Клеточная стенка растений и её физико-химические особенности
Большое внимание уделяется исследованию механизма первичного этапа поглощения веществ корнями. Изучаются ионообменные процессы в апопласте и их роль в поглощении воды и ионов корнями растений (Н.Р. Мейчик). Предложен физико-химический подход к исследованию структуры полимерного матрикса и ионогенных групп клеточной стенки корней растений и показана возможность проведения сравнительного исследования потенциальных сорбционных возможностей апопласта в зависимости от физиологического состояния растений. Показано, что способность клеточных стенок к адсорбции неорганических ионов зависит: от константы ионизации ионогенных групп, определяющей интервал рН, в котором происходит реакция обмена с катионами внешней среды; от структуры полимерного каркаса, к которому прикреплены эти активные группы; от изменений рН свободного пространства клеточной стенки за счёт ионов водорода, образующихся в реакциях обмена диссоциированных карбоксильных групп с катионами внешней среды и объёма апопласта за счёт варьирования ионных потоков в свободном пространстве клеточных стенок. Полученные результаты свидетельствуют, что корневой апопласт - это компартмент, где происходит накопление (концентрирование) ионов на первичном этапе поглощения катионов из внешней среды, а степень их накопления определяется рН и ионным составом внешней среды и экстраклеточного пространства.
Ионный обмен и диффузия в клеточных стенках растений: роль клеточной стенки в поглощении ионов корнем и формировании устойчивости к тяжёлым металлам
В настоящее время под руководством Н.Р. Мейчик продолжаются работы по выяснению роли физико-химических свойств клеточных стенок в минеральном питании и водном режиме растений. Большое внимание уделяется исследованию роли клеточных стенок в реакции растений на повышенные концентрации металлов в почвенном растворе. Принято было считать, что клеточные стенки могут связывать ионы тяжелых металлов, при этом это свойство КС зависит от количества таких функциональных групп в оболочке, как карбоксильные, гидроксильные и сульфгидрильные. Обширные результаты исследований адсорбционной способности клеточных стенок в отношении ионов меди и никеля позволили впервые 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 выявления роли внеклеточного механизма защиты клеток корня от воздействия тяжелых металлов проведена сравнительная оценка накопления ионов меди и никеля корнями транспирирующих растений и выделенными из них клеточными стенками, которые различались по структуре полимеров. Результаты позволили заключить, что в некоторых диапазонах концентраций при кратковременном воздействии депонирование ионов двухвалентных металлов в клеточные стенки является основным механизмом защиты клеток в ответ на металл-стресс.
Таким образом, были получены прямые доказательства того, что полимерный матрикс внешнего компартмента клетки с его ионообменной способностью принимает участие в формировании механизма устойчивости растений в ответ на металл-стресс.
Основные публикации по теме:
Meychik N., Nikolaeva Yu., Kushunina M., Yermakov I. 2014. Are the carboxyl groups of pectin polymers the only metal-binding sites in plant cell walls? // Plant and Soil. V. 381. № 1-2. P. 25-34.
Meychik N., Nikolaeva Yu, Kushunina M., Yermakov I. 2016 Contribution of apoplast to short-term copper uptake by wheat and mung bean roots // Functional Plant Biology. V. 43. № 5. P. 403-412.
Мейчик Н.Р., Степанов С.И., Николаева Ю.И. 2018. Расчет константы ионизации функциональных групп карбоксильных ионитов // Журнал физической химии. Т. 92. № 2. с. 251-256.
Meychik N., Nikolaeva Yu., Kushunina M. 2019. The role of the cell walls in Ni binding by plant roots // Journal of Plant Physiology. V. 234. P. 28-35.
Мейчик Н.Р., Николаева Ю.И., Никушин О.В., Кушунина М.А. 2021. Роль физико-химических свойств клеточных стенок корней в поглощении меди растениями вики нарбонской // Биофизика.Т. 66, № 1. С. 137-146.
Мейчик Н.Р., Николаева Ю.И., Никушин О.В., Кушунина М.А. 2021. Влияние полиметаллического загрязнения на ионообменные свойства клеточных стенок корней и побегов ячменя // Доклады Российской академии наук. Науки о жизни. Т. 501. № 1. С. 547-550.
Meychik N., Nikolaeva Yu., Kushunina M. 2021. The significance of ion-exchange properties of plant root cell walls for nutrient and water uptake by plants // Plant Physiology and Biochemistry. V. 166. P. 140-147.
Защищённые работы:
Дипломные работы:
Пряхина О.С. Накопление и компартментация нитрата у растений огурца в связи с концентрацией NO3- в среде и присутствием анионов Cl- и SO42-. 1996. Науч. рук.: Е.В. Харитонашвили, Н.Р. Мейчик.
Викулина А.П. Некоторые физико-химические свойства клеточных стенок корней люпина (Lupinus albus L.). 1999. Науч. рук.: Н.Р. Мейчик.
Прокопцева О.С. Процессы диффузии ионов в клеточных стенках корней. 2000. Науч. рук.: Н.Р. Мейчик.
Николаева Ю.И. Ионообменны свойства клеточных стенок галофита и гликофита в условиях засоления. 2002. Науч. рук.: Н.Р. Мейчик.
Тихонова В.В. Влияние услвоий выращивания на ионообменные свойства клеточных стенок, изолированных из различных органов растений маша Vigna radiata L. 2006. Науч. рук.: Н.Р. Мейчик.
Попова Н.И. Ионообменные свойства клеточной стенки, изолированной из таллома красной водоросли Phyllophora nervosa (DC.) Grev. 2008. Науч. рук.: А.Н. Камнев, Н.Р. Мейчик.
Комарынец О.В. Роль клеточных стенок в полгощении ионов никеля растениями нута и пшеницы. 2010. Науч. рук.: Н.Р. Мейчик.
Волкова А.И. Ионообменная способность изолированных клеточных стенок в отношении ионов меди. 2012. Науч. рук.: Н.Р. Мейчик.
Кушунина М.А. Роль клеточной стенки в полгощении Cu2+ корнями растений (на примере Triticum aestivum L. и Vigna radiata (L.) R.Wilczek). 2013. Науч. рук.: Н.Р. Мейчик.
Никушин О.В. Роль клеточной стенки в поглощении меди и никеля корнями нута. 2018. Науч. рук.: Н.Р. Мейчик, Ю.И. Николаева.
Диссертации:
Мейчик Н.Р. Ионный обмен и диффузия в клеточных стенках растений. Докт. дисс. 2007. Науч. конс. И.П. Ермаков.
Любимова Е.Г. Ионообменные свойства клеточных стенок лихенизированного аскомицета Cladonia rangiferina (L.) F. H. Wigg. Канд. дисс. 2005. Науч. рук.: Н.Р. Мейчик, И.П. Ермаков.
Николаева Ю.И. Влияние засоления на ионный статус растений и ионообменные свойства полимерного матрикса клеточных стенок галофита и гликофита. Канд. дисс. 2005. Науч. рук.: Н.Р. Мейчик, И.П. Ермаков.
Джалалихонарманд С. Ионообменная способность клеточных стенок из разных органов растений в условиях засоления (на примере представителей сем.Fabaceae). Канд. дисс. 2007. Науч. рук.: Н.Р. Мейчик, И.П. Ермаков.