|
 |
|
V Сабининские чтения 29 ноября 2016 - 29 января 2017 Влияние ионов свинца и РОВ на рост, развитие и аденилатный энергетический заряд микроводорослей в культурах
Сысоев А.А., Сысоева И.В. Alexander A. Sysoev, Inna V. Sysoeva
Институт морских биологических исследований имени А.О. Ковалевского (г. Севастополь)
УДК 582.26/.27:574.64:577.1
В работе изучено влияние ионов свинца (Pb) и растворенного органического вещества (РОВ) на культуры микроводорослей. В эксперименте были использованы 3 культуры: Prorocenrum micans, Prorocentrum pusillum (Dinophyceae) и Platymonas viridis (Chlorophyceae). Влияния ионов Pb и РОВ на состояние культур оценивали по следующим параметрам: численность клеток, средние размеры клеток и аденилатный энергетический заряд (АЭЗ). Результаты показали различную толерантность видов микроводорослей к содержанию ионов Pb и присутствию РОВ. По скорости деления и средним размерам клеток отмечены разные стратегии адаптации к поллютантам у различных таксономических и размерных групп микроводорослей. Наибольшее сходство видов микроводорослей проявилось в репродуктивной активности клеток в соответствии с АЭЗ. Ключевые слова: культуры микроводорослей; численность и размеры клеток; аденилатный энергетический заряд; ионы свинца, РОВ.
Введение Концепция использования биомаркеров в качестве индикаторов токсикологического пресса поллютантов на водные организмы занимает центральное место при оценке экологических последствий антропогенного загрязнения водных экосистем. Она необходима при выборе из множества откликов гидробионтов наиболее информативных и пригодных для целей биологического мониторинга (Капков, 2003). Наиболее актуальными направлениями в оценке экологического состояния вод признаны исследования воздействия тяжелых металлов и антропогенного эвтрофирования водоемов на первичное звено трофической цепи пелагиали – планктонные микроводоросли (Шитиков, 2003; Алимов, 2000). Цель исследования – изучение информативных откликов культивируемых микроводорослей на различные концентрации ионов свинца и присутствие растворенного органического вещества (РОВ).
Материалы и методы В эксперименте были использованы культуры двух видов динофитовых водорослей: Prorocentrum micans и Prorocentrum pusillum – и один вид зеленой водоросли – Platymonas viridis. Культуры выставляли на экспозицию с естественным освещением для роста численности на стерилизованной морской воде с добавлением питательной среды F/2. За сутки до эксперимента равные по объему аликвоты культур микроводорослей распределяли в конические колбы и добавляли в них испытуемые агенты согласно плану эксперимента. Исходя из того, что пороговые концентрации ионов свинца составляют 100 мкг/л (Капков, 2003), а эвтрофированные районы Черного моря содержат 10 мг/л РОВ (Агатова и др., 2007), для эксперимента использовали конечные концентрации ионов свинца 100 и 200 мкг/л, а РОВ, составленного из мидийного гидролизата и глюкозы – 10 мг/л. Все культуры выставляли на трехдневную экспозицию при естественном освещении в следующих вариантах содержания:
Пробы на анализ численности, средние размеры клеток и аденилатный энергетический заряд отбирали ежедневно, на 1, 2 и 3 сутки экспозиции. Анализ численности и размеров клеток проводили на проточном цитофлюориметре Cytomics FC 500 (Beckman Coulter, США), аденилатного состава – на хемилюминометре ATP-Luminometer 1250 (LKB, Швеция). В качестве основных критериев, по которым оценивали степень негативного воздействия поллютантов, были выбраны: репродуктивная активность (динамика численности клеток), размеры клеток и аденилатный энергетический заряд Д. Аткинсона (АЭЗ) (Atkinson, 1968).
Результаты и обсуждение Динамика численности, размеров клеток и АЭЗ в культуре Prorocentrum micans при различных вариантах содержания отражена на рис. 1. АЭЗ, отражающий физиологическое состояние клеток (Atkinson, 1968), значительно снизился в течение 3-суточной экспозиции, особенно в условиях негативного влияния поллютантов. Снижение репродуктивной активности, вероятно, привело к увеличению размеров клеток, показав обратную зависимость численности и средних размеров клеток. На 2 и 3 сутки отмечены снижения АЭЗ и размеров клеток, особенно в режимах с поллютантами.
Рис. 1. Динамика численности (FC, кл/мл), размеров клеток (FL, у/е) и АЭЗ (АЕС) в культуре Prorocentrum micans при различных вариантах содержания. На оси Х обозначены режимы содержания, в скобках – сутки экспозиции. Fig. 1. Dynamics of numbers (FC, cells/ml), the size of the cells (FL, c/u) and AEC in the of Prorocentrum micans culture under different variants of the content. On the X-axis indicated the exposure mode, in parentheses – the day of the exposure.
Динамика АЭЗ в культуре Prorocentrum pusillum схожа с динамикой в культуре Prorocentrum micans (рис. 2).
Рис. 2. Динамика численности (FC, кл/мл), размеров клеток (FL, у/е) и АЭЗ (АЕС) в культуре Prorocentrum pusillum при различных вариантах содержания. На оси Х обозначены режимы содержания, в скобках – сутки экспозиции. Fig. 2. Dynamics of numbers (FC, cells/ml), the size of the cells (FL, c/u) and AEC in the of Prorocentrum pusillum culture under different variants of the content. On the X-axis indicated the exposure mode, in parentheses – the day of the exposure.
