Экологические особенности некоторых структурных и функциональных характеристик фотосинтетического аппарата хвойных

точника их атмосферной эмиссии и при содержании животных, обеспечивающим их контакт с почвой (например, выпас скота на пастбищах).

Работа выполнена при финансовой поддержке грантов INTAS 2000-00140, РФФИ № 07-05-00697 и проекта № 133 Лаврентьевского конкурса молодежных проектов СО РАН.

М.В. Оскорбина, Г.Г. Суворова

экологические особенности некоторых структурных и функциональных характеристик фотосинтетического аппарата хвойных

Сибирский институт физиологии и биохимии растений СО РАН

Фотосинтез — единственный биологический процесс, на основе которого осуществляется экологически безопасное использование солнечной энергии в глобальных, общепланетарных масштабах. Поэтому управление фотосинтезом, повышение его эффективности в естественных растительных экосистемах является одной из приоритетных задач экологического развития производительных сил человеческого общества.

В Средней Сибири огромные территории занимают лесные экосистемы, в которых преобладают хвойные породы деревьев. Именно поэтому является необходимым изучение взаимосвязи структурных и функциональных особенностей фотосинтетического аппарата хвойных для изучения механизмов устойчивости и продуктивности в экстремальных условиях произрастания.

Цель работы — изучение структурной организации фотосинтетического аппарата и ее связи с ассимиляционной активностью двух видов хвойных (Ртш sylvestris L., Р^еа obovata L.) в условиях Средней Сибири.

Поглощение углекислотного газа охвоенными побегами прошлого года регистрировали многоканальной установкой, смонтированной на основе ИК-газоанализатора «Инфралит-4» [2]. В опытах использовали три дерева каждого вида. Структурные особенности фотосинтетического аппарата изучали анатомоморфологическим методом, используя хвою второго года вегетации [1]. По условиям развития хвои и расположения в кроне, по воздействию факторов среды выбранные деревья были максимально приближены к тем, на которых регистрировали фотосинтетическую активность хвои. Сравнение данных о структуре и фотосинтетической активности хвои проводили на основе экспериментальных исследований 2004 г.

При анализе парциального соотношения тканей хвои на поперечном срезе выявлено, что структура ассимилирующих органов у сосны обыкновенной и ели сибирской существенно различны. В хвое ели на долю мезофилльной ткани приходится 80 %, а на все остальные ткани (структурные, проводящие и покровные) — 20 %. Напротив, мезофилльная ткань сосны занимает 50 %, а структурные и проводящие ткани — 35 %.

Анализируя особенности фотосинтеза хвойных, было выявлено, что ель, как мезофит, очень чувствительна к погодным условиям и для оптимального функционирования требует высокого уровня почвенного увлажнения. Сосна как ксерофит, не предъявляет к условиям произрастания таких конкретных требований, сохраняя фотосинтетическую активность на более стабильном уровне. Установлено, что при благоприятных по увлажненности условиях вегетационного периода 2004 г., сезонная продуктивность фотосинтеза на 1 грамм сухого веса хвои у сосны обыкновенной составила 3,48 г СО2, в то время как у ели сибирской — 4,23 г СО2 . При пересчете на единицу площади хвои продуктивность фотосинтеза этих видов была примерно равная.

При сопоставлении структурных и функциональных признаков хвои изучаемых видов рассчитали фотосинтетическую активность только ассимилирующей ткани. Оказалось, что сезонная продуктивность фотосинтеза 1 м2 мезофилла хвои сосны значительно выше (15,9 моль СО2), чем 1 м2 мезофилла хвои ели (10,79 моль СО2), т.е., хвоя сосны обыкновенной содержит меньшее, по сравнению с елью, количество мезофилла, но при этом фотосинтетическая продуктивность его выше. У ели, при большей площади мезофилла, эффективность работы его ниже.

