Влияние УФ-В-радиации на функциональную стабильность ячменя и состояние неэнзиматических компонентов системы антиоксидантной защиты тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.01.01, кандидат биологических наук Манин, Константин Владимирович

• Манин, Константин Владимирович
• кандидат биологических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат биологических наук Манин, Константин Владимирович

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. Общая характеристика УФ-радиации как экологического фактора среды

1.1. Солнечная УФ-радиация

1.2. Биологическая активность и экологическая роль ультрафиолета

1.3. Влияние УФ-В-излучения на функциональную стабильность сельскохозяйственных культур

1.4 Влияние УФ-В-излучения на компоненты антиоксидантной защиты

Глава 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Общая характеристика экспериментальных работ

2.2. Объект исследований

2.3. Методика УФ-В-облучениярастений

2.3.1 Схема полевых и вегетационного экспериментов

2.4. Методические подходы к оценке биологических показателей...

41

2.4.1. Определение фотосинтетических пигментов

2.4.2. Методика количественного определения суммы флавоноидов в растительном сырье спектрофотометрическим методом

2.4.3. Методика определения МДА

2.4.4. Методика определения свободного пролина

2.4.5. Методика определения аскорбиновой кислоты и глутатиона

2.4.6. Статистическая обработка результатов измерений

Глава 3. Полученные результаты и обсуждение

3.1 Агроклиматические условия полевых экспериментов

3.2. Влияние УФ-В на содержание хлорофиллов и каротиноидов

3.3. Влияние УФ-В-излучения на компоненты неферментативной системы антиоксидантной защиты и маркеры перекисного окисления липидов (ПОЛ)

3.4. Влияние УФ-В-излучения на морфологические показатели растений

79

ячменя

3.5. Влияние УФ-В-излучения на цитогенетические показатели в условиях теплицы

3.6. Влияние УФ-В-излучения на функциональную стабильность ячменя с использованием исследованных показателей

Заключение

Выводы

Список использованной литературы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Влияние УФ-В-радиации на функциональную стабильность ячменя и состояние неэнзиматических компонентов системы антиоксидантной защиты»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы.

Изменения свойств биосферы и загрязнение окружающей среды, которые мы наблюдаем сейчас и, по-видимому, будем наблюдать в ближайшие десятилетия, включают в себя как глобальные изменения климата, так и различные региональные техногенные загрязнения природной среды. В настоящее время отмечается истощение озона атмосферы, которое связано с выбросами в окружающую среду хлорированных и фторированных углеводородов (ХФУ). ХФУ широко использовавшихся в холодильной и электронной промышленности, а также при производстве освежителей воздуха. За последние 3 десятилетия XX века истощение озона происходило со скоростью от 1 % до 2 % в год. В 80-е гг. прошлого столетия метеорологи обнаружили так называемые озоновые дыры - зоны атмосферы с истощением озона на более чем 30%. Снижение концентрации атмосферного озона вызывает увеличение активности солнечного спектра ультрафиолетовой радиации диапазона В (УФ-В-радиация) (Caldwell М.М., 1981). На современном этапе биосферных явлений, в связи с образованием весной 2011 года, ранее небывалой арктической «озоновой дыры» (World Meteorology Organization. Женева 5 апреля 2011), отмеченная тенденция может усиливаться. Уровни УФ-В-радиации (280-320 нм), варьирующие и достигающие максимальных значений весной и летом могут влиять на урожай сельскохозяйственных культур. Показано, что даже небольшое увеличение интенсивности ультрафиолета в коротковолновой области солнечного спектра способно вызывать существенное воздействие на рост и развитие многих видов растений (Holmes M.G., 1997; Стржижовский А.Д., 1999; Sharma R., 2001). Небывалое истощение стратосферного озона в Арктике весной 2011 года показывает перспективную возможность усиления ультрафиолетовой радиации, что может стать причиной повышения риска земледелия в северных районах Российской Федерации.

К настоящему времени накоплен значительный экспериментальный материал, посвященный биологическому действию ультрафиолета на естественную растительность и сельскохозяйственные культуры. Начиная с 50-х годов прошлого столетия, проводились исследования по влиянию УФ-излучения на естественную растительность в условиях высокогорья, отличающегося повышенными уровнями УФИ по сравнению с равнинной местностью (Caldwell М.М., 1966). Результаты исследований, касающихся влияния УФ-В-излучения, а также совместного действия ультрафиолета, приоритетных климатических и техногенных факторов на растения, обобщены и опубликованы в ряде обзорных статей (Стржижовский А.Д., 1999; Kakani V.G. et al., 2003; Caldwell M.M. et al., 2003; Дмитриев А.П., Полянский C.O., 2007). В указанных современных публикациях отмечается модифицирующая роль агроклиматических факторов на биологические эффекты у сельскохозяйственных культур, вызванные действием УФ-В-радиации, недостаточно полно освещены вопросы, связанные с состоянием и функционированием системы антиоксидантной защиты в условиях хронического УФ-В-стресса. В связи с отмеченными обстоятельствами исследования настоящей работы представляются актуальными.

Целью настоящей работы явилось:

изучение влияния УФ-В-радиации и климатических факторов внешней среды на функциональную стабильность ячменя на основе анализа морфологических показателей растений и урожая зерна, а также биохимических маркеров неэнзиматических компонентов системы антиоксидантной защиты.

Задачи исследований.

Задачи настоящих исследований включали решение следующих вопросов:

• Провести анализ агроклиматических условий полевых экспериментов и изучить их влияние на содержание фотосинтезирующих пигментов при хроническом УФ-В-облучении растений ячменя.

• Исследовать воздействие УФ-В-излучения и агроклиматических условий на компоненты неферментативной системы антиоксидантной защиты и маркеры перекисного окисления липидов (ПОЛ).

• Изучить влияние У Ф-В-излучения и агроклиматических факторов на морфологические показатели и урожай ячменя.

• Исследовать действие УФ-В-излучения на цитогенетические показатели зерна облученных растений в условиях вегетационного опыта.

• Дать оценку последствий УФ-В-облучения на функциональную стабильность ячменя с использованием показателей, исследованных в настоящей работе.

Объектом исследований являлись растения ярового ячменя сорта Зазерский 85, районированного для условий возделывания в Нечерноземной зоне Российской Федерации, включая Калужскую область.

Предметом исследования является изучение функциональной стабильности ячменя и формирование адаптивных реакций на действие УФ-В-облучения и агроклиматических факторов в полевых и вегетационном экспериментах.

Научная новизна.

Установлены новые закономерности влияния агроклиматических факторов, выраженных в величинах гидротермического коэффициента (ГТК) Селянинова, на характер зависимостей «доза - эффект» при хроническом УФ-В-облучении ярового ячменя по ряду показателей фотосинтеза и неэнзиматическим маркерам антиоксидантной защиты. В полевых условиях зависимости содержания фотосинтетических пигментов от дозы УФ-В-излучения, существенно модифицируются агроклиматическими факторами от угнетения до стимуляции. Для ГТК - 2,5 с ростом дозы УФ-В-излучения проявлялось угнетение содержания хлорофиллов (а и Ь) и каротиноидов, тогда как при ГТК = 0,7 с ростом дозы УФ-В-радиации наблюдалась стимуляция их

образования. Показано, что закономерности влияния солнечной УФ-В-радиации на сельскохозяйственные культуры зависят от характеристик единого комплекса гидротермических факторов внешней среды, солнечного фотосинтетического и УФ-А-излучений. Установлено повышенное по сравнению с полевыми условиями образование флавоноидов, малонового диальдегида и свободного пролина в вегетационном эксперименте. Данное обстоятельство, свидетельствует о более высокой стрессовой нагрузке УФ-В-излучения при меньших биологически эффективных дозах в вегетационных опытах по сравнению с экспериментами в полевых условиях.

Теоретическая и практическая значимость. Теоретическое значение имеют результаты диссертационной работы, свидетельствующие о более эффективном функционировании системы антиоксидантной защиты в естественных полевых условиях, приобретенной растениями в процессе их эволюционного развития. При этом в фотофизических и биохимических процессах системы антиоксидантной защиты принимают участие кванты электромагнитного излучения в широком диапазоне солнечного электромагнитного излучения от ультрафиолета до инфракрасного излучения. В модельных вегетационных исследованиях практически невозможно осуществить точное моделирование спектра Солнца, в связи с чем, биологическое действие физического фактора, в данном случае УФ-В-излучения оказывается более выраженным по сравнению с естественными условиями. Теоретическое значение диссертационной работы также связано с установлением новых закономерностей модификации зависимостей «доза-эффект» агроклиматическими факторами при воздействии УФ-В-излучения, которые проявляются в изменениях биохимических и морфофизиологических

маркеров стрессовой нагрузки.

Для практики полезными являются результаты, демонстрирующие зависимости показателей функциональной стабильности сельскохозяйственных культур от ГТК, так как происходящие на нынешнем этапе эволюции биосферы глобальные изменения климата в первую очередь связаны с изменением

7

гидротермических условий внешней среды. В практическом отношении представляется важным результатом прогноз потерь урожая зерна (до 30%) при истощении озона стратосферы на 40%.

На защиту выносятся следующие положения: » Уровни УФ-В-облучения, соответствующие 40% истощению озона стратосферы оказывают влияние на функциональную стабильность ячменя и вызывают снижение урожая зерна до 30%. > Установлены новые закономерности влияния агроклиматических гидротермических факторов, выраженных в величинах коэффициента Селянинова, на характер зависимостей «доза - эффект» (от стимуляции до угнетения) при хроническом УФ-В-облучении ярового ячменя по ряду показателей фотосинтеза и неэнзиматическим маркерам антиоксидантной защиты.

» Радиобиологические закономерности воздействия солнечной УФ-В-радиации на сельскохозяйственные культуры зависят от характеристик единого комплекса агроклиматических факторов, солнечного фотосинтетического и УФ-А-излучений.

Апробация диссертации и публикации. По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ, в том числе 2 статьи - в рецензируемых журналах, 4 статьи в сборниках трудов конференций.

Основные результаты доложены на международных и российских конференциях: International Conference «Man and Environment: Enemies or Friends?» (22-24 June 2011, Moscow); IV Региональная научная конференция «Техногенные системы и экологический риск» (2007, Обнинск); VII Региональная научная конференция «Техногенные системы и экологический риск» (2010, Обнинск); VI Съезд по радиационным исследованиям. Тезисы

докладов. Т. II (2010, Москва).

Структура и объем диссертации. Диссертация включает введение, обзор литературы, экспериментальную часть (объекты и методы исследований,

результаты и обсуждения), выводы, список цитируемой литературы.

8

Диссертация содержит 120 страниц, 14 таблиц и 35 рисунков. Список литературы включает 178 ссылок, из них 78 на английском языке.

Список работ, опубликованных по теме диссертации.

Публикации в рецензированных журналах, рекомендованных ВАК

1. Манин К.В., Козьмин Г.В. Методические аспекты оценки агроэкологических последствий истощения озона стратосферы. Вестник Российской Академии Естественных Наук, 2011, том 2, №2, с. 48-52.

2. Манин К.В., Гончарова Л.И. Действие низких доз УФ-В-радиации на биохимические показатели и рост растений ячменя. Сельскохозяйственная биология, 2011, №5, с. 103-106.

Статьи в сборниках трудов конференций

3. Манин К.В. Влияние повышенных уровней УФ-В-радиации на биохимические и морфофизиологические показатели фотосинтетической активности и рост растений ячменя. IV Региональная научная конференция «Техногенные системы и экологический риск». Обнийск. 2007. С. 157-159.

4. Манин К.В. Влияние низких доз УФ-В-радиации на биохимические показатели и рост ячменя. VII Региональная научная конференция «Техногенные системы и экологический риск». Обнинск. 2010. С. 67-70.

5. Манин К.В. Биохимические маркеры стрессовой нагрузки при воздействии низких уровней УФ-В-радиации. VI Съезд по радиационным исследованиям. Тезисы докладов. Т. II. Москва. 2010. С. 177.

6. Tsygvintsev P.N., Koz'min G.V., Goncharova L.I., Tikhonov V.N., Manin K.V., Chizh T.V. Agroecological consequences of reduction of ozone in stratosphere. International Conference "Man and Environment: Enemies or Friends?" Moscow. 22-24 June 2011, pp. 289-291.