В отличие от культуры Prorocentrum micans, здесь не было отмечено сильных колебаний численности во время 3-суточной экспозиции, но размеры клеток, так же, как и в первом случае, в 1 сутки сильно возросли в режимах с поллютантами, а к 3 суткам значительно снизились. Характерно для обоих видов рода Prorocentrum – значительное снижение размеров клеток к концу экспозиции. Особенно ярко выражена эта тенденция у P. micans, у которого прослеживается две стадии адаптации к негативному влиянию токсиканта. В течение первых суток размеры клеток сильно возрастают, что означает снижение частоты деления клеток и внутриклеточное накопление веществ. На вторые и особенно на третьи сутки происходят обратные процессы: снижение размеров клеток и возрастание репродуктивной активности при снижении АЭЗ. В этом случае клетки в аспекте энергетических трат получают, по крайней мере, две выигрышные позиции: улучшение обмена со средой за счет увеличения удельной поверхности, что дает им преимущество в потреблении биогенов и активизации метаболических процессов, с одной стороны, и уменьшение внутриклеточных энергетических трат – с другой. В этом механизме проявляется стратегия активной адаптации организмов к негативным факторам среды (Хочачка, Сомеро, 1977). В культуре Platymonas viridis значения АЭЗ не подверглись таким сильным изменениям, как в двух предыдущих случаях (рис. 3). Численность клеток в условиях относительно чистой среды была заметно выше, чем в присутствии поллютантов, но размеры клеток не изменялись в такой степени, как было отмечено в других культурах. Основываясь на полученных данных, можно заключить, что культура Platymonas viridis проявила наибольшую толерантность к негативному влиянию поллютантов среди испытуемых видов.
Рис. 3. Динамика численности (FC, кл/мл), размеров клеток (FL, у/е) и АЭЗ (АЕС) в культуре Platymonas viridis при различных вариантах содержания. На оси Х обозначены режимы содержания, в скобках – сутки экспозиции. Fig. 3. Dynamics of numbers (FC, cells/ml), the size of the cells (FL, c/u) and AEC in the of Platymonas viridis culture under different variants of the content. On the X-axis indicated the exposure mode, in parentheses – the day of the exposure.
Присутствие РОВ оказывало позитивное влияние на рост клеток рода Prorocentrum, в особенности в первые сутки экспозиции. На Platymonas viridis присутствие растворенной органики существенного влияния не оказывало.
Таким образом, общим для всех исследованных культур микроводорослей было снижение численности клеток и АЭЗ под воздействием поллютантов. У динофитовых водорослей в значительной степени варьировали средние размеры клеток, особенно у относительно крупного вида Prorocentrum micans. В обеих культурах в течении 3-х-суточной экспозиции, в особенности под влиянием токсиканта, снижался АЭЗ, что означает ухудшение физиологического состояния клеток с дальнейшей потерей репродуктивной активности.
Список литературы 1. Агатова А.И., Лапина Н.М., Торгунова Н.И. Биохимические показатели трофности морских экосистем // Вопр. промысл. океанологии. 2007. Вып.4, №1. С. 88–98. 2. Алимов А.Ф. Элементы теории функционирования экосистем. – СПб.: ЗИН РАН, 2000. – 147 с. 3. Капков В.И. Водоросли как биомаркеры загрязнения тяжелыми металлами морских прибрежных экосистем: Автореф. дисс. докт. биол. наук. – Москва, 2003. – 90 с. 4. Хочачка П., Сомеро Дж. Стратегия биохимических адаптаций. – М.: Мир, 1977. – 398 с. 5. Шитиков В.К., Розенберг Г.С., Зинченко Т.Д. Количественная гидроэкология: методы системной идентификации. – Тольятти: ИЭВБ РАН, 2003. – 463 с. 6. Atkinson D.E. The energy charge of the adenylate pools as a regulatory parameter. Interaction with feedback modifiers// Biochemistry. 1968. V.7, №11. P. 4030–4034. Статья поступила в редакцию 20.12.2016
Influence of Pb ions and a DOM on the growth, development and adenylate energy charge of microalgae in cultures Alexander A. Sysoev, Inna V. Sysoeva We studied the effect of Pb ions and dissolved organic matter (DOM) on the cultures of microalgae. In our experiments three cultures of microalgae were used: Prorocenrum micans, Prorocentrum pusillum (Dinophyceae) и Platymonas viridis (Chlorophyceae). The effect of Pb ions and DOM on the state of microalgal cultures was evaluated on the following parameters: the number of cells, the mean size of the cells and the adenylate energy charge (AEC). Our results showed different tolerance of microalgae species to the content of Pb ions and the presence of DOM. Various adaptation strategies in pollutant tolerance were detected within different taxonomic groups and cell size groups of microalgae based on the cell division rate and average size of cells. The greatest similarity of microalgae species was revealed in the reproductive activity of the cells in accordance with the AEC. Keywords: microalgae cultures; number and size of cells; adenylate energy charge; Pb ions; DOM.
Об авторе Сысоев Александр Александрович – Sysoev Alexandr A. научный сотрудник, Институт морских биологических исследований им. А.О.Ковалевского РАН (ФГБУН ИМБИ), г. Севастополь, Россия (Federal State Institution of Science «The A. O. Kovalevsky Institute of Marine Biological Research of RAS» IMBR, Sevastopol, Russia), Отдел функционирования морских экосистем. alexsysoev@yandex.ru Сысоева Инна Викторовна – Sysoeva Inna V. кандидат биологических наук alexsysoev@yandex.ru Корреспондентский адрес: Россия, 299011, Севастополь, пр. Нахимова, 2, ФГБУН ИМБИ; тел. (8692)-54-41-10.
ССЫЛКА НА СТАТЬЮ: Сысоев А.А., Сысоева И.В. Влияние ионов свинца и РОВ на рост, развитие и аденилатный энергетический заряд микроводорослей в культурах // Вопросы современной альгологии. 2017. № 1 (13). URL: http://algology.ru/1143 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 
|
|
|
 | | ||
|
| ||
