Содержание
Роль клеточных стенок в минеральном питании растений — доклад на конференции
Аннотация доклада:
Клеточная стенка корня (КС), являющаяся частью апопласта – сложноорганизованная и многофункциональная система. Этот экстраклеточный компартмент первым контактирует с наружным раствором и модифицирует его состав за счет реакций обмена между ионогенными группами полимерного матрикса и ионами среды, тем самым регулируя поступление веществ в корни растений. Эффективность такой модификации определяется физико-химическими свойствами стенки, которые находятся под контролем клетки: КС являются не только чрезвычайно сложными, но и динамичными системами, состав и организация которых могут изменяться в процессе онтогенеза и под действием внешних факторов.
Оценка физико-химических характеристик КС корня с использованием методов химии полимеров позволила выявить существенные механизмы, контролирующие поглощающую способность корней как в нормальных, так и экстремальных условиях минерального питания, получить информацию о том, как модифицируются свойства апопласта в разных условиях питания, какова роль физико-химических свойств КС в минеральном питании и водном режиме растений в разных условиях окружающей среды.
Установлено, что ионообменные свойства КС отличаются не только у растений разных систематических групп, но изменяются также в разных тканях одного растения. Принято считать, что сосуды проводящих элементов, обеспечивающие дальний транспорт воды и ионов по ксилеме и относящиеся к апопласту, служат для переноса массового транспирационного тока. Наши результаты расширяют эти представления, демонстрируя взаимодействие катионов раствора и ионогенных групп КС сосудов, вследствие чего состав восходящего тока может претерпевать изменения, характер которых зависит также от условий минерального питания. Показано, что КС сосудов ксилемы представляют собой компартмент, одна из физиологических функций которого заключается в поддержании ионного гомеостаза в клетках растущих органов при изменении условий питания.
Клеточная стенка – природный ионообменник, является твердой мембраной, а происходящие в ней процессы набухания, взаимодействие с водой, определяют ее осмотическое давление. Выявлено, что изменение в набухании, которое определяется физико-химическими свойствами КС, в ответ на варьирование внешних или внутренних условий, представляет собой элемент механизма регуляции объемного тока воды по корню.
В физиологии минерального питания принята точка зрения о том, что, исследуя кинетику поглощения иона, можно разграничить его транспорт в КС и транспорт через клеточную мембрану. В типичной экспоненциальной кривой, описывающей поглощение катиона во времени, выделяют две фазы. Первая – быстрая (транспорт по апопласту), с периодом полунасыщения (t1/2) порядка нескольких минут и вторая – медленная (транспорт по симпласту), с t1/2, равным нескольким часам. Результаты нашего исследования показывают, что диффузия – самая медленная стадия ионного обмена – имеет большое значение в процессах поглощения ионов корнями растений, а экспоненциальный вид кинетической кривой не может служить критерием для разграничения путей транспортирования иона (симпласт или апопласт).
Оценка ионообменных свойств полимерного матрикса КС разных по солеустойчивости растений позволила представить последовательность событий, происходящих с участием КС в ответ на солевой стресс. С увеличением концентрации NaCl в среде и у галофита, и у гликофитов (а) увеличивается адсорбционная способность КС в отношении Na+, (б) раствор у плазмалеммы будет содержать меньше ионов натрия, чем внешний раствор, (в) за счет ионообменных реакций увеличивается концентрация протонов и ионов кальция в водной фазе апопласта, что приведет к изменению транспортных функций плазматической мембраны.
Показано, что ионообменные реакции в КС являются важным специфическим звеном в развитии реакций устойчивости растений на действие засоления.