ГЛАВА 1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА УФ РАДИАЦИИ КАК ЭКОЛОГИЧЕСКОГО ФАКТОРА СРЕДЫ.

1.1. Солнечная УФ радиация.

В 1801 г. Риттер И. (Германия) и Воластон У. (Англия) с помощью фотопластинки установили присутствие ультрафиолетовой радиации в спектре солнечного излучения. За фиолетовой границей солнечного излучения фотопластинка чернела быстрее, чем под влиянием видимых лучей. Поскольку почернение пластинки происходит в результате фотохимической реакции, был сделан вывод о высокой активности ультрафиолетового излучения. Ультрафиолетовое излучение (УФИ) охватывает широкий диапазон волн: от 20 нм до 400 нм. Область излучения от 127 до 180 нм называется вакуумной. Посредством искусственных источников (ртутно-кварцевых, водородных и дуговых ламп), имеющих как линейчатый, так и непрерывный спектр, получают ультрафиолетовые лучи с длиной волны до 180 нм. В табл. 1 представлены наименования диапазонов УФИ, которые часто используются в физических и биологических исследованиях (Ультрафиолетовое излучение в природе и медицине, http://www.med-shop.ru/faq/ultra.htm).

Таблица. 1. - Наименования и аббревиатуры диапазонов УФИ.

Наименование Аббревиатура Длина волны в нанометрах

Ближний NUV 400-200

Длинноволновый диапазон, Черный свет UVA 400-320

Средний диапазон) UVB 320-280

Коротковолновый диапазон UVC Ниже 280

Дальний (вакуумный) FUV, VUV 200-10

Крайний, или глубокий EUV, XUV 31-1

Спектр ультрафиолетовых лучей Солнца, достигающих земной

поверхности, очень узок— 400...290 нм. А. Корню (Франция) установил, что

озон атмосферы Земли поглощает ультрафиолетовые лучи короче 295 нм. Он

же выдвинул предположение о том, что Солнце излучает коротковолновое

10

ультрафиолетовое излучение, под действием которого молекулы кислорода распадаются на отдельные атомы, образуя молекулы озона, поэтому в верхних слоях атмосферы озон должен покрывать землю защитным экраном (Ультрафиолетовое излучение в природе и медицине, http://www.med-shop.ru/faq/ultra.htm). Таким образом, в земных условиях спектр солнца ограничен пропусканием озонового слоя. Зона с максимальными значениями концентрации озона находится на высотах от 20 до 35 км. (Гордин В. А. Распределение и динамика озона в атмосфере Земли. http://edu.mccme.ru/Proj ect/OL/ozon 1 .htm).

Изменение спектрального состава солнечного ультрафиолета в зависимости от толщины слоя озона в направлении зенита и солнечного зенитного угла показано на рисунке 1.

длина волны, нм

Рис. 1. - Спектры УФ излучения в зависимости от толщины слоя озона в направлении зенита и солнечного зенитного угла (Gibson J., 2002).

Зависимости, представленные на рисунке 1. показывают, что истощение озона приводит к существенному увеличению интенсивности УФ-излучения области В, в то время как уровень ультрафиолета области А практически не меняется. В связи с этим основное внимание при моделировании истощения озона уделяют дополнительному облучению растений ультрафиолетом зоны В.

Особый интерес представляют так называемые «озоновые дыры». Над Антарктидой явление «озоновой дыры» носит ярко выраженный сезонный характер и проявляется лишь в весенний период. Например, весной 1987 г. наблюдалось уменьшение содержания озона с 300 е.Д. до 150-200 е.Д., а в некоторых областях до 100 е.Д., причем зона, в которой содержание озона составляло менее 200 е.Д., в этот период занимала примерно 40 млн. км (Gray L.J., Pyle J.A., 1989). В последние годы все чаще появлялись сообщения о периодическом увеличении масштабов этого явления, область «озоновой дыры» уже достигала территории Австралии и Чили. Правительства и население этих стран вынуждены были принять специальные меры по борьбе с возможными последствиями. Так, во избежание дополнительного облучения ультрафиолетовыми лучами, в Чили были разработаны специальные рекомендации, связанные с поведением людей на открытом воздухе в дневные часы. «Озоновые дыры», хотя и менее ярко выраженные, ранее наблюдались в весенние месяцы и в северном полушарии, а весной 2011 г., была зафиксирована небывалая по грандиозным размерам и степени истощения озона арктическая «озоновая дыра» (Небывалая убыль стратосферного озона в Арктике весной 2011 года. World Meteorology Organization. Press release. BMO № 912. Женева. 5 апреля 2011). Последнее отмеченное обстоятельство вызывает необходимость оценки последствий истощения озона для сельского хозяйства ряда европейских стран, России и Канады (Fergusson А., 2000).

В зоне влияния антарктической озоновой дыры были проведены эксперименты по изучению влияния солнечной УФ-радиации на естественную растительность. Исследования выполнялись в районах архипелага Огненная Земля и на территории юга ApreHTHHbi(Caldwell М.М., Flint S.D., 1994; Caldwell

12

М.М., Teramura A.H., Tevini M., Bornman J.F., Björn L.O., Kulandaivelu G., 1995). Результаты экспериментальных исследований с использованием специальных фильтров для ослабления УФ-В-радиации позволили установить существенное ингибирование роста растений, связанное с повышением фона УФИ. Действие УФ-В-излучения на рост растений возрастало с увеличением уровня истощения озона (Ballare C.L. et al., 2001).

1.2. Биологическая активность и экологическая роль ультрафиолета.

УФ-излучение является постоянно действующим фактором внешней среды, оказывающим существенное воздействие на многие физиологические процессы, протекающие у живых организмов. УФ-радиация сыграла важную роль в эволюционных процессах, протекавших в биосфере Земли (Madronich S. et al., 1998; Caldwell M.M. et al., 2007). Прежде всего, УФ-излучение наряду с космическими лучами и радиоактивными элементами земной коры, с электрическими разрядами в атмосфере, извержениями вулканов и ударами метеоритов, было важнейшим фактором, способствовавшим абиогенному синтезу органических соединений на Земле. Мутагенное действие УФ-излучения на простейшие формы жизни стимулировало ход биологической эволюции, способствовало увеличению биологического разнообразия. В ходе эволюции живые организмы приобрели способность использовать энергию различных диапазонов солнечного спектра. Хорошо известна роль видимой части солнечного света в фотосинтезе, инфракрасной - в формировании

теплового баланса биосферы.

Анализ возможных направлений эволюции биологических механизмов

запасания энергии позволил академику Скулачеву В.П. сделать

предположение о том, что на начальной стадии эволюции основным

источником энергии для первичных биохимических реакций был ультрафиолет.

Согласно данной гипотезе, еще до образования клеточных структур, под

действием ультрафиолета вместе с другими первичными нуклеотидами

появился аденин, затем аденозинмоно- и аденозиндифосфаты. Позже под

влиянием ультрафиолета из аденозиндифосфата и этилмонофосфата) возник

13

АТФ и ряд коферментов, способных принимать энергию от возбужденного ультрафиолетом аденина и использовать ее в энергоемких химических реакциях (например, синтеза простых веществ среды до сложных соединений первичной клетки).

Следующим принципиальным шагом в эволюции, по мнению Скулачева В.П., была замена ультрафиолета на видимый свет, свободно проходящий через постепенно формирующийся в атмосфере озоновый слой. Однако новый механизм фотосинтеза по-прежнему использовал АТФ и эта эволюционная находка прочно заняла основополагающее место в клеточном метаболизме (Потапова Т. Трансформация энергии в растительной клетке. http://elementy.ru/lib/430308/430310).

Таким образом, важнейшим фактором окружающей среды для растений является солнечное излучение оптического диапазона, которое выступает источником энергии для фотосинтеза и регулятором всех сторон жизнедеятельности растительного организма (Stapleton А.Е., 1992; Jackson J.A. et al., 1995; Franklin L.A., 2004). Растения получают из окружающей среды световые сигналы, которые являются индикаторами свойств окружающей обстановки, и используют полученную информацию для адаптации и развития (Kasahara М. et al., 2002; Franklin L.A., 2004). Это осуществляется с помощью фоторецепторов с целью определения спектрального состава, интенсивности, направленности светового потока, продолжительности и периодичности освещения (Whitelam G.C., Devlin P.F., 1998). Протекание процессов, регулируемых излучением, происходит при облучении растений светом как высокой, так и низкой интенсивности. Свет высокой интенсивности, а также УФ-А-излучение, изменяют фотосинтетическую активность растений (Дубров А.П., 1968; Насыров Ю.С. и др., 1972; Ellenberg Н., 1986). Поглощение УФ-А-радиации различными органами растений достигает весьма большой величины, что определяет роль УФ-А-лучей как важного экологического фактора (Дубров А.П., 1963; Тооминг Х.Г., 1977). Существуют различные мнения о роли УФ-А-радиации в жизнедеятельности растений. Отмечается как угнетающее, так и

14

стимулирующее влияние УФ-А-лучей или их действие приравнивают по значению к видимым лучам (Дубров А.П., 1963). УФ-А-излучение малоэффективно при коротких экспозициях, но эффективно при длительном облучении и высокой интенсивности (Дубров А.П., 1968). Роль УФ-А-радиации значительно возрастает при совместном действии (синергизме) с ФАР и с синим светом (Whitelam G.C., Devlin P.F., 1998; Christie J.M., Briggs W.R., 2001). Установлено, что УФ-А-излучение является важным фактором для протекания процессов фотоморфогенеза (Данильченко O.A. и др., 2002). Изучение действия солнечного электромагнитного излучения определенных длин волн и интенсивности в естественных условиях является сложной задачей из-за влияния на растения множества экологических факторов.

Таким образом, за длительную историю эволюционного развития растения выработали способность использовать не только ФАР, но и УФ-А-радиацию для различных процессов роста и развития (Данильченко O.A., Гродзинский Д.М., Власов В.Н., 2002; Дубров А.П.,1968). В отличие от УФ-А-радиации, действие солнечного УФ-В-излучения, появление которого в современной биосфере связано с истощением озона стратосферы, в основном сопряжено с негативными последствиями для биоты (Марфенин H.H.,2007).

Отметив в первой части обзора экологическую роль УФ-излучения в регуляции разнообразных процессов, перейдем к рассмотрению вопросов, связанных с повреждающим действием ультрафиолета на высшие растения, включая сельскохозяйственные культуры. Как уже отмечалось, в результате истощения озона стратосферы происходит усиление интенсивности ультрафиолета области В. В настоящее время известно, что даже небольшое увеличение интенсивности ультрафиолета в данном диапазоне способно вызывать существенное воздействие на рост и развитие многих видов растений (Holmes М. G., 1997). В течение вегетационного периода уровень УФИ варьирует и может влиять на урожай сельскохозяйственных культур.

1.3. Влияние УФ-В-излучения на функциональную стабильность сельскохозяйственных культур.

В настоящее время суточные глобальные наземные уровни УФ-В-излучения колеблются от 0 до 12 кДж/м2, при этом самые высокие дозы наблюдаются вблизи экватора и средних широтах (Total ozone mapping spectrometer. 2002, http://toms.gsfc.nasa.gov/ery_uv/euv.html). Произошедшие за последние 3 десятилетия изменения в содержании озона и интенсивности УФ-В-излучения неоднородны на поверхности Земли. Концентрации озона в высоких широтах (включая Арктику и Антарктику) на 40-50% ниже значений, наблюдавшихся до 1980 г. В средних широтах они ниже на 3-6%, чем до 1980 г., и на экваторе концентрации озона характеризуются минимальными изменениями. Из-за истощения озона интенсивность УФ-В-излучения на поверхности Земли выросла с начала 1980х на 6-14% (UNEP 2002. Executive Summary Final of UNEP/WMO Scientific Assesment of Ozone Depletion).

Первые исследования о влиянии ультрафиолетовой радиации на растения позволили установить, что коротковолновое излучение с длинами волн 200 -320 нм обладает как угнетающим, так и стимулирующим эффектом, в то время как длинноволновые ультрафиолетовые лучи (320 - 400 нм), не оказывают существенного влияния на растения (Гурский A.B. и др., 1965).

