|
 |
|
V Сабининские чтения 29 ноября 2016 - 29 января 2017 Антиоксидантная система ценозообразующих бурых черноморских макроводорослей Cystoseira crinita и C. barbata различных жизненных форм в акваториях с разным уровнем комплексного загрязнения
Шахматова О.А.1, Кравцова А.В.2 Olga A. Shakhmatova1, Aleksandra V. Kravtsova2
1Институт морских биологических исследований им. А.О.Ковалевского (г. Севастополь)
УДК 582.26/.27:577.1:628.19(262.5)
Исследован процесс перекисного окисления липидов (ПОЛ) и активность каталазы (АК) черноморских ценозообразующих бурых макроводорослей Cystoseira crinita и C. barbata разного возраста в акваториях с различным уровнем комплексного загрязнения. Обнаружено, что показатели АК и ПОЛ у Cystoseira crinita в условно чистой акватории снижались с увеличением возраста макрофита. При усилении степени загрязнения прибрежных акваторий эта тенденция изменялась. Ключевые слова: бурые водоросли; Cystoseira crinita; Cystoseira barbata; жизненные формы; антиоксидантная система; процесс перекисного окисления липидов (ПОЛ); активность каталазы; комплексное загрязнениe
Цистозировые фитоценозы являются наиболее массовыми в черноморском прибрежье и занимают широкую зону фитали – от 0,5 до 15 м (Калугина-Гутник, 1975; Мильчакова, 2003). Составляющие их виды Cystoseira crinita (Desf.) Bory и C. barbata C. Ag. представляют собой первичные продуценты и ключевые звенья шельфовых экосистем. Известно, что с возрастом изменяются структурно-функциональные характеристики как популяции, так и отдельных особей (Гупало, 1969). По возрастной структуре популяции доминирующего в сообществе вида можно судить об уровне воздействия антропогенного фактора и прогнозировать изменения в сообществе в целом (Афанасьев, Корпакова, 2008). Исследование показателей антиоксидантной системы макрофитов разного возраста позволяет выявить наиболее тонкие механизмы возможной трансформации растительных сообществ, а также оценить адаптационный потенциал видов. В соответствии с этим была поставлена цель работы: выявить различия в активности каталазы и процесса ПОЛ у черноморских цистозир различного возраста.
Материал и методы исследования Объектами исследования являлись черноморские макроводоросли Cystoseira crinita и C. barbata. Материал был собран в регионе Севастополя в 2012 г. на прибрежных станциях б. Севастопольская (Ушакова балка), а также в акватории открытого взморья (б. Карантинная, б. Балаклавская, Парк Победы, м. Фиолент). Карта отбора проб макроводорослей представлена на рис. 1. На основании анализа опубликованных данных по содержанию загрязняющих веществ в воде и донных осадках, районы отбора проб были условно отнесены к трем категориям. Акватория м. Фиолент характеризуется наименьшей степенью загрязнения, ее можно отнести к разряду условно чистых. Парк Победы – зона купания, среднезагрязненная акватория. Ушакова балка, б. Карантинная и б. Балаклавская – сильнозагрязненные зоны исследования.
Рис. 1. Схема расположения станций в б. Севастопольская и прилегающих акваториях Fig. 1. Scheme of the selection samples in the Sevastopol bay and adjacent waters
Образцы вегетативно зрелых растений двух видов цистозир отбирали от верхней до нижней границы их произрастания (на глубинах 0,2–1 м) в весенний сезон 2012 г. Исследование ПОЛ и АК проводили на частях таллома годичного прироста у растений, относящихся к одной возрастной генерации (от 1 до 5 лет). Все анализы выполняли через 30 мин или один час после отбора образцов. Образцы из каждого района помещали в сосуды с морской водой объемом до 2 л, в которых находилось от 1 до 2 г талломов исследуемого вида. В лаборатории навеску водорослей в 500 мг растирали на холоду с физиологическим раствором в гомогенизаторе, затем центрифугировали при 8 тыс. об/мин в течение 15 мин. Биохимический анализ проводили на 10% концентрированном гомогенате таллома. Интенсивность процесса ПОЛ определяли по накоплению конечного продукта ПОЛ – малонового диальдегида (МДА) с помощью тиобарбитуровой кислоты. В основе метода лежит реакция между малоновым диальдегидом и тиобарбитуровой кислотой, которая при высокой температуре и кислом значении рН протекает с образованием триметинового комплекса, содержащего молекулу МДА и две молекулы тиобарбитуровой кислоты (Стальная, Гаришвили, 1977). 