Принято считать, что КС могут связывать ионы тяжелых металлов, при этом это свойство КС зависит от количества таких функциональных групп в оболочке, как –COOH, –OH and –SH. Наши результаты исследования адсорбционной способности КС в отношении Ni2+ и Cu2+ позволили установить, что (1) гидроксильные группы не участвуют в связывании Ме2+; (2) наряду с карбоксильными группами полигалактуроновой кислоты в связывании Ме2+ принимают участие карбоксильные группы гидроксикоричных кислот; (3) аминокислотные остатки участвуют в связывании Ме2+ посредством образования координационных связей с Ме2+. Для определения роли внеклеточного механизма защиты клеток корня от воздействия ТМ нами проведена сравнительная оценка накопления Ni2+ и Cu2+ корнями транспирирующих растений и КС корней Triticum aestivum L. и Vigna radiata (L.). Результаты дают основание полагать, что в некоторых диапазонах концентраций Ме2+ депонирование Ni2+ и Cu2+ в клеточные стенки T.
aestivum и V.radiata является основным механизмом защиты клеток от воздействия избыточных концентраций этих токсичных ионов.
Страница не найдена
Размер:
AAA
Цвет:
C
C
C
Изображения
Вкл.
Выкл.
Обычная версия сайта
RUENBY
Гомельский государственный
медицинский университет
- Университет
- Университет
- История
- Руководство
- Устав и Символика
- Воспитательная деятельность
- Организация образовательного процесса
- Международное сотрудничество
- Система менеджмента качества
- Советы
- Факультеты
- Кафедры
- Подразделения
- Первичная профсоюзная организация работников
- Издания университета
- Гордость университета
- Выпускник-2021
- Первичная организация «Белорусский союз женщин»
- Одно окно
- ГомГМУ в международных рейтингах
- Структура университета
- Абитуриентам
- Приёмная комиссия
- Университетская олимпиада по биологии
- Целевая подготовка
- Заключение, расторжение «целевого» договора
- Льготы для молодых специалистов
- Архив проходных баллов
- Карта и маршрут проезда
- Порядок приёма на 2023 год
- Специальности
- Контрольные цифры приёма в 2022 году
- Стоимость обучения
- Информация о ходе приёма документов
- Приём документов и время работы приёмной комиссии
- Порядок приёма граждан РФ, Кыргызстана, Таджикистана, Казахстана
- Горячая линия по вопросам вступительной кампании
- Студентам
- Первокурснику
- Расписание занятий
- Расписание экзаменов
- Информация для студентов
- Студенческий клуб
- Спортивный клуб
- Общежитие
- Нормативные документы
- Практика
- Стоимость обучения
- Безопасность жизнедеятельности
- БРСМ
- Профком студентов
- Учебный центр практической подготовки и симуляционного обучения
- Многофункциональная карточка студента
- Анкетирование студентов
- Выпускникам
- Интернатура и клиническая ординатура
- Докторантура
- Аспирантура
- Магистратура
- Распределение
- Врачам и специалистам
- Профессорский консультативный центр
- Факультет повышения квалификации и переподготовки
- Иностранным гражданам
- Факультет иностранных студентов
- Стоимость обучения
- Регистрация и визы
- Полезная информация
- Правила приёма
- Информация о возможностях и условиях приема в 2022 году
- Официальные представители ГомГМУ по набору студентов
- Страхование иностранных граждан
- Приём на Подготовительное отделение иностранных граждан
- Прием иностранных граждан для обучения на английском языке / Training of foreign students in English
- Повышение квалификации и переподготовка для иностранных граждан
- Научная деятельность
- Направления научной деятельности
- Научно-педагогические школы
- Инновационные технологии в ГомГМУ
- Научно-исследовательская часть
- Научно-исследовательская лаборатория
- Конкурсы, гранты, стипендии
- Научные мероприятия
- Работа комитета по этике
- В помощь исследователю
- Совет молодых ученых
- Студенчеcкое научное общество
- Диссертационный совет
- Патенты
- Инструкции на метод
- «Горизонт Европа»
- Госпрограмма (ЧАЭС)
- Главная
Что делает клеточные стенки растений прочными и растяжимыми?
Новая модель показывает, что сеть целлюлозы является ключом к этой уникальной комбинации
Новое исследование, моделирующее клеточную стенку растений, показывает, что цепочки целлюлозы связываются вместе в клеточной стенке и скользят друг относительно друга, когда клетка растягивается, обеспечивая уникальное сочетание прочности и растяжимости.