К настоящему времени опубликован ряд обзоров, описывающих результаты влияния УФ-В-излучения на сельскохозяйственные культуры, полученные более чем в 70 научных публикациях (Kakani V.G., Reddy K.R., Zhao D., Sailaja К., 2003; Searles P.S., Flint S.D., Caldwell M.M., 2001). Знание уровней УФ-В-радиации в сельскохозяйственных регионах мира и влияния этих уровней на различные виды сельскохозяйственных культур имеет большое значение для правильного выбора возделываемых культур.

Современные суточные дозы УФ-В-радиации во время вегетационного периода варьируют от 2 до 12 кДж/м2 на поверхности Земли, что выше по сравнению с уровнями до 1980 г. на 6-14%. Как отмечалось выше, абсолютные значения уровней УФ-В-радиации существенно зависят от географических

16

координат того или иного района мира. Например, для Великобритании (50° -58° с.ш.) 30% увеличение интенсивности УФ-В радиации уже оказывает влияние на районированные сельскохозяйственные растения при дополнительной биологически эффективной дозе 2,44 кДж/м . В то же время, эти дозы значительно ниже уровней УФ-В-излучения во время вегетационного периода в ряде стран мира. Например, в хлопковом поясе США современные суточные дозы УФ-В составляют (4-11 кДж/м2) в летний период, в Китае суточные уровни УФ-В в окружающей среде в период выращивания сои (соевый пояс: 300 - 420 с.ш.) составляют в среднем 8.85 кДж/м2 (Kakani V.G., Reddy K.R., Zhao D., Sailaja К., 2003).

Прогнозируемые на будущее изменения климата неизбежны в силу непрерывной антропогенной деятельности. Возможно повышение интенсивности УФ-В-радиации, рост концентрации С02 и, как следствие, повышение температуры. Поэтому важно заранее оценить изменения в продуктивности сельскохозяйственных культур в условиях других по величине

агроклиматических факторов

К настоящему времени накоплен значительный экспериментальный материал, посвященный биологическому действию ультрафиолета на естественную растительность и сельскохозяйственные культуры. Начиная с 50-ых г.г. прошлого столетия, проводились исследования по влиянию УФ-излучения на естественную растительность в условиях высокогорья, отличающегося повышенными уровнями УФИ по сравнению с равнинной местностью (Caldwell М.М., 1966). Результаты исследований, касающихся влияния УФ-В-радиации, а также совместного действия ультрафиолета, приоритетных климатических и техногенных факторов на растения, обобщены и опубликованы в ряде обзорных статей (Стржижовский А.Д., 1999; Kakani V.G. et al., 2003; Caldwell M.M. et al., 2003; Дмитриев А.П., Полянский C.O., 2007).

Большая часть современных исследований по влиянию УФ-В-радиации на наземные экосистемы связана с изучением биологического действия в

17

полевых условиях с использованием специальных ламповых систем, моделирующих дополнительное УФ-облучение для заданной величины истощения озона стратосферы (Caldwell М.М. et al., 2003).

Помимо экспериментов с лампами ультрафиолетового излучения, проведено не меньшее количество полевых исследований с применением специальных фильтров, которые устраняют или ослабляют УФ-В-излучение в нормальных условиях солнечного освещения (наряду с контрольными фильтрами, которые прозрачны для УФ-В). В большинстве случаев, когда УФ-В-излучение ослабляется, растения характеризуются лучшим ростом, а это означает, что УФ-В-радиация в определенной мере угнетает развитие растений (Hunt J.E., McNeil D.L., 1999; Mazza С.А. et al., 1999).

Аналогичные результаты были получены в условиях высокогорий, где интенсивность УФ-излучения велика по сравнению с равниной, что существенно сказывается на жизнедеятельности растений (Murali N.S. et al., 1988; Caldwell М.М. et al., 1995; Бычковская Н.Ю., 1991). В частности, показано (Худжаназарова Г.С., 2006), что экстремальные условия Памира вызывают ряд изменений анатомоморфологических признаков растений: микрофилию, приземистость, большое число спящих почек, приобретение более ксероморфного строения листьев. Выраженность биологических эффектов зависит от вида растений. Экранирование УФ-радиации в условиях высокогорий увеличивает высоту растений, приводит к возрастанию толщины пластинки листа, числа и размера устьиц, продуктивности растений. Было отмечено, что эпидерма листа, являясь полифункциональной системой, защищает нижележащие ткани, от вредного воздействия внешних факторов, в том числе, благодаря фенольным соединениям, которые эффективно поглощают УФ - В-радиацию (Худжаназарова Г.С., 2006).

Эксперименты по изучению влияния солнечной УФ-радиации также проводились в регионах повышенного УФ-излучения, вызванного образованием «озоновой дыры» в районах архипелага Огненная Земля и территории юга Аргентины (Bailare C.L. et al., 2001; Day Т.A. et al., 2001).

18

Местные травянистые растения подвергались в обоих регионах влиянию повышенных уровней ультрафиолета. Результаты экспериментальных исследований с использованием специальных фильтров для ослабления УФ-В-радиации позволили установить существенное ингибирование роста растений, связанное с повышением фона УФИ. Действие УФ-В-излучения на рост растений возрастало с увеличением уровня истощения озона (Ballare C.L. et al., 2001).

Установлено, что повышенные уровни УФ-В-радиации вызывают различные морфофизиологические изменения у растений. Наблюдаются снижение скорости линейного роста стебля, уменьшение коэффициента кущения и числа колосоносных побегов у пшеницы (Шульгин H.A. и др., 1990). У проростков картофеля увеличение продолжительности ежедневного действия УФ-В-излучения приводит к уменьшению высоты стебля и поверхности листьев (Green A., Cross К.К., Smith L.A., 1980). При интенсивности воздействия 26.7 и 39.1 Вт/м2 наблюдали достоверную 15% редукцию высоты кормовой свеклы (Зяблицкая Е.Я. и др., 1991). Многие авторы при действии УФ-В-облучения отмечали снижение сухой массы растений и изменение массы семян. Так, в зависимости от сорта растения наблюдали снижение массы семян пшеницы (10%), ячменя (12-32%), гороха (11 - 26%), уменьшение сырой массы ячменя на 23%, клевера на 26 - 38%, и вики на 18% в диапазоне доз 150-250 кДж/м2 (Канаш Е.В., Савин В.Н., 1991). Установлено, что суточные дозы (1-9 кДж/м2) УФ-В-радиации вызывают как снижение, так и увеличение морфологических показателей (площадь листьев, массы растений) (Духовскис П. и др., 2009).

Эффекты действия УФ-В-радиации зависят от стадии онтогенеза растений. При действии УФ-В-облучения в определенные стадии органогенеза на яровую пшеницу диапазоне доз 389-936 кДж/м2 происходит увеличение фотосинтетических пигментов на 10-20%, а также наблюдается повышение продуктивности на 15-50% (Гончарова Л.И., 1995). Наибольшее увеличение площади листьев на 10-24%, биомассы на 10-40% и содержания хлорофиллов

19

на 30-40% отмечено на I и II этапах органогенеза в дозах 220 и 470 кДж/м Облучение растений III этапе органогенеза, наоборот, снижало площадь листьев и биомассу на 10-15%, а содержание хлорофилла в листьях превышало контроль на 10-12%). На IV этапе органогенеза площадь листьев и биомасса увеличиваются незначительно, а содержание хлорофилла превышает контроль на 20-25%. Установлено, что фотосинтетическая электрон-транспортная цепь (ЭТЦ), даже при нормальной работе, является источником дополнительных электронов, которые вызывают образование активных форм кислорода (АФК) (Carletti Р. et al, 2003). АФК, в свою очередь, вызывают образование дополнительных количеств свободных радикалов, которые оказывают токсическое действие на клетки растений и животных (Jansen M.A.K, et al, 1998). Кроме того, УФ-В радиация может ингибировать многие важные физиологические реакции, среди которых первостепенное значение отводится функционированию ЭТЦ (рис. 2). В результате происходит нарушение многих метаболических реакций, что приводит к снижению содержания фотосинтетических пигментов, накоплению продуктов перекисного окисления липидов, и изменению соотношения соединений антиоксидантной защиты.

е:

-0,6 -

-0,4 -0,2 0 +0,2 +0,4 +0,6 +0,8

К

Л v

-пластохинон

цитохромы

АДФ, Ф

пласгоцианин АТФ

ферредоксин \

НАД(Ф)-Н

о -9-

сахара

Н.СГ

Рис. 2. Механизмы фотосинтеза растений.

Рис. 2. - Функционирование электрон-транспортной цепи [Красновский A.A., 2005].

Наибольшая чувствительность растений к действию УФ-излучения проявляется при переходе от вегетативной к репродуктивной стадии развития (Кравец Е.А. и др., 2008). Основной мишенью воздействия ультрафиолета в этой стадии являются пыльцевые зерна ветроопыляемых растений. Дополнительное УФ-В облучение может влиять на опыление, снижать количество производимой пыльцы и семенную продуктивность растений (Кравец Е.А. и др., 2008). У чувствительных генотипов растений повышенные дозы ультрафиолета вызывают деформацию пыльцевых зерен, изменения в структуре аппертуры и форме бакулл. Критическим этапом опыления считается фаза прорастания пыльцевого зерна, когда генеративная клетка или спермин выходят в пыльцевую трубку и оказываются незащищенными от ультрафиолетового излучения. Это особенно опасно для видов с двухклеточным типом пыльцевого зерна, у которого деление генеративной клетки происходит в пыльцевой трубке. У многих видов покрытосеменных дополнительное УФ-В-облучение вызывает уменьшение длины пыльцевых трубок, а у чувствительных генотипов даже слабые потоки УФ-В-излучения (50-70 мВт/м2) способны ингибировать прорастание пыльцы (Кравец Е.А. и др., 2008). Ультрафиолетовые лучи индуцируют различные повреждения ДНК (Кравец Е.А. и др., 2008), что может быть причиной повышения уровня мутаций в растительных клетках и негативно сказаться на сохранении генофонда растений. Одним из важнейших показателей биологического действия ультрафиолета является его мутагенная активность, характеризующаяся спектром действия на ДНК. Изучение повреждений ДНК позволило предположить, что вклад УФ-А в генетические повреждения по сравнению с УФ-В незначителен (Яошзеаих М.С. е1 а1., 1999).

При дополнительном УФ-В-облучении растений также наблюдается изменение гормонального статуса. Так, например, у растений арабидопсиса отмечалось увеличение накопления абсцизовой кислоты (Жалилова Ф.Х. и др., 1993). Указанные изменения приводят к образованию растений с заторможенным ростом, плохой пигментацией и нарушениям формирования

21

листового аппарата. Это, в свою очередь, отражается и на функционировании их фотосинтетического аппарата (Лапшин П.В. и др., 2002).

Таким образом, воздействие ультрафиолетовой радиации на растения охватывает все уровни биоорганизации, а также сигнальную, регуляторную и энергетическую функции (Кравец Е.А. и др., 2008). Под действием УФ-излучения Солнца и искусственных источников ультрафиолета наблюдаются изменения различных функций растительного организма, происходят биохимические и морфологические изменения, обнаруживаются определенные сдвиги в сроках развития растений. Чувствительность высших растений к ультрафиолетовому излучению существенно зависит от гено- и экотипа, этапа онтогенеза. Так, из 300 исследуемых генотипов растений около 66% оказались чувствительными, 25% - среднечувствительными и только 9% -нечувствительными к УФ-В-радиации (Кравец Е.А. и др., 2008). Также обращает на себя внимание то обстоятельство, что УФ-В модифицирует воздействие других экологических факторов, действуя часто аддитивно (Caldwell М.М. et al., 2003).

В 1980 - 1990-е годы рядом научно-исследовательских учреждений РАН, Росгидромета и РАСХН с участием ВНИИ сельскохозяйственной радиологии и агроэкологии были проведены комплексные исследования влияния УФ-В-излучения на сельскохозяйственные культуры (головная организация -Институт медико-биологических проблем РАН). На растениях ячменя сортов Белогорский, Нутанс 027, Каскад и Джау-Кабутак было установлено снижение урожая при моделировании истощения озона на величину от 12% до 38% (Стржижовский А.Д., 1999). Наиболее чувствительным к УФ-воздействию оказался сорт Белогорский, для которого потери урожая доходили до 50% при моделировании истощения озона на 38%. Для других сельскохозяйственных культур (хлопчатник, картофель, соя, кормовая свекла, репчатый лук, красный перец) наибольшие потери урожая (49%) были получены для кормовой свеклы при моделировании 40% истощения озона (Стржижовский А.Д., 1999; Зяблицкая Е.Я. и др., 1991; Зяблицкая Е.Я., 1997). Дальнейшие исследования

22

показали, что величина эффекта зависит от интенсивности воздействия и продолжительности облучения.

