Введение к работе
Актуальность темы диссертации. Изучение влияния иммобилизации на мембранне и втгутриклеточныс процессы является одной из актуальных задач современной тзиологии растений, поскольку иммобилизованные растительные клетки находят все лее широкое применение в биотехнологическом производстве полезных продуктов и грья, при конструировании биосенсоров, а также для промышленной очистки сточных д [Brodelius, 1985; Trevan,1988]. Большинство работ, выполненных к настоящему емени, показывают изменение скорости процессов вторичного метаболизма и еличение выхода метаболитов после включения растительных клеток в различные сители [Robinson et al., 1986; Gontier et al., 1994]. Для поддержания высокой биосинте-ческой активности большое значение имеет сохранение жизнеспособности иммобили-ванных клеток, которая зависит как от приемов включения в соответствующие сители, так и от природы самого носителя. Согласно исследованиям ряда авторов, пболее мягким способом иммобилизации может являться включение растительных епаратов в полисахаридные гели [Tamponnet et al, 1985; Броделиус, 1988]. В этой связи и систематическом изучении различных аспектов физиологии иммобилизоваїпшх лтггельных клеток первостепенное значение приобретают методы иммобилизации, бор материала носителя и разработка информативных способов регистрации метаболи-жой активности. Несмотря на значительное количество работ в этой области, логически не изучено влияние иммобилизации на транспортные свойства плазматиче-гх мембран, а между тем именно через плазмалемму осуществляется поступление «ичных субстратов и вывод продуктов биосинтеза. Помимо этого, состояние їзмалеммьі в значительной степени определяет уровень жизнеспособности клеток и ттащш к условиям внешней среды. Знание характера и механизмов изменений шепортных свойств растительных клеток под влиянием различных полисахаридов іволило бы не только осуществлять направленное воздействие на клеточный метабо-м с целью увеличения экскреции промышленно-цешшх продуктов, но и дополнить щетавления о первичных механизмах адаптации растительных клеток к воздействию огенных факторов.
Таким образом, изучите процессов переноса веществ, в частности ионов, через амалемму иммобилизованных растительных клеток является актуальной и мало ледованной проблемой, решение которой позволит понять природу взаимодействия
молекул полисахаридов с плазмалеммой и механизм их влияния на физиолої растительных клеток.
Связь работы с научными программами. Диссертационная работа выполняла! рамках поисковых тематик Института экспериментальной ботаники НАН Беларус Биологического факультета Белорусского государственного университета.
Цель и задачи исследования. В рамках данного исследования предполагалось у повить различия в транспортных свойствах плазмалеммы иммобилизованных и сво ных клеток водорослей и выяснить механизмы, ответствешпле за изменение ион проницаемости плазматической мембраны включенных в полисахаридные гели кле Поставленная цель включала решение следующих задач:
1. Разработать информативные методические приемы определения жи:
способности иммобилизованных растительных клеток.
-
Сравнить жизнеспособность свободных и иммобилизованных в различных ге клеток водорослей.
-
Выявить различия в скорости поступления ионов NO3" и К+ в сушенди-ровапш иммобилизованные клетки Chlorella.
-
Определить основные закономерности влияния иммобилизации на плазмалеї растительных клеток на примере Chlorella vulgaris и Nitellajlexilis.
Основные иоложеїшя диссертации, выносимые на защиту.
-
Иммобилизация в полисахаридных гелях способствует увеличению жи: способности растительных клеток в процессе длительного хранения.
-
Включение в полисахаридные гели изменяет барьерно-транспортные свойї плазматической мембраны растительных клеток.
3. Влияние полисахаридного геля на транспортные свойства плазмалеммы опред
ется увеличением неспецифической утечки и уменьшением разности потенциалов
плазмалемме вследствие взаимодействия с мембраной отрицательно заряженных гр
молекул носителя.
Научная новизна полученных результатов. Получены новые данные об акті рующем влиянии альгинатного и агарового гелей на транспорт нитрата через плазмале; клеток и ингибирующем воздействии альгинатного геля на скорость накопления I клетках микроводорослей.
Обнаружен механизм мембранотрогаюго эффекта отрицательно заряженных пол харидов на плазматическую мембрану, состоящий во взаимодействии с лшшдной ф; бислоя и выражающийся в увеличении неспецифической прошщаемости плазмалеммы
Впервые показано, что включение клеток в Са-альгинатный гель повышает их жиз-пособность по сравнению с иммобилизованными в агаре и свободными клетками при тении в различных условиях освещенности и температуры.
Предложены новые информативные методы оценки жизнеспособности иммобилизо-тсых растительных клеток на основе определения скорости фотоиндуцированного пцелачивания среды и способности к делению клеток после длительного храпения.
Практическая значимость полученных результатов. Полученные данные о влия-і полисахаридов на транспортные свойства плазматической мембраны помогут «направленному выбору носителя при иммобилизации растительных клеток и работке эффективных способов увеличения экскреции физиологически активных деств, что будет способствовать оптимизации биотехнологических процессов. Попише характера и прігродьі взаимодействия различных полисахаридов с плазматической ібраной дополняет представления о механизмах взаимодействия экзогешшх факторов пример, патогенных микроорганизмов) с растительной клеткой.
Личный вклад соискателя. Экспериментальный материал получен при решающем стии автора. Выбор методов исследований, условий экспериментов, интерпретация ультатов и анализ полученных даїшьгх проведены автором самостоятельно.
Апробация результатов диссертации. Основные результаты работы были представ-:ы на Конференции молодых ученых Беларуси и Литвы (14-17 ноября 1992 г., ювежская Пуща), на I съезде Белорусского общества фотобиологов и биофизиков (22-23 бря 1994 г., Минск), на 7-м Международном конгрессе по биотехнологии (17-23 фаля 1995 г., Ницца, Франция), на 13-й Школе по биофизике мембранного транспорта -18 мая 1997 г., Ладек-Здрой, Польша), на VI Международном совещании по инкапсуляции (29 августа-1 сентября 1997 г., Барселона, Испания).
Опубликованность результатов. По теме диссертации опубликовано 8 работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит го введения, общей характерний работы, обзора литературы (2 главы), экспериментальной части (4 главы), выводов писка литературы (252 источника). Работа изложена на 120 страницах машинописного ста, содержит 28 рисунков и 2 таблицы.