0,5 мл 10% гомогената таллома доводили до 1 мл физраствором, добавляли 1 мл 17% раствора ТХУ и выдерживали 30 минут, после чего центрифугировали 15 мин при 4 тыс об/мин на центрифуге ОСМ-6. В надосадочную жидкость добавляли 1 мл 0,8% тиобарбитуровой кислоты, помещали на 10 мин в кипящую водяную баню, после чего охлаждали и фотометрировали на спектрофотометре СФ-2000 на длине волны 532 нм, расчет данных проводили с использованием коэффициента молярной экстинкции 1,56·105·моль-1·л-1. Определение АК осуществляли по методу Баха и Зубковой (Березов, 1976). Метод определения каталазной активности основан на способности каталазы разлагать перекись водорода на кислород и воду. Активность каталазы определяли по количеству разложившейся перекиси водорода и выражали в мкг перекиси/г таллома´мин. В пробу с вытяжкой растительного образца добавляли строго определенное количество перекиси и оставляли на 30 мин для прохождения реакции. Остаточное количество перекиси оттитровывали 0,1N раствором перманганата калия в кислой среде. Холостую пробу готовили, денатурируя белок растительного образца кипячением в течение 10 мин. Количество параллельных измерений колебалось от 3 до 6, полученные результаты обработаны статистически.
Результаты и обсуждение Общеизвестно, что любые изменения в физиологическом состоянии морских макрофитов напрямую связаны с активностью их антиоксидантной системы (АОС) (Gusarova et al.,1988; Шахматова, Парчевская, 2000; Ткаченко и др, 2004; Мильчакова, Шахматова, 2007, Шахматова, Мильчакова, 2014), а также с интенсивностью процесса перекисного окисления липидов (ПОЛ). В антиоксидантном комплексе, препятствующем распространению свободнорадикального процесса, большинство исследователей выделяют фермент каталазу (Е.С. 1.11.1б) (КАТ), которая по сравнению с другими компонентами АОС отличается наибольшим размахом отклика у морских гидробионтов на изменение качества среды (Peters, 1994; Шахматова, 2012). Данные по активности каталазы (АК) макроводоросли Cystoseira crinita в возрасте 1, 3 и 5 лет в акваториях с различным уровнем хозяйственно-бытового загрязнения представлены на рис. 2.
Рис. 2. Активность каталазы у разновозрастных растений Cystoseira crinita в акваториях с различным уровнем хозяйственно-бытового загрязнения
Обнаружено, что молодые однолетние особи проявляли наиболее высокий уровень АК в условно чистой акватории м. Фиолент, равный 98,46±8,61 мкМ Н2О2/г*мин. С увеличением возраста наблюдали снижение значений АК до 62,97±17,01 и 39,70±5,67 Н2О2/г*мин у макрофитов в возрасте 3 года и 5 лет соответственно. Это, вероятно, обусловлено тем, что для макрофитов молодого возраста свойственен более высокий уровень метаболизма и антиоксидантной защиты в целом. В акватории со средним уровнем загрязнения – Парке Победы – диапазон изменения АК у разновозрастных особей C. crinita составлял 56,7±5,67 – 76,98±5,67 мкМ Н2О2/г*мин, при этом также было отмечено незначительное снижение АК у 5-летних растений по сравнению с однолетними и 3-х летними. В условиях высокой степени загрязнения б. Балаклавской выявлена совершенно иная направленность изменения АК у разновозрастных макрофитов C. crinita. Максимальное увеличение АК до значений 264,91±8,66 было обнаружено у 5-летних особей, минимальные значения АК отмечены для 3-х-летних макроводорослей (147,42±5,67 мкМ Н2О2/г*мин). В целом увеличение АК C. crinita в загрязненном районе б. Балаклавской составляло 2,6-6,5 раз по сравнению с таковой в условно чистой акватории м. Фиолент. Таким образом, наиболее сильное влияние на АК разновозрастных макрофитов C. crinita оказывает степень загрязненности исследуемых акваторий. Активация ПОЛ практически у всех организмов является универсальным процессом, сопутствующим как физиологическим реакциям напряжения, так и патологическим состояниям (Меньщикова и др., 2006). ПОЛ является интегральным показателем, характеризующим уровень стрессового воздействия на организм. Данные по динамике малонового диальдегида, характеризующего уровень пероксидации липидов у разновозрастных проростков Cystoseira crinita в акваториях с различным уровнем хозяйственно-бытовой нагрузки, представлены на рис. 3. Известно, что уровень процесса ПОЛ обычно коррелирует с активностью каталазы, поскольку активация пероксидации липидов сопровождается ростом активности этого фермента. Поэтому, как и в случае активности каталазы, в условно чистой акватории б. Фиолент наблюдали снижение интенсивности процесса ПОЛ с увеличением возраста макрофитов C. crinita: с 25,29±0,64 у однолетних организмов до 9,47±0,54 нМ МДА/г у макрофитов в возрасте 5 лет. При среднем уровне загрязненности в районе Парка Победы интенсивность пероксидации липидов увеличивалась с 14,78±0,5 у однолетних до 17,78±1,61 нМ МДА/г у 3-хлетних и затем снижалась до 11,64±0,5 нМ МДА/г у макрофиитов в возрасте 5 лет. При воздействии загрязнения в б. Балаклавская динамика ПОЛ менялась на противоположную: было отмечено уменьшение ПОЛ у 3-х летних растений на 12% по сравнению с однолетними с последующим восстановлением уровня показателя до значений ПОЛ у проростков.