Ключевым звеном задачи прогноза последствий истощения озона являются материалы, характеризующие биологические эффекты у сельскохозяйственных культур, возникающие в результате УФ-В-воздействия. В подавляющей части опубликованных работ основной акцент делается на зависимости наблюдаемых биологических эффектов от дозы УФ-В-радиации. В то же время в отдельных публикациях отмечается существенное влияние на конечный результат ряда агроклиматических факторов, которые способны модифицировать биологические эффекты от стимуляции до угнетения (Kakani V.G. et al., 2003; Caldwell M.M. et al., 2003). К сожалению, в известных нам работах не предприняты попытки связать наблюдаемые биологические эффекты с количественными характеристиками агроклиматических факторов (осадки, сумма активных температур, ФАР). В связи с отмеченным обстоятельством представляется актуальной задача по изучению влияния агроклиматических факторов на показатели функциональной стабильности сельскохозяйственных культур в условиях хронического УФ-В-стресса.

Известно, что действие УФ-В-радиации способно нарушать окислительно-восстановительный гомеостаз и увеличивать продукцию активных форм кислорода (АФК), создавая предпосылки для развития окислительного стресса (Ballare C.L., 2003). В связи с данным обстоятельством одной из задач настоящей работы явилось изучение влияния УФ-В-излучения на неэнзиматические компоненты антиоксидантной защиты.

1.4 Влияние УФ-В-излучения на компоненты антиоксидантной защиты.

По современным представлениям в клетке существуют три уровня

защиты генетической информации от действия мутагенов - системы

антиоксидантной защиты, репарации ДНК и апоптоза (Гродзинский Д.М., 1983,

1989; Скальный A.B., Кудрин A.B., 2000; Жимулев И.Ф., 2003; и др).

Повреждающее действие активных форм кислорода (АФК) в клетках растений

23

предотвращает специализированная система антиоксидантной защиты. Компоненты этой системы многочисленны и разнообразны.

В последние годы становится все более популярной гипотеза, согласно которой причиной окислительного стресса является не столько интенсивная продукция активных форм кислорода (АФК), сколько нарушение пространственно-временного баланса между их генерацией и удалением (Колупаев Ю.Е., 2007). Предполагается, что основная причина возникновения окислительного стресса может заключаться в нарушении защитных систем. Повреждающему эффекту АФК противостоит система противоокислительной защиты (или система антиоксидантной защиты), главными действующими звеньями которой являются антиоксиданты (АО). Под "антиоксидантами" изначально понимали вещества, которые ингибировали процессы цепного свободнорадикального окисления (СРО). Со временем термины " антиоксид антная система" и "антиоксиданты" стали использоваться значительно шире, особенно в биологической литературе (Мерзляк М.Н., 1989; Меныцикова Е.Б., Зенков Н.К., 1993). Так, под системой АО защиты стали подразумевать не только системы, элиминирующие АФК и предотвращающие их возникновение, но также системы детоксикации, которые устраняют соединения, поврежденные вследствие спонтанного окисления кислородом. Можно встретить и другое определение для АО. Антиоксиданты - это природные или синтетические соединения, замедляющие или предотвращающие окисление органических веществ (Кузнецов В.В., Дмитриева Г.А., 2005). К ним отнесли вещества, способные нейтрализовать свободные радикалы и уменьшать интенсивность СРО, а также те, которые оказывают протекторное действие в отношении биологических структур.

Для обеспечения наиболее эффективной защиты все элементы системы, т.е. антиоксиданты, в клетках сосредоточены в отдельных субклеточных структурах. Наиболее распространенной классификацией на сегодняшний день является деление системы детоксикации АФК на основании каталитической активности АО, т.е. на ферментативные и неферментативные (Колупаев Ю.Е.,

24

2007; БЬао Н.-В., СЫд Ь.-У., Ьи г.-Н., Кап§ С.-М., 2008). Ферментативные АО характеризуются высокой специфичностью действия, направленного против определенной формы АФК, специфичностью клеточной и органной локализации и использованием в качестве катализаторов металлов (Си, Zn, Мп, Бе, 8е). Представителями этой системы являются супероксиддисмутаза (СОД), каталаза, глутатионпероксидаза (ГПО) и глутатионредуктаза, и все ферменты аскорбат(глутатионового цикла, а также трансферазы. Неферментативная система защиты представлена соединениями-антиоксидантами, такими как каротиноиды, аскорбиновая кислота (АК), восстановленный глутатион (С8Н), а-токоферол, флавоноиды и др. Все эти соединения способны неферментативно или с помощью ферментов нейтрализовать АФК (Прадедова Е.В., Ишеева О.Д., Саляев Р.К., 2011).

При окислительном стрессе ферментативная антиоксидантная система может становиться неэффективной (Половникова М.Г., 2010). Причины этого -быстрая инактивация конститутивного пула ферментов свободными радикалами, значительное время необходимое для индукции их синтеза. В этих условиях повышается значение низкомолекулярных неферментативных антиоксидантов. Низкомолекулярными антиоксидантами являются различные по структуре и химическим свойствам соединения, способные взаимодействовать с кислородными и органическими радикалами, ингибировать протекание свободнорадикальных процессов в клетках. Среди них выделяют как гидрофобные (витамин А, каратиноиды и т.д.), так и гидрофильные протекторы (витамин С, фенолы, глутатион и т.д.). Механизм их действия состоит в том, что они подставляют себя под удар реактивных производных кислорода (02*, 02 ЮН, Н202 и т.п.) и окисляясь, прерывают опасную для клетки цепь реакций. От состояния АОС во многом зависит устойчивость растений к стрессовым воздействиям.

Усиление техногенной нагрузки на среду, как правило, вызывает повышение содержания каротиноидов, фенольных соединений и уменьшение количества аскорбиновой кислоты. Это рассматривается как естественный

25

механизм защиты от антропогенного загрязнения, направленный на сохранение чувствительных внутриклеточных компонентов. В частности, изменение пула глутатиона является следствием процесса акклиматизации растений в ответ на воздействие УФ-В-облучения, засоления и засухи (Tausz М. et al, 2004). Повышение содержания глутатиона наблюдается в начальные фазы стрессового воздействия (Чанишвили Ш. и др., 2007). Существенное уменьшение пула глутатиона наблюдали у травянистых культур высокогорья (клевера, тысячелистника, одуванчика, подорожника и горца) при суммарной дозе УФ-В-радиации 6.5x10"3 Дж/м2, что может служить показателем характера стресса (Чанишвили Ш. и др., 2007). Было установлено увеличение содержания глутатиона в огуречных семядолях при совместном действии температуры и УФ-В-радиации (Takeuchi Y. et al, 1996).

Свободный пролин, полифункциональное стресспротекторное соединение, накапливается при воздействии разных стрессовых факторов: УФ-В-радиации, засухи и засоления (Alexieva V., 2001; Кумаков В.А. и др., 1990; Калинкина Л.Г., Удельнова Т.М., 1991). Устойчивость растений к действию различных факторов определяли по аккумуляции свободного пролина. Причем, существенное накопление свободного пролина у пшеницы установлено при комбинированном действии УФ-В-радиации и засухи по сравнению с раздельным действием факторов (Alexieva V., 2001). Пролин в листьях яровой пшеницы накапливается при достижении определенного уровня водного дефицита (11-12%) (Кумаков В.А. и др., 1990). В работе Шашуковой А.В. на шалфее лекарственном (Salvia officinalis L.) проведено изучение содержания пролина в его органах (Шашукова А.В., 2009; Радюкина Н.Л. и др., 2010). Показано, что в данном опыте конститутивный уровень пролина был достаточно низким как в листьях (0,2 мкмоль/г сырой массы), так и в корнях (0,35 мкмоль/г сырой массы). УФ-В-радиация вызывала увеличение уровня пролина в 2 раза через 36 ч после облучения, как в надземных, так и в подземных органах (рис. 2). Из полученных результатов следует, что внутриклеточный уровень пролина растений шалфея в стрессорных условиях

26

не достигал максимальных концентраций, найденных у многих видов растений

(Радюкина H.JI. и др., 2008).

В настоящее время выполнено большое количество исследований по влиянию компонентов антиоксидантной системы на нейтрализацию свободных радикалов и снижение активности перекисного окисления липидов (Чанишвили Ш. и др., 2007; Рогожин В. и др., 2000; Верхотуров В., 1999; Вартанян Л. и др., 2000; Singh S., Mishra S., Kumari R., Agrawal S.B., 2009; Carlerri P., Masi A., Wonisch A., Grill D., Tausz M., Ferreti M., 2003; Foyer C., Noctor G., 2005). Так, в условиях высокогорий при действии УФ-радиации диапазонов А и В установлено изменение в содержании некоторых компонентов антиоксидантной системы защиты (аскорбиновой кислоты, глутатиона, флавоноидов, а-токоферола), а также была изучена суммарная активность регуляторов роста (ауксинов и абсцизовой кислоты, АБК) (Чанишвили Ш. и др., 2007). Следствием влияния повышенных уровней УФ-В излучения является накопление в листьях большинства высших растений фенольных соединений, которые защищают клетки не только от УФ-В-радиации, но и способствуют устойчивости растений к различным климатическим стрессорам (засуха, засоленность почвы) (Close D.C., McArthur С., 2002; Прусакова Л.Д. и др., 2008). Повышение содержания флавоноидов и антоцианов у высогорных растений можно связать как с повышением фона УФ-радиации, так и влиянием низких температур. В ответ на воздействие УФ-В-излучения большинство высших растений способно накапливать в листьях флавоноиды, антоцианы и некоторые другие важные вторичные продукты метаболизма (Beggs C.J. et al., 1985; Teramura A.H., Murali N.S., 1986; Agati G. et al., 2007; Запрометов M.H., Николаева Т.Н., 2003; Олениченко Н.А. и др., 2008).

Большинство флавоноидов (их известно свыше 1000) принадлежит к производным флавана, флавона и флавилия. Функции флавоноидов в растениях изучены недостаточно. В то же время установлена способность флавоноидов поглощать ультрафиолетовое излучение (330-350 нм) и часть видимых лучей (520-560 нм). Таким образом, флавоноиды защищают растительные ткани от

27

избыточной солнечной радиации. Это подтверждается локализацией флавоноидов в эпидермальных (близких к поверхности) клетках растений

(Запрометов М.Н., 1974).

Аскорбиновая кислота может выступать в качестве донора и акцептора ионов водорода благодаря наличию в структуре двух фенольных групп, ее антиоксидантные свойства характеризуются широким спектром инактивирующего действия на различные свободные радикалы (Чеснокова Н.П. и др., 2006). Антиоксидантные свойства аскорбиновой кислоты связаны с её оксиредуктазными переходами. Теряя атом водорода, аскорбиновая кислота превращается в радикал - монодегидроаскорбиновую кислоту, проявляющую прооксидантный эффект, потеря ещё одного атома водорода приводит к образованию дегидроаскорбиновой кислоты. При этом участвует фермент, содержащий медь - аскорбатоксидаза (Stocker R., Frei В., 1991; Weiss S., 1986).

Данные о содержании аскорбиновой кислоты и глутатиона неоднозначны и свидетельствовали о наличии различных адаптивных механизмов у высокогорных растений. Несмотря на взаимосвязь аскорбиновой кислоты с а-токоферолом четких закономерностей в содержании а-токоферола в зависимости от высотного фактора у опытных растений не наблюдалось. Каких-либо четких закономерностей суммарной активности регуляторов роста в связи с высотным фактором не установлено. Важнейшей системой инактивации свободных радикалов являются восстановленный глутатион и комплекс ферментов - глутатионпероксидазы, глутатионтрансферазы и глутатионредуктазы (Чеснокова Н.П. и др., 2006). Антиоксидантные свойства глутатиона определяются как непосредственным взаимодействием с АФК и обменными реакциями с дисульфидными связями, так и функционированием ряда ферментов глутатионового цикла (Weiss S., 1986). Глутатион играет важную роль в антиоксидантной защите не только при гипоксических, но и гипероксических состояниях, ограничивающих свободнорадикальное окисление. Глутатион обеспечивает формирование антиоксид антного потенциала и поддерживает пул восстановленного аскорбата (Stocker R., Frei

28

В., 1991; Weiss S., 1986). Глутатион принимает на себя действие окислителя, «защищая» тем самым белки или, например, аскорбиновую кислоту. При окислении глутатиона образуется межмолекуляная дисульфидная связь. Содержание глутатиона во внутриклеточных слоях составляет около 0.5 мМ, но иногда достигает 10 мМ (Al-Turk W.A. et al., 1987).

