Angle J.S., Baker A.J.M. (1994) Phytoremediation potential of Thlaspi caerulescens and bladder campion for zinc-contaminated and cadmium-contaminated soil. J. Environ. Qual. V.23. P.l 151-1157.

47. Brown, S.L., Chaney R.L., Angle J.S., Baker A.J.M. (1995) Zinc and cadmium uptake by hyperaccumulator Thlaspi caerulescens and metal tolerant Silene vulgaris grown on sludge-amended soils. Environ. Sci. Technol. V.29. P.1581-1585.

48. Brune A., Urbach W., Dietz K-J. (1994) Compartmentation and transport of zinc in barley primary leaves as basic mechanisms involved in zinc tolerance. Plant Cell and Environment. V.17. P. 153-162.

49. Chaney R.L., Malik M., Li Y.M., Brown S.L., Brewer E.P., Angle J.S., Baker A.J.M. (1997) Phytoremediation of Soil Metals. Current Opinions in Biotechnology. V.8. P.279-284.

50. Chu C., Dai Z., Ku M. S. В., and Edwards G. E. (1990) Induction of Crassulacean acid metabolism in the facultative halophyte Mesembryanthemum crystallinum by abscisic acid. Plant Physiol. V. 93. P. 1253-126.

51. Clemens S. (2001) Molecular mechanisms of plant metal tolerance and homeostasis. Planta. V.212. P.475-486.

52. Clijsters H., VanAssche F. (1985) Inhibition of photosynthesis by heavy metals, Photosynth. Res. V.7. P.31-40.

53. Cobbett C.S. (2000) Phytochelatins and their roles in heavy metal detoxification // Plant physiol. V.123. P.825-832.

54. Colpaert J., van Assche J. (1992) Zinc toxicity in ectomycorrhizal Pinus sylvestris. Plant and Soil. V.143. P.201-211.

55. Colpaert J.V., Vanassche J.A. (1992) Zinc toxicity in ectomycorrhizal Pinus sylvestris L. New Phytol. V.123. P.325-333.

56. Crusberg T.C. (1998) Biomineralization of heavy metals within fungal mycelia. A new technology for bioremediation of hazardous wastes. U.S. EPA STAR Grant R823341. http://es.epa.gov/ncer abstracts/grants/95/engineering/engcrusb.html.

57. Cunningham, S.D., Ow D.W. (1996) Promises and prospects of phytoremediation. Plant Physiol. V.l 10. P.715-719.

58. Cushman J.C. and Bohnert H.J. (1997) Molecular genetics of Crassulacean Acid Metabolism. Plant Physiol. V.l 13. P.667-676.

59. Cuypers A., Vangronsveld J., Clijsters H. Peroxidases in Roots and Primary Leaves of Phaseolus vulgaris Copper and Zink Phytotoxicity: a Comparison // J.Plant Physiology. 2002. V.l59. P.869-876.

60. Dan Т., Raj S.K., Saxena P.K. (1999) Physiology of Heavy Metal Uptake and Tolerance in Plants. Agro's Rev. Plant Physiol. (India). V.IV. P. 195-213.

61. Davies K.L., Davies M.S., Francis D. (1991) Zinc-induced vacuolation in root meristematic cells of Festuca rubra L. Plant, Cell and Environment. V.14. P.399-406.

62. Davis M.A., Boyd R.S., Cane J.H. (2001) Host-switching does not circumvent the Ni-based defence of the Ni hyperaccumulator Streptanthus polygaloides (Brassicaceae). South African Journal of Science, V.97. P.554-557.

63. De Rocher E.J. & Bohner H.J. (1993) Development and Environmental Stress Employ different mechanism in the expression of a plant Gene Family. The Plan Cel. V.5;№11. P. 1611 1625.

64. De Vos C.H.R., Schat H., De Waal M.A.M., Vooijs R., Ernst W.H.O. (1991) Increased resistance to copper-induced damage of the root cell plasmalemma in copper tolerant Silene cucubalus. Physiologia Plantarum. V.82. P.523-528.

