«УТВЕРЖДАЮ» Председатель Ученого Совета Биолого-почвенного факультета Санкт-Петербургского государственного университета И. А. Горлинский «21» мая 2007 года. Отчет ассистента кафедры Физиологии и биохимии растений Е. Р. Тараховской за первый год работы по Программе поддержки молодых кандидатов СПбГУ. Научно-исследовательская работа. Тема работы: Гормональная и метаболическая регуляция ассимиляционного аппарата водорослей. Научный руководитель: д. б. н., проф. Шишова Мария Федоровна. В рамках основной тематики научно-исследовательской работы решается несколько конкретных задач: 1. Получение культуры тканей водорослей отд. Phaeophyta и Rhodophyta. Культуры клеток и тканей растений традиционно используются в качестве моделей для изучения регуляции физиологических процессов. Получение стабильной культуры бурых и красных макрофитных водорослей позволит нам подробно исследовать влияние экзогенных факторов на фотосинтетические характеристики этих растений. Для исследования бурых водорослей мы уже располагаем удобной моделью – это культура эмбрионов некоторых представителей пор. Fucales (в частности, Fucus vesiculosus). Зиготы и эмбрионы этих водорослей на всех стадиях развития не связаны с материнскими тканями и легко доступны для исследований. В период размножения (с середины июля по начало сентября) возможно получение больших количеств гамет. Яйцеклетки могут быть практически одновременно оплодотворены, а полученная таким образом синхронная культура зигот и эмбрионов поддерживается длительное время. В течение этого года налажено выращивание эмбрионов фукоидов в условиях Морского аквариального комплекса в БиНИИ СПбГУ, что дает возможность работать с этими объектами не только в полевой сезон. Что касается получения стабильной культуры вегетативных тканей макрофитных водорослей, по этой теме был произведен поиск и анализ литературы. Культивирование тканей морских макрофитных водорослей в настоящее время является новой и мало изученной темой. По литературным данным, в первую очередь исследуются водоросли, имеющие хозяйственное значение, но не всегда являющиеся удобными объектами для физиологических исследований. В основном, это или съедобные водоросли (р. Laminaria, Euchema, Undaria, Porphyra), или продуценты биоколлоидов (р. Gelidium, Gracilaria, Sargassum, Ecklonia, Anfeltia). В качестве потенциальных объектов для нашей работы выбраны красные макрофиты р. Odonthalia, Porphyra и Phyllophora. Эти водоросли обитают в районе Морской биологической станции (МБС) СПбГУ на Белом море; по литературным данным самым разработанным объектом является порфира. 2. Исследование светособирающих комплексов (ССК) водорослей отд. Phaeophyta и Rhodophyta. Подробно исследована динамика содержания фотосинтетических пигментов в ходе онтогенеза бурой водоросли F. vesiculosus. Изучен пигментный состав гамет, зигот, эмбрионов (на разных стадиях эмбриогенеза), молодых, не достигших фертильного возраста, талломов и взрослых мужских и женских талломов. Показано что, в течение первых 10 суток развития общее содержание пигментов в эмбрионах постепенно возрастает, доходя до значений, характерных для молодых 5-10 см талломов, после чего выходит на плато. При этом существенно изменяется соотношение хлорофиллов и каротиноидов в сумме пигментов. В яйцеклетках и 24-ч эмбрионах это соотношение близко к 0,5, через 30 суток после оплодотоворения на долю каротиноидов приходится лишь 35% от суммы основных пигментов, а в вегетативных тканях взрослых растений доля каротиноидов составляет около 30%. Эти изменения могут быть связаны с проявлением эффекта внутреннего самозатенения, вызванного увеличением объема фотосинтезирующей части эмбриона. При увеличении объема возрастает относительная оптическая плотность организма и снижается внутренняя освещенность. Вероятно, большое количество каротиноидов, в частности, виолаксантина, на ранних стадиях развития эмбрионов необходимо для защиты от избытка радиации. В настоящее время нами разрабатывается методика экстракции и разделения пигментсвязывающих белков ССК хлоропластов бурых водорослей. Аналогичная работа с красными водорослями планируется на полевой сезон текущего года. Также на полевой сезон планируется начало работ по исследованию влияния фитогормонов и органических субстратов на содержание рибулозобисфосфаткарбоксилазы/оксигеназы и фикобилинов у красных макрофитных водорослей. 