Рис. 3. Перекисное окисление липидов у разновозрастных растений Cystoseira crinita в акваториях с различным уровнем хозяйственно-бытового загрязнения
Таким образом, уровень загрязнения исследуемых акваторий оказывает существенное влияние на процесс ПОЛ у разновозрастных особей C. crinita. Известно, что произрастание С. crinita обычно приурочено к условно чистым акваториям, в результате чего многие авторы относят этот вид к олигосапробионтным (Морозова-Водяницкая, 1927; Ковардаков и др.,1985), тогда как C. barbata обнаруживается преимущественно в загрязненных акваториях и считается полисапробионтным видом. В связи с этим исследования по определению АК и ПОЛ для C. barbata проводились в условиях сильного загрязнения бухт Карантинной и Ушаковой балки. Данные по АК и ПОЛ, определенные для макроводоросли C. barbata различных возрастных групп, представлены на рис. 4 и 5.
Рис. 4. Изменение активности каталазы Cystoseira barbata по годам в условиях хозяйственно-бытового загрязнения
Рис. 5. Перекисное окисление липидов у растений Cystoseira barbata в возрасте 1 и 2 года в условиях хозяйственно-бытового загрязнения
В условиях усиленной хозяйственно-бытовой нагрузки вблизи Ушаковой балки АК C. barbata возрастала у 2-летних растений по сравнению однолетними на 28% и снижалась на 15% соответственно в б. Карантинная. Динамика ПОЛ C. barbata в этих же акваториях была аналогичной: отмечено увеличение на 3% и снижение на 2% соответственно. Таким образом, показатели активности каталазы и процесса пероксидации липидов у Cystoseira crinita в чистой акватории у м. Фиолент снижались с увеличением возраста (в 1,6 раза у 3-летних и в 2,7 раза у 5-летних по сравнению с 1-летними проростками для каталазы и в 2,5 и в 2,4 раза соответственно для ПОЛ), с повышением степени загрязненности прибрежных акваторий эта тенденция изменялась. У C. barbata, наоборот, отмечено возрастание АК с увеличением возраста талломов, тогда как изменение процесса ПОЛ было статистически недостоверным.