65. Droppa M., Horvath G. (1990) The role of copper in photosynthesis. Plant Sci. V. 9, P. 111-123.

66. Ellis D.R., Lypez-Millon A.F., Grusak M.A. (2003) Metal Physiology and Accumulation in a Medicago truncatula Mutant Exhibiting an Elevated Requirement for Zinc. New Phytologist. V. 158. P. 207 218.

67. Ernst W.H.O. (1996) Bioavailability of heavy metals and decontamination of soil by plants. Appl. Geochem. V.ll. P. 163-167.

68. Frerot H., Petit C., Lefebvre C., Gruber W., Collin C., Escarre L. (2002) Zinc and Cadmium Accumulation in Controlled Crosses Between Metallicolous and Nonmetallicolous of Thlaspi caerulescens. New Phytologist. V. 157. P. 643648.

69. Garcia-Hernandes M., Murphy A., Taiz L. (1998) Metallothioneins 1 and 2 have distinct but overlapping expression patterns in Arabidopsis. Plant Physiol. V.118. P.387-397.

70. Garty J., Karary Y., Harel J. (1992) Effect of low pH, heavy metals and anions on chlorophyll degradation in the lichen Ramalina duriaei (De Not) Bagl. Environ. Exp. Bot. V.32. P.229-241.

71. Gebhart E. (1984) Chromosome damage in individuals exposed to heavy metals, Toxicol. Environ. Chem. V.8. P.253-266.

72. Giritch A., Ganal M., Stephan U.W., Baumlein H. (1998) Structure, expression and chromosomal localization of the metallothionein-like gene family of tomato. Plant Molecular Biology. V.37. P.701-714.

73. Gleba D., Borisjuk N.V., Borisjuk L.G., Rneer R., Poulev A., Skarzhinskaya M., Dushenkov S., Logendra S., Gleba Y.Y., Raskin I. (1999) Use of plant roots for phytoremediation and molecular farming. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. V. 96. P. 5973-5977.

74. Grotz N., Fox Т., Connolly E., Park W., Guerinot M., Eide D. (1998) Identification of a family of zinc transporter genes from Arabidopsis that respond to zinc deficiency. Proc. Natl. Acad. Sci, V. 95, № 12, P. 7220-7224.

75. Grotz N., Fox Т., Connolly E., Park W., Guerinot M.L., Eide D. (1998) Identification of a family of zinc transporter genes from Arabidopsis that respond to zinc deficiency. Proceedings of the National Academy of Sciences, USA. V.95. P.7220-7224.

76. Guerinot M.L. (2000) The ZIP family of metal transporters. Biochimica et Biophysica Acta. V.1465. P. 190-198.

77. Gupta M., Cuypers A., Vangronsveld J., Clijsters H. (1999) Copper affects the enzymes of the ascorbate-glutathione cycle and its related metabolites in the roots of Phaseolus vulgaris. Physiol. Plant. V. 106, P. 262-267.

78. Hall J., Williams E. (2003) Transition metal transporters in plants. J. Exp. Botany, V. 54, № 393, P. 2601-2613

79. Hall J.L. (2002) Cellular Mechanisms for Heavy Metal Detoxification and Tolerance. J. Exp. Botany. V. 53. P. 1-11.

80. Halliwell В., Gutteridge J.M.C. (1984) Oxygen toxicity, oxygen radicals, transition metals and disease. Biochem. J. V. 219, P. 1-14.

81. Hartley J., Cairney J.W.G., Meharg A.A. (1997) Do ectomycorrhizal fungi exhibit adaptive tolerance to potentially toxic metals in the environment? Plant and Soil. V.189. P.303-319.

82. Heath R.L., Packer L. (1968). Photoperoxidation in isolated chloroplasts. Kinetics and stoichiometry of fatty acid peroxidation. Arch. Biochem. Biophysics. V. 125 P. 189-198.