В работе Рогожина В.В. с соавторами (Рогожин В.В., 2000) показана взаимосвязь перекисных процессов (ПОЛ) и системы антиоксидантной защиты. Установлено, что УФ-облучение семян пшеницы в течение 5-15 минут стимулировало процессы антиоксидантной защиты и заметно снижало уровень ПОЛ у проростков пшеницы. При УФ-облучении семян в течении е 1-6 ч, происходила временная их адаптация к воздействующему фактору, что выражалось в повышении активности антиоксидантной системы проростков пшеницы. Наиболее выраженную колебательную динамику уровня ПОЛ и содержания антиоксидантов наблюдали в 3-4-дневных проростках. При этом уровень ПОЛ и содержание антиоксидантов изменялось от 40 до 180% по отношению к контролю. На восьмые сутки после облучения все процессы возвращались к норме. Кроме того, авторы установили колебательных характер динамики МДА и АО в течение 10 и 15 минут воздействия УФ-облучения: при увеличении уровня ПОЛ увеличивалось содержание антиоксидантов.

В работе Верхотурова В.В. (Верхотуров В.В., 1999) показана взаимосвязь ПОЛ, антиоксидантов и ферментов катализирующих их взаимодействие на примере проростков пшеницы. Установлено, что наличие высокой активности пероксидазы в семенах и проростках пшеницы позволяет предположить об участии фермента в метаболических процессах покоящихся семян и в период их активного прорастания. Увеличение активности пероксидазы может быть вызвано синтезом на холоде в семенах пшеницы новых изоферментов пероксидазы или накоплением соединений, являющихся субстратами фермента, индуцирующих её синтез, что будет проявляться в возрастании активности пероксидазы. Однако высокие концентрации субстратов пероксидазы могут ингибировать фермент, способствуя, таким образом, увеличению концентрации

29

перекиси водорода в клетке. Подтверждением высказанных предположений являются результаты по динамике содержания МДА и АО в корнях и надземной части проростков пшеницы. Показано, что уровни ПОЛ и содержание АО находятся в прямой зависимости (г=0,5). Повышение содержания АО преимущественно сопровождается повышением ПОЛ, тогда как активность пероксидазы возрастает с уменьшением содержания атиоксидантов (г=-0,65). В случае увеличения содержания АО отмечается понижение активности пероксидазы, а увеличение активности пероксидазы сопровождается понижением ПОЛ (г=-0,65).

Таким образом, контроль над уровнем ПОЛ в проростках пшеницы осуществляют как низкомолекулярные антиоксиданты, так и пероксидаза (Верхотуров В.В., 1999). При этом известно, что в надземной части больше содержится АО и меньше пероксидазы, чем в корнях проростков пшеницы. Поэтому ведущая роль в регуляции ПОЛ в надземной части преимущественно выполняют низкомолекулярные антиоксиданты, где за счет активного фотосинтеза идет их накопление.

В заключении обзора источников литературы хотелось бы отметить, что, для анализа современных публикаций по вопросам биологического действия УФ-В-радиации на сельскохозяйственные культуры и постановки актуальных задач настоящего исследования нами была использована база данных биологического действия УФ-излучения, разработанная во ВНИИСХРАЭ с участием автора (Рис. 3).

Авторы

Название публикации

Тип публикации

Журнал, монография. сборник-

Год издания

Tow

Номер

Страницы

Язык

Институт обладателе Ключевые слова Реферат

Ссылка _

облучение

■ действие-

■ источник УФ-радиации

■ диапазон спектра излучения

■ Ащи

■ измерение(приборы)

■ высота источника над объектом облучения

■ длительность экс позиции —

■ интенсивность УФ-радиации

■ доза—

растение

название |-

шм

■ название ооъекта

• фаза развития-

« наблюдаемый паоамето-

название (тривиальное) название (латинское) название сорта

усшвия проведения эксперимента

■ условия эксперимента

■ географическое расположение" местности

■ культивирование • облучение

Л

■ острое

■ хроническое

• при ос гром деис твии при хроническом

• суточная длительность при хроническом действии

на момент облучения к концу облучения

■ величина показателя

• величина ошибки

• эффект по отношению к контролю

• полевое

■ искусственней кпимз-

• другие

название государс-ва, города

широта

долгота

высота над уровнем моря

культивирование

> источник ссвешения

■ фотопериод

• общий поток световой энергии

■ фоновый поток Уо

■ интенсивность биологически эффективной УФ-радиации в контроле

■ ФАР

■ время действия ФАР

■ интенсивгость искусственной УФ-радиации в опыте

• интенсивность биологически эффективной УО-оздиации в опыте

■ доза за все время экспозиции

• доза биологически эффективной УФ-радиации за асе время экспозиции

• суточная доза

■ суточная доза биологически эффективной у® радиации

Рис.3. - Структура базы данных биологического действия на сельскохозяйственные растения УФ-излучеиия.

База данных включала подробный список опубликованных экспериментальных исследований с ультрафиолетовым излучением, содержащих информацию по зерновым культурам по всему миру. Для зерновых культур дана оценка их реакции на повышенные уровни УФ-В. Ключевыми словами для поиска в базах данных использовались общие и латинские названия культур и УФ-В. Исследования по УФ-В-излучению варьировали по таким параметрам как доза, длительность воздействия, стадия развития культуры, вид культуры, местоположение, экспериментальные условия. Анализируемые нами работы описывали эксперименты, выполненные в контролируемой среде, теплицах и в полевых условиях.

Следует отметить, что прогнозируемые на будущее изменения климата неизбежны в силу непрерывной антропогенной деятельности. Наряду с повышенными уровнями УФ-В-радиации, растениям придется расти при

31

удвоенной концентрации С02 и повышенной температуре. Поэтому, для оценки роста и продуктивности сельскохозяйственных культур важно понимание влияния как УФ-В-радиации так и агроклиматических факторов. Наряду с этим отметим, что в реальных условиях возделывания сельскохозяйственных культур мы обладаем возможностями контроля УФ-В-радиации, но не истощения озона. Поэтому, очевидно, что основным, если не единственным, реально контролируемым фактором в полевых условиях является уровень коротковолновой ультрафиолетовой радиации.

На основании представленного литературного обзора были сформулированы цель и задачи настоящих исследований.

Целью настоящей работы явилось:

изучение влияния УФ-В-радиации и климатических факторов внешней среды на функциональную стабильность ячменя на основе анализа морфологических показателей растений и урожая зерна, а также биохимических маркеров неэнзиматических компонентов системы антиоксидантной защиты.

Задачи исследований. Задачи настоящих исследований включали решение следующих вопросов:

1. Провести анализ агроклиматических условий полевых экспериментов и изучить их влияние на содержание фотосинтезирующих пигментов при хроническом УФ-В-облучении растений ячменя.

2. Исследовать воздействие УФ-В-излучения и агроклиматических условий на компоненты неферментативной системы антиоксидантной защиты и маркеры перекисного окисления липидов (ПОЛ).

3. Изучить влияние УФ-В-излучения и агроклиматических факторов на морфологические показатели и урожай ячменя.

4. Исследовать действие УФ-В-излучения на цитогенетические показатели зерна облученных растений в условиях вегетационного опыта.

5. Дать оценку последствий УФ-В-облучения на функциональную стабильность ячменя с использованием показателей, исследованных в настоящей работе.

Заключение диссертации по теме «Радиобиология», Манин, Константин Владимирович

ВЫВОДЫ

1. Ответная реакция растений на дополнительное УФ-В-облучение в диапазоне доз 283-502 кДж/см проявляется в биохимических изменениях, направленность которых может модифицироваться агроклиматическими условиями от стимуляции до угнетения образования фотосинтезирующих пигментов и маркеров антиоксидантной защиты растений.

2. Характер зависимостей «доза-эффект» по морфологическим и биохимическим показателям при хроническом УФ-В-облучении растений ячменя в полевых условиях существенно зависит от величины гидротермического коэффициента Селянинова.

3. Наиболее информативным показателем реакции системы неэнзиматических компонентов антиоксидантной защиты у растений на УФ-В-воздействие является повышение содержания флавоноидов, являющихся хромофорами-поглотителями квантов У Ф-В-излучения и выполняющих защитную функцию по отношению к УФ-В-радиации.

4. Истощение озона до 40% и вызванное им повышение уровня У Ф-В радиации оказывает влияние на функциональную стабильность ячменя в исследуемом диапазоне доз 283-502 кДж/см и как следствие приводит к снижению урожая зерна до 30% вне зависимости от гидротермических условий вегетационного периода.

5. Повышенное по сравнению с полевыми условиями образование флавоноидов, МДА и свободного пролина в вегетационном эксперименте свидетельствуют о более высокой стрессовой нагрузке УФ-В-излучения на растения ячменя при меньших биологически эффективных дозах.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Небывалое истощение стратосферного озона в Арктике весной 2011 года показывает перспективную возможность повышения ультрафиолетовой радиации, что может стать причиной повышения риска земледелия в северных районах Российской Федерации. Известно, что суточные уровни УФ-В-радиации с 90-х г.г. прошлого столетия и по настоящее время выше по сравнению с уровнями до 1980 г на 6-14% (Kakani V.G., Reddy K.R., Zhao D., Sailaja К., 2003). На современном этапе биосферных изменений особой актуальностью обладают работы, направленные на изучение последствий изменений глобального климата для агропромышленного производства. Если учесть, что при климатических изменениях вполне возможно и истощение озона стратосферы, то возникает задача оценки влияния на растениеводство гидротермических факторов внешней среды в сочетании с дополнительным УФ-В-облучением сельскохозяйственных культур. Контрастные по агроклиматическим условиям годы проведения полевых исследований, выполненных в настоящей работе позволили дать оценку функциональной устойчивости ячменя и системы антиоксидантной защиты и установить новые закономерности, которые могут быть востребованы в решении задач по ведению растениеводства в условиях изменяющихся климатических факторов.

Установлены новые закономерности влияния агроклиматических факторов, выраженных в величинах гидротермического коэффициента (ГТК)

Селянинова, на характер зависимостей «доза - эффект» при хроническом УФ

В-облучении ярового ячменя по ряду показателей фотосинтеза и неэнзиматическим маркерам антиоксидантной защиты. В полевых условиях зависимости содержания фотосинтетических пигментов от дозы УФ-Визлучения, существенно модифицируются агроклиматическими факторами от угнетения до стимуляции. Для ГТК = 2,5 с ростом дозы УФ-В-излучения проявлялось угнетение содержания хлорофиллов (а и Ь) и каротиноидов, тогда как при ГТК = 0,7 с ростом дозы У Ф-В-радиации наблюдалась стимуляция их образования. Показано, что закономерности влияния солнечной УФ-В

88 радиации на сельскохозяйственные культуры зависят от характеристик единого комплекса гидротермических факторов внешней среды, солнечного фотосинтетического и УФ-А-излучений. Показано повышенное по сравнению с полевыми условиями образование флавоноидов, малонового диальдегида и свободного пролина в вегетационном эксперименте. Данное обстоятельство, свидетельствует о более высокой стрессовой нагрузке УФ-В-излучения при меньших биологически эффективных дозах в вегетационных опытах по сравнению с экспериментами в полевых условиях.

Таким образом, результаты диссертационной работы свидетельствуют о более эффективном функционировании системы антиоксидантной защиты в естественных полевых условиях, приобретенной растениями в процессе их эволюционного развития. При этом в фотофизических и биохимических процессах системы антиоксидантной защиты принимают участие кванты электромагнитного излучения в широком диапазоне солнечного электромагнитного излучения от ультрафиолета до инфракрасного излучения. В модельных вегетационных исследованиях практически невозможно осуществить точное моделирование спектра Солнца, в связи с чем, биологическое действие физического фактора, в данном случае УФ-В-излучения оказывается более выраженным по сравнению с естественными условиями.