На изображении показана модель клеточной стенки во время одноосного растяжения, включая ее основные компоненты целлюлозу (фиолетовый), ксилоглюкан (зеленый) и пектин (желтый). Предоставлено: Cosgrove Lab, Penn State 9.0002 Согласно новому исследованию, моделирующему клеточную стенку, уникальная способность клеточной стенки растений расширяться без ослабления или разрушения — качество, необходимое для роста растений, — связана с движением ее целлюлозного скелета. Новая модель, созданная исследователями штата Пенсильвания, показывает, что цепочки целлюлозы связываются вместе внутри клеточной стенки, обеспечивая прочность, и скользят друг относительно друга, когда клетка растягивается, обеспечивая растяжимость.
Новое исследование, опубликованное в Интернете 14 мая в журнале Science представляет новую концепцию клеточной стенки растений, дает представление о росте растительных клеток и может вдохновить на разработку полимерных материалов с новыми свойствами.
«Долгое время преобладающей концепцией клеточной стенки растений была концепция геля, усиленного целлюлозными волокнами, с жесткими целлюлозными стержнями, действующими как стальная арматура в цементе», — сказал Дэниел Косгроув , профессор биологии в Университете штата Пенсильвания и старший автор статьи.
«Однако мы определили, что цепочки целлюлозы вместо этого слипаются друг с другом, образуя сеть пучков целлюлозы, которая обеспечивает гораздо большую механическую прочность, чем несвязанные стержни, плавающие в геле. И именно цепи целлюлозы, а не другие компоненты, ограничивают расширение клеточной стенки, скользя друг рядом с другом, как лестница, когда клетка растягивается».
Предыдущие подходы к моделированию клеточных стенок растений были сосредоточены либо на слишком большом масштабе, чтобы учесть поведение отдельных клеточных компонентов, либо на слишком маленьком масштабе — на атомном уровне — для учета фактической механики стенки. В этом исследовании исследователи использовали крупнозернистую компьютерную модель на уровне полимеров, составляющих клеточную стенку, — нитей целлюлозы и других молекул сахара, которые связаны друг с другом в длинные цепочки. Вместо моделирования отдельных атомов исследователи представили микроволокна целлюлозы и другие компоненты цепочками шариков, которые ведут себя как липкие пружины, чтобы воспроизвести физические свойства этих компонентов.
«В отличие от многих других моделей, мы также учитывали тенденцию молекул слипаться, моделируя нековалентную связь между ними», — сказал Косгроув. «Это позволило нам исследовать последствия взаимодействия между цепями».
Группа специально смоделировала слои клеточной стенки лука, чтобы сравнить смоделированные значения механических характеристик с экспериментами, проведенными с реальной луковой шелухой. Растягивая клеточные стенки луковицы несколькими способами и используя молекулярные данные модели, они исследовали структуры, ответственные за уникальные механические характеристики клеточной стенки.
«Стены растительных клеток уникальны, потому что они должны быть очень прочными, чтобы защищать и поддерживать растение, и очень растяжимыми, потому что они должны расширяться, когда растение растет», — сказал Яо Чжан , научный сотрудник с докторской степенью в области биологии в Пенсильванском университете и первый автор. бумаги. «Мы обнаружили, что микроволокна целлюлозы несут большую часть нагрузки и играют ключевую роль в поддержании прочности и растяжимости клеточной стенки».
(фиолетовый), ксилоглюкан (зеленый) и пектин (желтый) — динамически перестраиваются. Движения целлюлозы обеспечивают основу уникальной растяжимости клеточной стенки растения.
Исследователи определили, что отдельные волокна целлюлозы выравниваются и прилипают друг к другу, образуя сеть пучков. Микроволокна в пучке выпрямляются и могут скользить друг относительно друга, по типу телескопического действия, когда клетка растягивается, передавая силы между собой и приводя к растяжению клетки.