Список литературы 1. Афанасьев Д.Ф., Корпакова И.Г. Макрофитобентос Российского Азово-Черноморья. – Ростов-на-Дону, 2008. – 291 с. 2. Березов Т.Т. Руководство к лабораторным занятиям по биологической химии. – М.: Медицина, 1976. – С. 81–83. 3. Гупало П.И. Возрастные изменения и их значение в растениеводстве. – М.: Наука, 1969. – 252 с. 4. Калугина-Гутник А.А. Фитобентос Черного моря. – Киев: Наук. думка, 1975. – 248 с. 5. Ковардаков С.А., Празукин А.В, Фирсов Ю.К. Комплексная адаптация цистозиры к градиентным условиям. – Киев: Наук. думка, 1985. – 218 с. 6. Меньщикова Е.Б, Ланкин В.З., Зенков Н.К,. Бондарь И.А,. Круговых Н.Ф,. Труфакин В.А. Окислительный стресс. Прооксиданты и антиоксиданты. – М.: Слово, 2006. – 556 с. 7. Мильчакова Н.А. Макрофитобентос // В.Н. Еремеев, А.В. Гаевская (ред.). Современное состояние биоразнообразия прибрежных вод Крыма (черноморский сектор) – Севастополь: Экоcи-Гидрофизика, 2003. – С. 152–208. 8. Мильчакова Н.А., Шахматова О.А. Каталазная активность массовых видов черноморских водорослей-макрофитов в градиенте хозяйственно-бытового загрязнения // Морской экологический журнал. 2007. Т.6, №2. С. 44–57. 9. Морозова-Водяницкая Н.В. Наблюдения над экологией водорослей Новороссийской бухты // Тр. Кубано-Черном. науч. исслед. ин-та. 1927. Вып.52. 47 с. 10. Стальная И.Д., Гаришвили Т.Г. Методы определения малонового диальдгида с помощью тиобарбитуровой кислоты // В.Н. Орехович (ред.). Современные методы в биохимии. – М.: Медицина, 1977. – С. 63–64. 11. Ткаченко Ф.П., Ситников Ю.А., Куцын Е.Б. Состояние элементов антиоксидантной системы водорослей из разных по степени загрязненности районов Черного моря // Экология моря. 2004. Т.4, №6. С. 70–74. 12. Шахматова О.А. Отклик гидробионтов на стрессовые факторы морских экосистем// Экосистемы. Их оптимизация и охрана. Вып.7. – Симферополь, 2012. – С. 98–113. 13. Шахматова О.А., Парчевская Д.С. Активность каталазы и контроль качества воды // Альгология. 2000. Т.10, №3. С. 355–361. 14. Шахматова О.А., Мильчакова Н.А. Влияние экологических условий на активность каталазы массовых видов черноморских макроводорослей // Альгология. 2014. Т.24, №4. С. 461–476. 15. Gusarova I.S., Golotin V.G., Gonenko V.A., Shevtsova S.P., Zimina V.V. Antioxidative activity (AOA) of lipids of macrophytes algae Peter the Great Bay (Sea of Japan) // Rast Res. 1988. Vol.24, №1. P. 104–106. 16. Peters L.D., Porte C., Albaiges J., Livingstone D.R. 7- ethoxyresorufin O-deethylase (EROD) and antioxidant evzyme activities in larvae of sardine (Sardina pilchardus) from the north coast in Spain // Mar. Pollut. Bull. 1994. Vol.28, №5. P. 299–304. Статья поступила в редакцию 1.12.2016
Antioxidant system Black Sea brown macroalgae Cystoseira crinita аnd C. barbata of the various life forms in the different levels pollution water Olga A. Shakhmatova, Alexandra V. Kravtsova The process of lipid peroxidation (LPO) and catalase activity (AK) of brown macroalgae Cystoseira crinita and C. barbata of the various life forms in the different levels pollution water were studied. The parameters of the AK and LPO in Cystoseira crinita in conditionally clean waters declined with increasing age macrophytes. By increasing the degree of pollution of coastal waters, this trend has changed. Keywords: brown macroalgae; Cystoseira crinite; Cystoseira barbata; life forms; antioxidant system; lipid peroxidation (LPO); catalase activity; pollution
Об авторах Шахматова Ольга Александровна- Shakhmatova Olga A. кандидат биологических наук oshakh@gmail.com Кравцова Александра Васильевна - Kravtsova Aleksandra V. младший научный сотрудник, Объединенный институт ядерных исследований, г.Дубна, Россия (Joint Institute for Nuclear Research, Dubna, Russia), Лаборатория нейтронной физики им. И.М. Франка, сектор нейтронного активационного анализа и прикладных исследований (Laboratory of Neutron Physics by Frank, sector neutron activation analysis and applied research) alexkravtsova@yandex.ru Корреспондентский адрес: Россия, 299011, Севастополь, пр. Нахимова, 2, ФГБУН ИМБИ; тел. (869)-255-07-95.
ССЫЛКА НА СТАТЬЮ: Шахматова О.А., Кравцова А.В. Антиоксидантная система ценозообразующих бурых черноморских макроводорослей Cystoseira crinita и C. barbata различных жизненных форм в акваториях с разным уровнем комплексного загрязнения // Вопросы современной альгологии. 2017. № 1 (13). URL: http://algology.ru/1131 Уважаемые коллеги! Если Вы хотите получить версию статьи в формате PDF, пожалуйста, напишите в редакцию, и мы ее вам с удовольствием пришлем бесплатно. При перепечатке ссылка на сайт обязательна
К разделу ОБЗОРЫ, СТАТЬИ И КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ 
|
|
|
 | | ||
|
| ||