Для практики полезными являются результаты, демонстрирующие зависимости показателей функциональной стабильности сельскохозяйственных культур от ГТК, так как происходящие на нынешнем этапе эволюции биосферы глобальные изменения климата в первую очередь связаны с изменением гидротермических условий внешней среды. В практическом отношении представляется важным результатом прогноз потерь урожая зерна (до 30%) при истощении озона стратосферы на 40%.

В целом, по совокупности полученных изменений биохимических, морфофизиологических и цитогенетических показателей можно сделать вывод о влиянии уровней УФ-В-облучения, соответствующих истощению озона

89 стратосферы до 40% на функциональную стабильность ячменя. Выявленные закономерности могут быть использованы в задачах оценки функциональной стабильности сельскохозяйственных культур и прогноза потерь урожая зерна при истощении озона стратосферы в условиях глобальных климатических изменений.

Список литературы диссертационного исследования кандидат биологических наук Манин, Константин Владимирович, 2012 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Абдылдаева Б., Султанбаев A.C. Влияние воды, активированной ультрафиолетовым излучением, на рост, развитие и урожайность кукурузы. Третья Всесоюзная конференция по сельскохозяйственной радиологии. Тезисы докладов. Обнинск. 1990. т. 4. С. 61.

2. Агрохимические методы исследования почв. М.: Наука. 1975. 656 с.

3. Александров Э.Л., Израэль Ю.А., Кароль И.Л., Хргиан А.Х. Озоновый щит Земли и его изменения. СПб: Гидрометеоиздат. 1992. 288 с.

4. Амелин A.B. и др. Роль сорта в формировании урожая. // Земледелия. 2002. № 1.С. 42.

5. Архипов М.В. Действие ионизирующей и УФ-радиации на состав клеточной популяции и состояние ДНП в корневой меристеме ячменя. Автореф. канд. дис. Л. 1974.

6. Афонин А.Н., Ли Ю.С., Липияйнен К.Л., Цепелев В.Ю.. Агроэкологический атлас России и сопредельных стран. Гидротермический коэффициент Селянинова за вегетационный период. Санкт-Петербургский Государственный Университет. 2005.

7. Беляков И.И. Ячмень в интенсивном земледелии. - М.: Росагропромиздат. 1990.

8. Биохимия и биофизика фотосинтеза. / Отв. Ред. A.A. Красновский. М. Изд-во «Наука». 1965.

9. Борисов В.М. Особенности формирования урожайности ярового ячменя сорта «Зазерский 85» при разных сроках сева в северных районах Черноземной зоны. // Известия ТСХА. 1995. вып. 1.

10. Брандт А.Б., Тагеева C.B. Оптические параметры растительных организмов. М.: Наука. 1967. 280 с.

11. Бычковская Н.Ю. Действие УФ-радиации зоны В (280-320 нм) на клетки и ткани листьев Phaseolus vulgaris L. на ранних этапах онтогенеза. Автореф. канд. дисс. С.-Петербург. 1991. 19 с.

12. Вартанян J1.C., Гуревич С.М., Козаченко А.И., Наглер Л.Г., Лозовская Е.Л., Бурлакова Е.Б. Системный ответ антиоксидантных ферментов на окислительный стресс, вызванный облучением в малых дозах. // Радиационная биология. Радиоэкология. 2000. т. 40. №3. С. 285-291.

13. Верхотуров В.В. Взаимное влияние пероксидазы и низкомолекулярных антиоксидантов при прорастании семян пшеницы. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук. Иркутск. 1999. (bttp://zhurnal. ape.relarn.ru/articles/200l/054.pdf).

14. Вестник АПК Волгоградской области. http://is.park.ru/print doc.jsp?urn=43514065.

15. Войтович Н.В., Козьмин Г.В., Ипатова А.Г. Перспективы использования физических факторов в сельском хозяйстве. М. 1995.

16. Галкина И.В., Васильев В.И., Козина Т.В., Тихонов В.Н. Экспериментальная проверка различных методов прогнозирования уровня биологически активной ультрафиолетовой радиации, достигающей поверхности Земли (на примере Калужской области). Труды регионального конкурса проектов в области естественных наук. Выпуск 2. Калуга. 2001. С. 545-551.

17. Гончарова Л.И. Влияние ультрафиолетового излучения на рост, развитие и продуктивность яровой пшеницы. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук. Обнинск. 1995.

18. Гордин В. А. Распределение и динамика озона в атмосфере Земли. http://edu.mccme.ru/Proiect/OL/ozonl.htm

19. Гурский A.B., Остапович Л.Ф., Соколов Ю.Л. Влияние горных условий памирского типа на высшие растения. Проблемы ботаники: Вопросы биологии и физиологии растений в условиях высокогорий. М.;Л.: Наука. 1965. т. 7. вып.1. С. 5-21.

20. Данильченко O.A., Гродзинский Д.М., Власов В.Н. Значение ультрафиолетового излучения в жизнедеятельности растений. Физиология и биохимия культурных растений. 2002. т. 34. № 3. С. 187-198.

21. Дмитриев А.П., Поляковский С.О. УФ-В-радиация и растения. Вестник Харьковского национального аграрного университета. 2007. т. 1. №10. С. 7-23.

22. Довнар B.C. К методике измерения площади листьев у злаковых культур. Сельскохозяйственная биология. 1979. т. 14. №2. С. 235-237.

23. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. М.: Агропромиздат. 1985. 351 с.

24. Дубров А.П. Генетические и физиологические эффекты действия ультрафиолетовой радиации на высшие растения. М.: Наука. 1968. 250 с.

25. Дубров А.П. Действие ультрафиолетовой радиации на растения. М.: Изд-во Академии наук СССР. 1963. 115 с.

26. Духовскис П., Юкнис Р., Сакалаускайте Ю., Бразайтите А., Духовскене Л., Шикшнянене Ю., Самуолене Г., Урбонавичюте А., Баранаускис К., Улинскайте Р., Шабаевене Г., Башмаков Д.И., Лукаткин A.C. Реакция редиса на краткосрочное действие и последействие ультрафиолетового излучения. Сельскохлзяйственная биология, 2009, №3, с. 98-103.

27. Ермаков Е.И., Канаш Е.В. Современные проблемы УФ-В-радиации в экофизиологии и растениеводстве. Сельскохозяйственная биология. 2005. №1. С. 3-19.

28. Жимулев И.Ф. Общая и молекулярная генетика: учебное пособие для студентов университетов, обучающихся по направлению 510600 - Биология и биологическим специальностям. 2-е, испр. и доп. Новосибирск.: Сиб. унив. изд-во. 2003.478 с.

29. Запрометов М.Н. Основы биохимии фенольных соединений. М.: Высшая школа. 1974. 214 с.

30. Запрометов М.Н., Николаева Т.Н. Способность изолированных хлоропластов из листьев фасоли осуществлять биосинтез фенольных соединений. // Физиология и биохимия культурных растений. 2003. т. 50. №5. С. 699-703.

31. Зейналов A.A., Летова А.Н., Четокин A.M. Использование неионизирующих электромагнитных излучений в сельскохозяйственном производстве. // Вестник РАСХН. 2009. №2. С. 31-32.

32. Зеленьчукова Н.С. Влияние УФ-А излучения и синего света низкой интенсивности на морфогенез и содержание фотосинтетических пигментов растений. Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук по специальности 03.00.16. Томск. 2007. 126 с. РГБ ОД 61:07-3/828.

33. Зяблицкая Е.Я., Козьмин Г.В., Паршиков В.В., Белова Н.В., Симоненкова Е.Д., Лой H.H., Свириденко Д.Г. Влияние повышенных уровней УФ-В-радиации на отдельные компоненты агрофитоценоза. Радиационная биология. Радиоэкология. 1997. т. 37. №1. С. 117-123.

34. Зяблицкая Е.Я., Козьмин Г.В., Симоненкова Е.Д. и др. Влияние хронического УФ-облучения зоны В на рост, развитие и продуктивность кормовой свеклы. Космическая биология и авиакосмическая медицина. 1991. № 4. С. 23-25.

35. Ильясова Н.И., Ваулина Г.И., Тимофеев О.В. Урожайность и фитосанитарное состояние ярового ячменя в зависимости от минерального питания и средств защиты. // Современные проблемы науки и образования. Приложение «Сельскохозяйственные науки». 2009. №6. С. 3

36. Калинкина Л.Г., Удельнова Т.М. Механизм вовлечения гликолатного пути в накопление свободного пролина у морской хлореллы в условиях засоления. // Физиология растений. 1991. т. 38. №5. С. 948-958.

37. Канаш Е.В., Савин В.Н. Изучение чувствительности различных сельскохозяйственных растений к непродолжительному УФ-стрессу. // Космическая биология и авиакосмическая медицина. 1991. №4. С. 18-20.

38. Канаш Е.В., Савин В.Н. Изучение чувствительности различных сельскохозяйственных растений к непродолжительному УФ-стрессу. Космическая биология и авиакосмическая медицина. 1991. №4. С. 18-20.

39. Канаш Е.В., Савин В.Н., Осипов Ю.А. Изменение роста и продуктивности растений ячменя при облучении ультрафиолетовой радиации в различные периоды онтогенеза. // Физиология растений. 1988. т. 35. С. 726-733.

40. Каратиноиды. Значение для растений, http://xreferat.ru/! 0/2040-1 -karotmoidy-znachenie-dlva-rasteniiy.html

41. Каротиноиды. http://fizrast.ru/fotosintez/pigmentY/karatinoidy.html

42. Кнатова Ч.Э., Султанбаев A.C. Влияние орошения водой, облученной УФ-светом, на рост, развитие и урожайность редиса. Третья Всесоюзная конференция по сельскохозяйственной радиологии. Тезисы докладов. Обнинск. 1990. т. 4. С. 62-63.

43. Ковалев В.М. Новое в применяемых в сельском хозяйстве технологиях. // Вестник РАСХН, 2001, №3, С. 8-11.

44. Кондратьева Н.П. Повышение эффективности электрооблучения растений в защищенном грунте Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. М. 2003. 365 с.

45. Конев C.B., Волотовский И.Д. Фотобиология. Минск: Изд-во Белорус, унта. 1979. 383 с.

46. Контроль физических факторов окружающей среды, опасных для человека. Под ред. В.Н. Крутикова, Ю.И. Брегадзе, А.Б. Круглова. М.: ИПК Изд. стандартов. 2003.

47. Кравец Е.А., Гродзинский Д.М., Гуща Н.И. Влияние УФ-В-облучения на репродуктивную функцию растений Hordeum vulgares L. // Цитология и генетика. 2008. 5. С. 9-15.

48. Красновский A.A. Биологическое преобразование солнечной энергии. // Экология и жизнь. 2005. т. 42. №1. С. 42-46.

49. Кузнецов В. В., Шевякова Н.И. Пролин при стрессе: Биологическая роль, метаболизм и регуляция. // Физиология растений. 1999. т. 46. №2. С. 321-336.

50. Кумаков В.А., Перетятко А.И., Крупина Л.И., Седова Т.Н. Суточные и сезонные изменения содержания пролина у яровой пшеницы. // Физиология и биохимия культурных растений. 1990. т. 22. №2. С. 180-185.

51. Курочкина O.A. Предпосевная обработка семян яровой пшеницы ультрафиолетовыми лучами. Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук. Курган. 2009.

52. Лапшин П.В., Трошенкова Н.В., Дубравина Г.А., Загоскина Н.В., Бутенко Р.Г. Морфофизиологические характеристики каллусных культур пшеницы,

96

устойчивых к действию УФ-В-радиации. 2002. http://www.lapshin.org/science/sb-tcxa.htm.

53. Лобанова А.А. Исследование биологически активных флавоноидов в экстрактах из растительного сырья / А.А. Лобанова, В.В. Будаева, Г.В. Сакович. Химия растительного сырья. 2004. №1. С. 47-52.

54. Манин К.В., Козьмин Г.В. Методические аспекты оценки агроэкологических последствий истощения озона стратосферы. // Вестник Российской Академии Естественных Наук. 2011. т. 2. №2. С. 48-52

55. Мейер А., Зейтц Э. Ультрафиолетовое излучение. Получение, измерение и применение в медицине, биологии и технике./ Перевод с немецкого. М.: Издательство Иностранной литературы. 1952.