83. Himelblau E., Mira H., Lin S., Culotta V., Penarrubia L., Amasino R. (1998) Identification of a functional homolog of the yeast copper homeostasis gene ATX1 from Arabidopsis. Plant Physiol., V. 117, P. 1227-1234.

84. Hirschi K.D., Zhen R.G., Cunningham K.W., Rea P.A., Fink G.R. (1996) CAXI, an H /Ca antiporter from Arabidopsis. Proceedings of the National Academy of Sciences, USA. V.93. P.8782-8786.

85. Kluge M. (1979) The Flow of Carbon in CAM . Encyclopedia of Plant Physiology. Photosinthesis II. New series, Berlin: "Springer-Verlang". V.6. P.113 -125.

86. Mahalingam R., Federoff N. (2003) Stress response, cell death and signaling: the many faces of reactive oxygen species. Physiologia Plantarum. V.l 19. P.56-68.

87. Maksymiec W, Baszynski T. (1999) The role of Ca2+ ions in modulating changes induced in bean plants by an excess of Cu ions. Chlorophyll fluorescence measurements. Physiol. Plant. V. 105, P. 562-568.

88. Maksymiec W. (1997) Effect of copper on cellular processes in higher plants. Photosynthetica, V. 34, P. 132 342.

89. Maksymiec W., Russa R., Urbanik-Sypniewska Т., Baszynski T. (1994) Effect of excess Cu on the photosynthetic apparatus of runner bean leaves treated at two different growth stages. Physiol. Plant. V. 91, P. 715-721.

90. Martens S.N. and Boyd R.S. (2002) The defensive role of Ni hyperaccumulation by plants: a field experiment. American Journal of Botany. V.89. P.998-1003.

91. Maser P., Thomine S., Schroeder J.I., (2001) Phylogenetic relationships within cation transporter families of Arabidopsis. Plant Physiology. V. 126. P. 16461667.

92. Maslenkova L.T., Zanev Y., Popova L.P. (1990) Oxygen-evolving activity of thylakoids from barley plants cultivated on different concentrtion of jasmonic acid. Plant Physiol. V. 93, P. 1316-1320.

93. Meharg A.A. (1993) The role of the plasmalemma in metal tolerance in angiosperms. Physiologia Plantarum. V.88. P. 191-198.

94. Meharg A.A. (1994) Integrated tolerance mechanisms: constitutive and adaptive plant responses to elevated metal concentrations in the environment. Plant, Cell and Environment. V.17. P.989-993.

95. Meharg A.A., Macnair M.R. (1990) An altered phosphate uptake system in arsenate-tolerant Holcus lanatus. New Phytologist. V.l 16. P.29-35.

96. Murphy A., Taiz L. (1995) Comparison of Metallothionein Gene Expression and Nonprotein Thiols in Ten Arabidopsis Ecotypes. Plant Physiol. V. 109. P. 945-954.

97. Murphy A., Zhou J., Goldsbrough В., Taiz L. (1997) Purification and imunological identification of Metallothioneins 1 and 2 from Arabidopsis thaliana. Plant Physiol. V.l 13. P.1293-1301.

98. Nelson N. (1999) Metal ion transporters and homeostasis. EMBO J. V.l8, P. 43614371

99. Palmier R.D. (1994) Regulation of metallothionein genes by heavy metals appears to be mediated by a zinc-sensitive inhibitor that interact with a constitutively active transcription factor, MTF-1. Proc. Nat. Acad. Sci. USA. V. 91. P. 12191223.

100. Patsikka E., Aro E.-M., Tyystjarvi E. (1998) Increase in the quantum yield of photoinhibition contributes to copper toxicity in vivo. Plant Physiol. V. 117, P. 619-627.