3. Сравнительный анализ данных по регуляции ассимиляционного аппарата у представителей эвгленовых, зеленых, бурых и красных водорослей. В рамках этой задачи в настоящее время исследуется влияние метаболических факторов на состав и структуру ССК эвгленовых и зеленых водорослей. Анализируются нативные спектры поглощения суспензии водорослей, а также спектры поглощения и содержание пигментсвязывающих белков в отдельных фракциях ССК, полученных при солюбилизации препарата тилакоидных мембран. Показано, что присутствие в среде культивирования клеток Euglena gracilis органических субстратов в большинстве случаев приводит к снижению поглощения в дальней красной области спектра (~680-700 нм), т. е. к снижению содержания длинноволновых форм хлорофилла «а» (695 нм), ассоциированных у эвгленовых водорослей с Фотосистемой II. Представляется интересным, что подобный эффект оказывают не только метаболизируемые органические субстраты (напр., глюкоза), но также и 3- и 6-углеродные полиспирты (глицерин, маннит), не поддерживающие рост культур эвглены. В присутствии глицерина (0,5-1,5%) происходит снижение поглощения суспензии водорослей при 650, 683 и 702 нм, в присутствии маннита – при 690 нм, в присутствии глюкозы – 695 нм. Один из наиболее легко усваиваемых эвгленой органических субстратов – этанол оказывает противоположный эффект: при его добавлении в среду культивирования увеличивается поглощение при 676 и 690 нм. Эвгленовые характеризуются относительно низким содержанием хлорофилла “b”, и перестройки пигментной системы, вызванные метаболическими агентами, практически не затрагивают этот пигмент. В то же время у представителей зеленых водорослей (Dunaliella primolecta, D. salina) при обработке органическими субстратами изменяется как общее содержание, так и соотношение различных форм хлорофилла “b”. 4. Исследование влияния гидрологического режима на рост и развитие эмбрионов F. vesiculosus. Эмбрионы выращиваются в настоящее время в условиях Морского аквариального комплекса при разных вариантах гидродинамических условий: контроль (естественное течение) и искусственно турбулизированное и ламинаризированное течение. Эксперименты ведутся непрерывно в течение 9 месяцев; периодически производятся контрольные подсчеты количества эмбрионов и измерения ряда размерных характеристик, исходя из которых, рассчитываются объем и площадь поверхности эмбрионов. Максимальных размеров за период экспозиции достигли эмбрионы, выращенные в условиях турбулизации. Наименее благоприятны для роста условия ламинаризированного течения. Полученные на данном этапе эксперимента результаты согласуются с литературными данными, свидетельствующими о том, что турбулизация способствует усилению роста и развития литоральных водорослей. Научно-исследовательская работа проводится в лабораториях Фотосинтеза и Морских исследований БИНИИ СПбГУ, а также, на базе филиала кафедры Физиологии и биохимии растений на МБС СПбГУ (Белое море). Публикации за подотчетный период: 1. Тараховская Е. Р., Маслов Ю. И. Влияние фитогормонов на метаболический контроль ассимиляционного аппарата Fucus vesiculosus L. // Вестн. С-Петербург. ун-та. Сер. 3. 2006. Вып. 3. В печати. 2. Тараховская Е. Р., Маслов Ю. И., Шишова М. Ф. Фитогормоны водорослей // Физиология растений. 2007. Т. 54, № 2. С. 186-194. 3. Тараховская Е. Р., Маслов Ю. И. Учет динамики роста эмбрионов Fucus vesiculosus L. при исследовании развития ассимиляционного аппарата водоросли // VIII научная сессия Морской биологической станции СПбГУ. Тезисы докладов. - СПб. 2007. С. 80-81. 4. Пузанский Р. К., Тараховская Е. Р. Влияние органических субстратов на характеристики фотоассимиляционного аппарата Odonthalia dentata (L.) Lyngb. // VIII научная сессия Морской биологической станции СПбГУ. Тезисы докладов. - СПб. 2007. С. 79-80. 5. Тараховская Е. Р., Маслов Ю. И. Динамика содержания фотосинтетических пигментов в ходе онтогенеза Fucus vesiculosus L. // Вестн. С-Петербург. ун-та. Сер. 3. 2007. Вып. 4. В печати. Посланы тезисы на конференцию, посвященную 100-летию со дня рождения М. В. Лобашева (Санкт-Петербург, 2007) и на VI съезд Общества физиологов растений России (Сыктывкар, 2007). Педагогическая работа. 1. Проведение практических занятий по программе Малого практикума для студентов 3 курса — 36 ч. — 40 ч. 2. Проведение практических занятий в рамках летней практики для студентов 4 курса 3. Чтение лекционного курса «Эволюция трофических систем растений» в рамках магистерской программы «Фотосинтез (Углеродное питание растений)» — 12 ч. 4. Чтение лекционного курса «Особенности фотосинтетических процессов у водорослей» в рамках магистерской программы «Фотосинтез (Углеродное питание растений)» — 12 ч. Ассистент каф. Физиологии и биохимии растений, к. б. н. (Е. Р. Тараховская) Научный руководитель, профессор каф. Физиологии и биохимии растений, д. б. н. (М. Ф. Шишова)