56. Механизмы репарации мутационных повреждений у прокариот. http://medbiol.ru/medbiol/mic.robiol/0008d567.htm

57. Минаева В.Г. Флавоноиды в онтогенезе растений и их практическое использование. /Отв. Ред. М.Н.Запрометов. Новосибирск: Изд-во «Наука» Сибирское отделение. 1978. 225 с.

58. Минич А.С., Минич И.Б., Зеленчукова Н.С. Влияние УФ-А-излучения и красного излучения низкой интенсивности на рост и развитие Arabidopsis thaliana. // Вестник ТГПУ. Серия Естественные и точные науки. 2006. 57. №6. С. 73-79.

59. Насыров Ю.С., Абдурахманова З.Н., Эргашев А.Э. Действие ультрафиолетовой радиации на фотосинтетические и ферментативные реакции фотосинтеза. // Теоретические основы фотосинтетической продуктивности. М. 1972.

60. Небывалая убыль стратосферного озона в Арктике весной 2011 года. World Meteorology Organization. Press release. BMO № 912. Женева. 5 апреля 2011.

61. Олениченко H.A., Городкова Е.С., Загоскина Н.В. Влияние экзогенных фенольных соединений на перекисное окисление липидов у растений пшеницы. // Сельскохозяйственная биология. 2008. №3. С. 58-61.

62. Паушева З.П. Практикум по цитологии растений. М. Агропромиздат. 1988. 271 с.

63. Поспелов М.Е., Фрайкин Г .Я. Фотогенерация супероксидного анион-радикала кислорода и его роль в инактивации клеток дрожжей длинноволновым УФ-светом. // Известия АН СССР Сер. Биология. 1989. №2. С. 308.

64. Потапова Т. Трансформация энергии в растительной клетке. http://elementv.ru/lib/430308/430310.

65. Практикум по физиологии растений / под ред. Третьякова H.H. - М.: Агропромиздат. 1990. С. 130-133.

66. Прадедова Е.В., Ишеева О.Д., Саляев Р.К. Классификация системы антиоксидантной защиты, как основа рациональной организации экспериментального исследования окислительного стресса у растений. Физиология растений. 2011. Т.58. № 2. С. 177-185.

67. Принципы руководства по пределам воздействия Ультрафиолетовой радиации с длиной волны от 180 до 400 нм (Неионизирующая Оптическая Радиация). // Физика Здоровья. 1985. V. 49. № 2. С. 331-340 (ГОРА, 1985).

68. Прусакова Л.Д., Кефели В.И., Белопухов С.Л., Вакуленко В.В., Кузнецова С.А. Роль фенольных соединений в растениях. // Агрохимия. 2008. №7. С. 8696.

69. Пуховская Н.В., Собачкин A.A. Особенности реакции биотипов ячменя на токсичность алюминия. // Доклады РАСХН. 2007. №4. С. 12-14.

70. Пуховская Н.В., Собачкин A.A., Сычев В.Г. Эффективность калийных удобрений в зависимости от генотипа растений и экологических факторов. // Актуальные проблемы агрохимической науки (к 75-летию Всероссийского НИИ агрохимии им. Д.Н. Прянишникова). 2007. С. 60-65.

71. Радюкина Н.Л., Шашукова A.B., Маппели С., Шевякова Н.И., Кузнецов Вл. В. Пролин регулирует уровень полиаминов в растениях шалфея в нормальных условиях и при УФ-В-облучении. // Физиология растений. 2010. т. 57. №3. С. 449-457.

72. Радюкина H.JI., Шашукова A.B., Шевякова Н.И., Кузнецов Вл.В. Участие пролина в системе антиоксидантной защиты у шалфея при действии NaCl и параквата. // Физиология растений. 2008. т. 55. С. 721 -730.

73. Ракитин В.Ю., Прудникова О.Н., Карягин В.В., Ракитина Т.Я., Власов П.В., Борисова Т.А., Новикова Г.В., Мошков И.Е. Выделение этилена, содержание АБК и полиаминов в Arabidopsis thaliana при УФ-В-стрессе. // Физиология растений. 2008. т. 55. №3. С. 355-361.

74. Ратников А.Н., Селезнева Е.М., Зяблицкая Е.Я., Жигарева Т.Л., Гончарова Л.И., Попова Г.И., Петров К.В. Оценка возможных последствий увеличения уровней УФ-В-радиации на состояние наземных экосистем нечерноземной зоны России (на примере Калужского региона). // Труды регионального конкурса научных проектов в области естественных наук. Калуга. Изд. дом «Эйдос». 2002. С. 322-328.

75. Рогожин В.В., Курилюк Т.Т., Филиппова Н.П. Изменение реакции антиоксидантной системы проростков пшеницы после УФ-облучения семян. // Биофизика. 2000. т. 45. вып. 4. С. 730-736.

76. Савин В.Н. Исследование действия повышенного уровня У ФИ в диапазоне 280-320 нм на сельскохозяйственные растения. Заключительный отчет. Л. АФИ. 1987.

77. Сисакян Н. М. Биохимическая характеристика засухоустойчивости растений. // Издательство Академии Наук СССР. 1940. 147 с.

78. Скальный A.B., Кудрин A.B. Радиация, микроэлементы, антиоксиданты и иммунитет (микроэлементы и антиоксиданты в восстановлении здоровья ликвидаторов на ЧАЭС). М.: Изд~во Лир Маркет. 2000. 421 с.

79. Смит К., Хэнеуолт Ф. Молекулярная фотобиология. 1972.

80. Соколов М.В. Прикладная биофотометрия. М. 1982. 132 с.

81. Спектры поглощения для двух фотосистем. http://www.aquafanat.com.ua/forum/index.php?showtopic^7474&st=80

82. Стржалка К., Костецка-Гугула А., Латовски Д. Каротиноиды растений и стрессовое воздействие окружающей среды: роль модуляции физических

99

свойств мембран каротиноидами. // Физиология растений. 2003. т. 50. №2. С. 188-193.

83. Стржижовский А.Д. Влияние ультрафиолетовой радиации повышенной интенсивности на растения: вероятные последствия разрушения стратосферного озона. // Радиационная биология. Радиоэкология. 1999. т. 39. №6. С. 683-692.

84. Стржижовский А.Д. Спектрально-энергетические параметры биологического действия УФ-излучения и подходы к его нормированию. // Радиационная биология. Радиоэкология. 1995. т. 35. вып. 3. С. 435-443.

85. Султанбаев A.C. Значение УФ-излучения в повышении урожайности томатов и улучшении их биохимического состава. Третья Всесоюзная конференция по сельскохозяйственной радиологии. Тезисы докладов. Обнинск. 1990. т. 4. С. 66-67.

86. Тарчевский И. А. Сигнальные системы клеток растений. М.: Наука. 2002. 294 с.

87. Тооминг Х.Г. Солднечная радиация и формирование урожая. JI.: Гидрометеоиздат. 1977. 200 с.

88. Ультрафиолетовое излучение в природе и медицине, http://www.med-shop.ru/faq/ultra.htm

89. Фокин A.A. К методике расчета светодиодных излучателей для теплиц. http://test.orelsau.ru/index.php?conferences=56 2009-11 -

18&chair=:56&section=27&text=263.

90. Фотосинтез.

http://www.bsu.ru/content/hecadem/bahanova mv/cl 718/files/mzip 618 14705/ind ex.htm

91. Характерный спектр поглощения каротиноидов. (Антенная функция каротиноидов. http://agrotext2.ru/! 116.html

92. Хлопюк М.С., Хлопюк П.М. Продуктивность новых сортов ярового ячменя в почвенно-климатических условиях южных районов Тульской области.

// Журнал Зерновое хозяйство России. 2010. т. 11. №5. С. 11. http://[e-mail]

93. Худжаназарова Г.С. Действие ультрафиолетовой радиации на ростовые процессы и анатомическое строение листьев растений. Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук. Душанбе. 2006.

94. Чанишвили III., Бадридзе Г., Рапава JI. и др. Влияние высотного фактора на содержание антиоксидантов в листьях некоторых травянистых растений. // Экология. 2007. №5. С. 395-400.

95. Чеснокова Н.П., Понукалина Е.В., Бизенкова М.Н. Молекулярно-клеточные механизмы инактивации свободных радикалов в биологических системах. // Успехи современного естествознания. 2006. №7. С. 29-36.

96. Чупахина Г.Н., Масленников П.В. Биосинтез антоцианов в зеленых и альбиносных листьях ячменя обыкновенного, http://www.bestreferat.ru/referat-99516.html.

97. Шаламянский A.M., Кароль И.Л., Клягина Л.П., Ромашкина К.И. Общее содержание озона над территорией Российской Федерации и прилегающих стран по 30-летним измерениям наземных станций. // Метеорология и гидрология. 2004. №8. С. 24-35.

98. Шашукова А.Н. Участие пролина в регуляции уровня полиаминов и функционирование антиоксидантных ферментов у растений Salvia officinalis L. при действии УФ-В-облучения. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук. М. 2009.

99. Шульгин И. А. Растение и солнце. — Л. 1993.

100. Шульгин И.А., Забиров Р.Г., Щербина И.П., Толибеков Д.Т. О роли ультрафиолетовой радиации высокогорных районов в строении побега и продуктивности пшеницы. Биологические науки. 1990. 7. С. 107-118.

101. Щербина К.Г. В сб.:Физиология древесных растений. Изд-во АН СССР. 1962. 75.

102. Agati G., Matteini P., Goti A. and Tattini M. Chloroplast-located flavonoids can scavenge singlet oxygen. // New Phytologist. 2007. V. 174. №1. P. 77-89.

103. Alexieva V., Sergiev I., Mapelli S. et al. The effect of drought and ultraviolet radiation on growth and stress markers in pea and wheat. // Plant, Cell, Environment. 2001.24. P. 1337-1344.

104. Al-Turk W.A., Stohs S.J., El-Rashidy F.H., Othman S., Shaheen O. Changes in glutathione, glutathione reductase and glutathione-S-transferase as a function of concentration and age. // Pharmacology. 1987. 34. P. 1-8.

105. Arnon D.I. Copper enzymes in isolated chloroplasts. Polyphenoloxidae in Beta vulgaris. // Plant Physiol. 1949. V. 24. №1. P. 1-15.

106. ASTM G173-03 Reference Spectra Derived from SMARTS v. 2.9.2.

107. AVASOFT для AvaSpec-2048 версия 6.2 РУКОВОДСТВО ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ

108. Ballare C.L., Roussaux M.C., Searles P.S., Zaller J.G., Giordano C.V., Robson T.M., Caldwell M.M., Sala O.E., Scopel A.L. Impacts of solar ultraviolet-B on terrestrial ecosystems of Tierra del Fuego Southern Argentina. An overview of recent progress. //J. Photochem. Photobiol. B. 2001. 62. P. 67-77.

109. Barnett N.M., Naylor A.W. //Plant Physiol. 1966. 41. P. 1222.

110. Bates L.S., Waldrin R.P., and Ter J.D. Rapid determination of free proline for water stress studies. // Plant and Soil. 1973. V. 39, №1. P. 205-207.

111. Beggs C.J., Stolzer-Jehle A., Wellmann E. Isoflavonoid formation as an indicator of UV stress in bean (Phaseolus vulgaris L.) leaves. The significance of photorepair in assessing potential damage by increased solar UV-B radiation. // Plant Physiol. 1985. 79. P. 630-634.

112. Caldwell M.M. Photophysiology. Academic press. New York. 1971. 6. P. 131177.

113. Caldwell M.M. Solar ultraviolet radiation as ecological factor for alpin plants. // Ecological monographs. 1966. V. 38. №3. 268 p.

114. Caldwell M.M., Ballare C.L., Bornman J.F., Flint S.D., Bjorn L.O., Teramura A.H., Kulandaivelu G., Tevini M. Terrestrial ecosystems increased solar radiation and interactions with other climatic factors. // Photochem. Photobiol. Sci. 2003. 2. P. 29-38.

115. Caldwell M.M., Bornman J.F., Ballare C,L., Flint S.D., Kulandaivelu G. Terrestrial ecosystems, increased solar ultraviolet radiation, and interactions with other climate change factors. // Photochem. Photobiol. Sci. 2007. 6. P. 252-266.