101. Patsikka E., Kairavuo M., Sersen F., Aro E. M., Tyystjarvi E. (2002) Excess copper predisposes photosystem II to photoinhibition in vivo by outcompetingiron and causing decrease in leaf chlorophyll. Plant Physiol. V. 129,P. 13591367.

102. Paulsen I.T., Saier Jr. M.H. (1997) A novel family of ubiquitous heavy metal ion transport proteins. Journal of Membrane Biology. V. 156 P. 99-103.

103. Pence N. S., Larsen P.B., Ebbs S.D., Letham D.L.D., Lasat M.M., Garvin D.F., Eide D., Kochian L.V. (2000) The Molecular Physiology of Heavy Metal Transport in the Zn/Cd Hyperaccumulator Thlaspi caerulescens. Proc.Natl.Adad.Sci.USA. V.97. P.4956-4960.

104. Persans M.W., Yan X., Patnoe J-M.M.L., Kramer U., Salt D.E. (1999) Molecular dissection of the role of histidine in nickel hyperaccumulation in Thlaspi goesingense (Halacsy). Plant Physiology. V.121. P.l 117-1126.

105. Quartacci M.F., Pinzino C., Sgherri C.L.M., Dalla Vecchia F., Navari-Izzo F. (2000) Growth in excess copper induces changes in the lipid composition and fluidity of PSII-enriched membranes in wheat. Physiol. Plant. V. 108, P. 8793.

106. Rauser W.E. (1995) Phytochelatins and related peptides. Structure, biosynthesis and function. Plant Physiology. V.109. P.l 141-1149.

107. Rauser W.E. (1999) Structure and function of metal chelators produced by plants -the case for organic acids, amino acids, phytin and metallothioneins. Cell Biochemistry and Biophysics. V.31. P. 19-48.

108. Raven J. A., Evans M., Korb R.E. (1999) The role of trace metals in photosynthetic electron transport in C^-evolving organisms. Photosynth. Res. V. 60, P. 111149.

109. Rebeiz C.A., Castelfranco P.A. (1973) Protochlorophyll and chlorophyll biosynthesis in cell-free systems from higher plants. Annu. Rev. Plant Physiol. V. 24, P. 129-172.

110. Reeves R.D., Baker AJ.M. (2000) Metal-accumulating plants. In: Raskin I., Ensley, B.D. Phytoremediation of Toxic Metals. John Wiley and Sons Inc., New York, P.231-246.

111. Ridge I., Osborne D.J. (1971) Role of Peroxidase when Hydroxyproline-Rich Protein in Plant Cell Wall is Increased by Ethylene. Nature (New Biol.) V.229.P.205-208.

112. Rodriguez F.I., Esch J.J., Hall A.E., Binder B.M., Schaller G.E., Bleecker A.B. (1999) A copper cofactor for the ethylene receptor ETR1 from Arabidopsis. Science V. 283, P. 996-998.

113. Rout G.R., Das P. (2003) Effect of metal toxicity on plant growth and metabolism: I. Zinc. Agronomie V.23, P. 3-11.

114. Salt D.E., Kramer U. (2000) Mechanisms of metal hyperaccumulation in plants. In: Raskin I, Ensley В (eds) Phytoremediation of Toxic Metals. John Wiley and Sons Inc., New York, P.231 -246.

115. Salt D.E., Rauser W.E. (1995) MgATP-dependent transport of phytochelatins across the tonoplast of oat roots. Plant Physiology. V.107. P. 1293-1301.

116. Salt, D.E., Prince R.C., Baker A.J.M., Raskin I., Pickering I.J. (1999) Zinc ligands in the metal hyperaccumulator Thlaspi caerulescens as determined using X-ray absorption spectroscopy. Environ. Sci. Technol. V.33. P.713-717.

117. Sancenon V., Puig S., Mira H., Thiele D., Penarrubia L. (2003) Identification of a copper transporter family in Arabidopsis thaliana. Plant Mol. Biol., V. 51, P. 577-587.