Таблица 1

Сезонная фотосинтетическая продуктивность в расчете на массу хвои (I), поверхность (II) и площадь мезофилла (III) сосны обыкновенной и ели сибирской

II III

Вид хвойных г СО2 г-1 моль С02 м-2 моль С02 м-2

сосна 3,48 8,897 15,9

ель 4,23 8,828 10,7

Таким образом, изучаемые нами хвойные обладают различным соотношением мезофилла и неассимилирующих тканей. Фотосинтетическая ткань сосны обыкновенной защищена от неблагоприятных

воздействий внешней среды развитием большей доли неассимилирующих тканей, что можно рассматривать как проявление защитной функции. Фотосинтетический аппарат ели сибирской состоит главным образом из ассимилирующей ткани. Можно предположить, что эволюция фотосинтетического аппарата сосны обыкновенной шла в направлении увеличения доли структурных тканей и повышения фотосин-тетической активности мезофилла, а у ели сибирской — по пути увеличения массы ассимилирующей ткани, без усиления структуры хвои и повышения активности работы мезофилла. Возможно, большая уязвимость мезофилла ели сибирской к неблагоприятному воздействию внешних факторов, таких как засуха и высокая температура, объясняет ее мезофитность, строгую приуроченность к увлажненным местам произрастания. У сосны обыкновенной большая защищенность мезофилла и его высокая фотосинтетическая активность позволяет ей произрастать в более широком ареале, что объясняет ее распространение не только в районе проведения исследований, но и за его пределами.

литература

1. Фурст Г.Г. Методы анатомо-гистохимического исследования растительных тканей / Г.Г. Фурст. - М.: Наука. 1979. - 153 с.

2. Щербатюк А.С. Многоканальные установки с СО2 — газоанализаторами для лабораторных и полевых исследований / А.С. Щербатюк // Инфракрасные газоанализаторы в изучении газообмена растений. — М.: Наука, 1990. — С. 38 — 54.

А.С. Столбиков, Н.И. Рекославская, Р.К. Саляев

получение растений томата, трансформированных геном pRES2-S-HDEL, с целью разработки кандидатной съедобной вакцины против гепатита в

Сибирский институт физиологии и биохимии растений СО РАН

Одним из перспективных и быстро развивающихся направлений растительного «биофарминга» является использование трансгенных растений в качестве продуцентов съедобных вакцин нового поколения, создающих перспективу широкой и эффективной иммунизации населения. Съедобные вакцины обладают существенными преимуществами: во-первых, они дешевы и относительно легки в получении, что позволит распространять их в страны с разным уровнем экономического благополучия, во-вторых, применение оральных вакцин сводит к минимуму риск возникновения аллергических реакций. Съедобные вакцины являются более безопасными, так как не содержат живых ослабленных патогенных организмов. Инъекционные вакцины в основном индуцируют системный иммунитет, в то время как иммунизация слизистой часто приводит к стимуляции не только мукозного, но и системного иммунитета.

Г епатит В — очень распространенная и опасная вирусная инфекция. Каждый год в мире фиксируется 50 млн. заболевших только острой формой гепатита В. Из них до 600 тыс. больных умирает (Амосов, 2006). Число носителей этого заболевания возросло за 10 лет с 200 млн. до 300 млн. человек (Purcell, 1994; Thanavala et al., 1995).

Целью настоящей работы явилось получение трансгенных по гену preS2-S-HDEL растений томата, продуцирующих основной антигенный белок вируса гепатита В HBsAg.

Исходным материалом для генетической трансформации были выбраны 2-х недельные проростки томата сорта Вентура. Экспланты томата выращивались в стерильных условиях при температуре 30 °С в условиях постоянного освещения, в качестве питательной среды использовалась среда Мурасиге и Скуга. Для генетической модификации использовали агробактерию штамма LBA 4404, содержащею плазмиду pBINp35S-preS2-S-HDEL, в которой также находился селективный ген npt II, ответственный за устойчивость к антибиотику канамицину. Агробактерия была любезно предоставлена сотрудниками ГНЦ ВБ «ВЕКТОР».

Целевой ген preS2-S кодирует 2 поверхностных полипептида оболочки гепатита В. Исследования показывают, что при совместной экспрессии генов S и preS2 иммунный ответ проявляется сильнее (Jilg, 1998; Joung et al., 2007). Из этого следует, что при введении двух этих генов в геном растения, можно получить более эффективную вакцину против гепатита В. Для большей стабильности и увеличения содержания антигенного белка в ряде работ используют сигнальную последовательность HDEL (гистидин-аспартат-глутамат-лейцин), адресующую синтезируемый антиген в эндоплазматический ретикулум. Поэтому в настоящей работе в качестве целевого гена использована последовательность preS2-S-HDEL.

Трансформация эксплантов проводилась уколом инфицированной Agrobacterium tumefaciens иглой в верхушечную точку роста между семядолями. Затем трансформированные проростки помещали на