116. Caldwell M.M., Flint S.D. Lighting considerations in controlled environments for nonphotosynthetic plant responses to blue and ultraviolet radiation. International Lighting in controlled environments workshop. 1994. NASA-CP-95-3309.

117. Caldwell M.M., Teramura A.H., Tevini M., Bomman J.F., Bjom L.O., Kulandaivelu G. Effects of increased solar ultraviolet radiation on terrestrial plants Ambio. 1995.24. P. 166- 173.

118. Caldwell M.M., Teramura A.H., Tevini M., Bomman J.F., Bjorn L.O., Kulandaivelu G. Effects of increased solar ultraviolet radiation on terrestrial plants Ambio. 1995. 24. P. 166-173.

119. Carletti P., Masi A., Wonisch A. et al. Changes in antioxidant and pigments pool dimensions in UV-B irradiated maize seedlings. // Environmental and Experimental Botany. 2003. 50. P. 149-157.

120. Cell Biology and Instrumentation: UV Radiation, Nitric Oxide and Cell Death in Plants / Edited by Blume Y., Durzan J. D., Smertenko P. IOS Press. 2006.

121. Chinard F.P. Photometric Estimation of Proline and Ornitine. // J. Biol. Chem. 1952. V. 199. P. 91-95.

122. Christie J.M., Briggs W.R. Blue light sensing in higher plants. // The Journal of Biological Chemistry. 2001. V. 276. №15. P. 11457-11460.

123. Close D.C., McArthur C. Rething the role of many plant phenolics - protection from photodamage not herbivores? // Oikos. 2002. 99. P. 166-172.

124. Day T.A., Ruhland C.T., Xiong F.S. Influence of solar ultraviolet-B radiation on Antarctic terrestrial plants: results from a four year field study. // J. Photochem. Photobiol. B:Biol. 2001. 62. P. 78-87.

125. Ellenberg H. Vegetation mitteleuropas mit den Alpen. // Stuttgart. 1986. 9861 P-

126. Environmental Effects of Ozone Depletion: 1998 Assessment. Draft Report UNEP.

127. Fergusson A. Environment Canada's children's UV index Sun awareness programme. // Radiation Protection Dosimetry. 2000. V. 91. № 1 -3. P. 317-322.

128. Final Report of the Economic Assessment Panel. August. 1989.

129. Flint S.D., Caldwell M.M. Field testing of UV biological spectral weighting functions for higher plants. // Physiol. Plant. 2003. 117. P. 145-153.

130. Foyer C., Noctor G. Oxidant and antioxidant signaling in plants: a re-evalution of the concept of oxidative stress in a physiological context. // Plant, Cell and Environment. 2005. 28. P. 1056-1071.

131. Franklin K.A., Whitelam G.C. Light signals, phytochromes and crosstalk with other environmental cues. // Journal of Experimental Botany. 2004. V. 55. №395. P. 271-276.

132. Gates D.M., Keegan H.J., Schleter J.C. and Wiedner V.R. Spectral properties of plants. // Appl. Opt. 1965. 4. P. 11-20.

133. Gaudillere J.P. // Physiol. Veg. 1974. 12. P. 585-599.

134. Gibson J. UVB radiation. Definition and characteristics. National resourse ecology laboratory Colorado State University. 2002. http://uvb.nrel.colostate.edu/UVB/publications/uvb primer.pdf

135. Gray L.J., Pyle J.A. A two-dimensional model of the quasibiennial oscillation of ozone. // J. Atm. Sci. 1989. V. 46. №2. P. 203-220.

136. Heath R.L., Packer L. Photoperoxidation in isolated chloroplasts. 1. Kinetics and stoichiometry of fatty acid peroxidation. // Archives of Biochemistry and Biophysics. 1968. V. 125. № 1. P. 189-198.

137. Holmes M.G. Action spectra for UV-B effects on plants monochromatic and polychromatic approaches for analyzing plant responses. In: Plants and UV-B responses to environmental change. Cambridge university press. 1997. P. 31-50.

138. Hunt J.E., McNeil D.L. The influence of present-day levels of ultraviolet-B radiation on seedlings of two southern hemisphere temperate tree species. // Plant Ecology. 1999. 143. P. 39-50.

139. Jackson J.A., Fuglevand G., Brown B.A. et al. Isolation of Arabidopsis mutants altered in the light-regulation of chalcone synthase gene expression using a transgenic screening approach. // Plant J. 1995. V. 8. P. 369-380.

140. Jansen M.A.K., Gaba V., Greenberg B.M. Higher plants and UV-B radiation: balancing, repair and acclimation. // Trends Plant Sci. 1998.V.3.P. 131-135.

141. Kakani V.G., Reddy K.R., Zhao D., Salaja K. Field crop responses to ultraviolet-B radiation: a review. // Agricultural and Forest Meteorology. 2003. 120. P. 191-218.

142. Kasahara M., Kagawa T., Oikawa K., Suetsugu N., Muyao M., Wada M. Chloroplast avoidance movement reduces photodamage in plants. // Nature. 2002. V. 420. P. 829-832.

143. Kimura Y., Miller V.L. // Anal. Chim. Acta. 1962. V. 27. №4. P. 325-331.

144. Lichtenthaler H. K. and Wellburn A.R. Determinations of total carotenoids and chlorophylls a and b of leaf extracts in different solvents. // Biochemical Society of Transactions. 1983. 11. P. 591-592.

145. Lichtenthaler H.K., Pfister K. // Practicum der Photosynthesis. Quelle Meyer Verlag. Heidelberg. 1978.

146. Longstreth J., deGruijl F.R., Kripke M.L., Abseck S., Arnold F., Slaper H.I., Velders G., Takizawa Y., van der Leun J.C. Health risks. Environmental effects of Ozone Depletion: 1998 Assessment UNEP.

147. Madronich S., McKenzie R.L., Bjorn L.O., Caldwell M.M. Changes in biologically active ultraviolet radiation reaching the Earth's surface. Environmental tffects of Ozone Depletion: 1998 Assessment. Draft Report UNEP.

148. Mazza C.A., Batista D., Zima A.M., Szwarcberg-Bracchitta M., Giordano C.V., Acevedo A., Scopel A.L., Ballare C.L. The effects of solar ultraviolet-B radiation on the growth and yield of barley are accompanied by increased DNA damage and antioxidant responses. // Plant Cell Environ. 1999. 22. P. 61-70.

149. Mazza C.A., Boccalandro H.E., Giordano C.V., Battista D., Scopel A.L., Ballare C.L. Fanctional significance and induction by solar radiation of ultraviolet-

absorbing sunscreens in field-grown soybean crops. // Plant Physiol. 2000. 122. P. 117-126.

150. McClure J.W. Physiology and functions of flavonoids. In: The Flavonoids (J.B. Harborne, T.J. Marby and H.Mabry, eds). Academic Press. New York. 1975. 2. P. 970-1055.

151. Messer M., Dahlqvist A. A one-step ultramicro method for the assay of intestinal disaccharidases. // Anal. Biochem. 1966. V.14. P. 376-392.

152. Murali N.S., Teramura A.H., Randale S.K. Responses differences between two soybean cultivaris with contrasting UV radiation sensitivities. // Photochem. Photobiol. 1988. 47. P. 1-5.

153. Noctor G. Metabolic signaling in defence and stress: the central roles of soluble redox couples. // Plant, Cell and Environment. 2006. 29. P. 409-425.

154. RDUAVGjiok-№CK15.03.05.X1S

155. Report of the Eighth Session of SPARC Scientific Steering Group. Buenos Aires. Argentina. November 13-16. 2000.

156. Rousseaux M.C., Ballare C.L., Giordano C.V., Scopel A.L., Zima A.M., Szwarcberg-Bracchita M., Searles P.S., Caldwell M.M., Diaz S.B. Ozone depletion and UVB radiation: Impact on plant DNA damage in southern South America. // Proc. Natl. Acad. Sei. 1999. 96. P. 15310-15315.

157. Searles P.S., Flint S.D., Caldwell M.M. A meta-analisis of plant field studies simulated stratosphericozone depletion. 2001. // Oecologia. 127. P. 1-10.

158. Sharma R. Impact of solar UV-B on tropical ecosystems and agriculture. Case study: Effect on UV-B on rice. // Proc. SEAWPIT 2001. 1. P. 92-101.

159. Singh S., Mishra S., Kumari R., Agrawal S.B. Response of ultraviolet-B and nickel on pigments, metabolites and antioxidants of Pisum sativum L. // Journal of Environmental Biology. 2009. V. 30. №5. P. 677-684.

160. Smith J.H., Benitez A. // In Modern Methods of Plant Analysis (Peach K. and Tracey M.V. eds.). Springer-Verlag. Berlin. 1955. Vol. 4. P. 142-196.

161. Sobolewski P., Krzyscin J. Reconstraction of the UV-time series weighted for the plant action spectrum based on the UV and total ozone data collected at Belsk

106

Poland in period 1992-2003. // Cell biology and instrumentation: UV radiation, nitric oxide and cell death in plants. IOS Press. 2006. P. 67-73.

162. Stalfelt M.G. Planta, 1927, 4, H. 1-2, 901. // Биохимия и биофизика фотосинтеза. // отв. ред. А.А. Красновский. М. Изд-во «Наука», 1965.

163. Stapleton А.Е. Ultraviolet radiation and plants: burning questions. // The Plant Cell. 1992. 105. P. 881-889.

164. Stocker R., Frei B. Endogenous antioxidant deferences in human blood plasma. In. Sies H. ed. Oxidative stress: oxidants and antioxidants. London: Academic Press. 1991. P.213-243.

165. Takeuchi У., Murakami M., Nakajima N., Kondo N. and Nikaido O. Induction and repair of damage to DNA in cucumber cotyledons irradiation with UV-B. // Plant and Cell Physiology. 1996. V.37. P. 181-187.

166. Tausz M., Sircelj H., Grill D. The glutathione system as a stress marker in plant ecophysiology: is a stress-response concept valid? // J. of Experimental Botany. 2004. 55. 404. 8p.

167. Teramura A. H. and Murali N.S. Intraspecific differences in growth and yield of soybean exposed to ultraviolet-B radiation under greenhouse and field conditions. // Environmental and Experimental Botany. 1986. Vol. 26. №1. P. 89-95.

168. Teramura A.H. and Murali N.S. Intraspecific differences in growth and yield of soybean exposed to ultraviolet-B radiation under greenhouse and field conditions. // Environmental and Experimental Botany. 1986. V. 26. №1. P. 89-95.

169. Tevini M., Iwanzik W., Thoma U. Some effects of enhanced UV-B irradiation on the growth and composition of plants. // Planta. 1981. 153. P. 388-394.

170. Thiel S., Dohring Т., Kofferlein M. ets.: A phytotron for plant stress research: How far can artificial lighting compare to natural sunlight? // J. Plant Phisiol. 1996. Vol. 148. P. 456-463.

171. Total ozone mapping spectrometer. 2002, http://toms.gsfc,nasa.gov/ery uv/euv.html.

172. Troll W., Lindsley J. A photometric method for the determination of praline. // J. Biol. Chem. 1955. V. 215. P. 655-660.

173. UNEP 2002. Executive Summary Final of UNEP/WMO Scientific Assesment of Ozone Depletion.

174. Webb R.B. Photochemical and Photobiological Reviews. N.Y.: Plenum Press. 1977. v. 2. P. 169.

175. Weiss S. // Acta phisiol. Scand. 1986. V. 126. Suppl. 548. P. 9.

176. Whitelam G.C., Devlin P.F. Light signaling in Arabidopsis. // Plant Physiol. Biochemistry. 1998. V. 36. №1-2. P. 125-133.

177. Wolwertz M.-R. // Arch. Internat. Physiol. Et biochim. 1960. 68. 849 p.

178. Wren J.J., Wiggall P.H. // Biochem. J. 1965. 94. P. 216.

179. Zaprometov M.N., Nikolaeva T.N. Chloroplasts isolated from Kidney bean leaves are capable of phenolics compound biosynthesis. // Russian Journal of Plant Physiology. 2003. V. 50. P. 623-626.

180. Ziegler R., Egle K. Zur quantitativen analyse der chloroplastenpigmente. I Kritische Überprüfung der Spektralphotometrischen Chlorophyll-Bestimmung. // Beitr. Biol. Pflanzen. 1965. 41. P. 11-37.