118. Schuetzenduebel A., Polle A. (2002) Plant Responses to Abiotic Stresses: Heavy Metal-Induced Oxidative Stress and Protection by Mycorrhization // J.Exptl.Bot. V.53.P.1351-1365.

119. Shetty K.G., Hetrick B.A.D., Figge D.A.H., Schwab A.P. (1994) Effects of mycorrhizae and other soil microbes on revegetation of heavy metal contaminated mine spoil. Environ. Pollut. V.86. P. 181-188.

120. Shier W.T. (1994) Metals as toxins in plants, J. Toxicol.-Toxin Rev. V.13, P. 205216.

121. Shikanai Т., Mtiller-Moule P., Munekage Y., Niyogi K., Pilon M. (2003) PPA1, a P-type ATPase of Arabidopsis, functions in copper transport in chloroplasts. Plant Cell, V. 15, P. 1333-1346.

122. Silver S. (1996) Bacterial resistance to toxic metal ions—a review. Gene. V.179. P.9-19.

123. Solioz M, Vulpe (1996) CPx-type ATPases: a class of P-type ATPases that pump heavy metals. Trends Biochem. Sci. V. 21, P. 237-241.

124. Sresty T.V.S., Madhava Rao K.V. (1999) Ultrastructural alterations in response to zinc and nickel stress in the root cells of pigeonpea. Environ. Exp. Bot. V.41. P.3-13.

125. Steffens J.C. (1990) The heavy metal-binding peptides of plants. Annu. Rev. Plant Mol. Biol. V.41. P.553-575.

126. Thomas J. C., Malik F.K., Endreszl C., Davis E.C., Murray K.S. (1998) Distinct Responses to Copper Stress in the Halophyte Mesembryanthemum crystallinum //Physiologia Plantarum. V.102. P. 360-368.

127. Thomas J. C., McElwain E. F., Bohnert H. J. (1992) Convergent induction of Osmotic Stress-Responses: ABA and cytokinin and the effects of NaCl. Plant Physiol. V. 100. P. 416-423.

128. Tomos A.D., Leigh R.A., Shaw C.A., Wyn Jones R.G. (1984) A Comparison ofmethods for measuring turgor pressures and osmotic pressures of cells of red beet storage tissue. J. Exp. Bot. V. 35. P. 1675.

129. Trindade L.M., Horvath B.M., Bergervoet M.J.E., Visser R.G.F. (2003) Isolation of a gene encoding a copper chaperone for copper/zinc superoxide dismutase and characterization of its promoter in potato. Plant Physiol., V. 133,P. 618629.

130. Tripathy B.C., Mohanty P. (1980) Zinc inhibited electron transport of photosynthesis isolated barley chloroplasts, Plant Physiol. V.66. P. 1174-1178.

131. Ueda J., Shimazu Y., Ozawa T. (1994) Oxidative damage induced by Cu(II)-oligopeptide complexes an hydrogen peroxide. Biochem. mol. Biol. int. V.34, P. 801-808.

132. Van Assche F., Clijsters H. (1986) Inhibition of photosynthesis in Phaseolus vulgaris by treatment with toxic concentration of zinc: effect on ribulose 1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase, J. Plant Physiol. V.125. P.355-360.

133. Winter К. (1973) Zum Problem der Ausbildung des Crassulaceensaurestoffwechsels bei Mesembryanthemum crystallinum unter NaCl-Einfluss. Planta. Bd.109. S. 135-145.

134. Xiang C., Oliver D.J. (1998) Glutathione metabolic genes coordinately respond to heavy metals and jasmonic acid in Arabidopsis. The Plant Cell. V.10. P.1539-1550.

135. Yruela I. (2005) Copper in plants. Braz. J. Plant Physiol., V.17, P. 145-156

136. Zenk M.H. (1996) Heavy metal detoxification in higher plants—a review. Gene. V.179. P.21-30.