«Долгое время исследователи измеряли механические свойства, такие как стресс и деформация, стенок клеток растений и то, как эти свойства меняются в условиях засухи и других условий», — сказал Косгроув. «Но до сих пор нам не хватало молекулярного описания того, что происходит на молекулярном уровне, чтобы понять эти измерения. В этом исследовании мы прояснили роль различных компонентов клеточной стенки растений и предоставили количественную основу для интерпретации экспериментов, используемых в исследованиях растений».
Результаты этого исследования могут оказаться особенно полезными в будущей работе по изучению того, как растения регулируют свойства своих клеточных стенок, что влияет на скорость и направление их роста. Например, молодые стебли весной быстро удлиняются, в то время как многие плоды растут шарообразными.
Исследователи надеются расширить свою модель, чтобы смоделировать клеточные стенки других видов растений и расширить ее, чтобы охватить всю клетку.
«В настоящее время наша технология не может сравниться со способностью растений создавать такой прочный и эластичный материал», — сказал Яо. «Дизайн клеточных стенок растений может послужить источником вдохновения для разработки зеленых материалов с различными применениями».
Помимо Косгроува и Чжана, в исследовательскую группу Университета штата Пенсильвания входят Цзиньи Ю, аспирант биологии растений; Сюань Ван, аспирант биологии растений на момент проведения исследования; Даниил Дурачко, научный сотрудник на момент проведения исследования; и Сулин Чжан, профессор технических наук, механики и биоинженерии.
Исследование было частично поддержано Центром структуры и формирования лигноцеллюлозы, исследовательским центром Energy Frontier, финансируемым Министерством энергетики США.
Даниэль Косгроув
Профессор биологии
Gail McCormick
Science Writer
(814) 863-090173
Видео с вопросами: Воспоминание о ключевом компоненте клеточных стенок растений
Стенограмма видео
На рисунке показаны клетки
организм, относящийся к царству Plantae, под микроскопом. Стены, окружающие клетки,
видимый. Что является основным компонентом этих
стены? (А) глюкоза, (Б) хитин, (С)
целлюлоза или (D) пептидогликан.
Этот вопрос касается нас
Строение клеточных стенок растений. Итак, начнем с рассмотрения некоторых
факты о царстве Plantae. Царство Plantae является одним из
пять царств, на которые можно разделить организмы.
Около 400 000 различных видов
растения идентифицированы. Но их объединяет наличие
некоторые общие черты. Организмы царства Plantae
являются эукариотами, что означает, что их клетки содержат мембраносвязанное ядро и другие
мембраносвязанные органеллы. Они также имеют клеточную стенку вокруг
клетки, которые используются для структуры и поддержки.
Так из чего состоят эти клеточные стенки?
могут ли они выполнять эти функции? Давайте посмотрим. Царство Планте не единственное.
царство, использующее клеточные стенки. Грибы, большинство видов Monera и
некоторые протисты также имеют эти структуры. Однако изготавливаются они из разных
материалы. Грибы и грибоподобные протисты имеют
клеточные стенки состоят из очень прочного полисахарида, называемого хитином, того же вещества
который находится в экзоскелете насекомых.
У Монеры клеточные стенки состоят из
пептидогликан, вещество, состоящее из сахаров и аминокислот. Клеточные стенки растений и
растительноподобные протисты состоят из сильного полисахарида, называемого целлюлозой.
Поли- означает много. Итак, целлюлоза состоит из многих
одиночные молекулы сахара, связанные вместе, чтобы сформировать волокна. Затем эти волокна соединяются в
образуют прочную клеточную стенку. Это обеспечивает структуру и
поддерживать.
Итак, вернемся к нашему
вопрос, который спрашивает, что является основным компонентом клеточных стенок растений. Теперь мы знаем, что хитин содержится в
клеточные стенки грибов и пептидогликан обнаружен в клеточных стенках монеры. Итак, ответы (Б) и (Г)
неправильно.
Теперь давайте обсудим вариант (А). Глюкоза – это моносахарид, который
производится в процессе фотосинтеза.