ГЛАВНАЯ » КОНФЕРЕНЦИИ » САБИНИНСКИЕ ЧТЕНИЯ » V Сабининские чтения - 2016 » Материалы Международной конференции
«Экологическая физиология водных фототрофов: распространение, запасы, химический состав и использование»
V Сабининские чтения - 2016
» Антиоксидантная система ценозообразующих бурых черноморских макроводорослей Cystoseira crinita и C. barbata различных жизненных форм в акваториях с разным уровнем комплексного загрязнения

Антиоксидантная система ценозообразующих бурых черноморских макроводорослей Cystoseira crinita и C. barbata различных жизненных форм в акваториях с разным уровнем комплексного загрязнения

Antioxidant system Black Sea brown macroalgae Cystoseira crinita
аnd C. barbata of the various life forms in the different levels pollution water

 

Шахматова О.А.1, Кравцова А.В.2  

Olga A. Shakhmatova1, Aleksandra V. Kravtsova2 

 

1Институт морских биологических исследований им. А.О.Ковалевского (г. Севастополь)
2Объединённый институт ядерных исследований

 

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 crinitaCystoseira 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
Fig. 2. Сatalase activity of the various life forms of Cystoseira crinita thallus in the different levels household pollution water

 

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 Ccrinita 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 Ccrinita 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 Ccrinita 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
Fig. 3. Lipid peroxidation of the various life forms of Cystoseira crinita thallus in the different levels household pollution water

 

Таким образом, уровень загрязнения исследуемых акваторий оказывает существенное влияние на процесс ПОЛ у разновозрастных особей Ccrinita.

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 Cbarbata обнаруживается преимущественно в загрязненных акваториях и считается полисапробионтным видом. В связи с этим исследования по определению АК и ПОЛ для Cbarbata 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
Fig. 4. Catalase activity of Cystoseira barbata thallus by age in a household pollution water

 

Рис. 5. Перекисное окисление липидов у растений Cystoseira barbata в возрасте 1 и 2 года в условиях хозяйственно-бытового загрязнения
Fig. 5. Lipid peroxidation of the 1- and 2-year thallus of Cystoseira barbata in a household pollution water

 

В условиях усиленной хозяйственно-бытовой нагрузки вблизи Ушаковой балки АК Cbarbata возрастала у 2-летних растений по сравнению однолетними на 28% и снижалась на 15% соответственно в б. Карантинная. Динамика ПОЛ Cbarbata 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. – Симферополь. – 2012. – Вып.7. – 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
старший научный сотрудник, Институт морских биологических исследований, г. Севастополь, Россия (Institute of Marine Biological Research, Sevastopol, Russia), Отдел биотехнологий и фиторесурсов, лаборатория фиторесурсов

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.

 

 

При перепечатке ссылка на сайт обязательна

 

К другим статьям Международной конференции 
«Экологическая физиология водных фототрофов: 
распространение, запасы, химический состав и использование».
V Сабининские чтения - 2016
 

 

 

На ГЛАВНУЮ

Карта сайта

 

К разделу ОБЗОРЫ, СТАТЬИ И КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ








ГЛАВНАЯ

НОВОСТИ

О ЖУРНАЛЕ

АВТОРАМ

12 номеров журнала

ENGLISH SUMMARY

ОБЗОРЫ И СТАТЬИ

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ
МАТЕРИАЛЫ


АКВАРИАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ
И  ИХ  СОДЕРЖАНИЕ


КОНФЕРЕНЦИИ

АЛЬГОЛОГИЧЕСКИЙ СЕМИНАР

СТУДЕНЧЕСКИЕ РАБОТЫ

АВТОРЕФЕРАТЫ

РЕЦЕНЗИИ


ПРИЛОЖЕНИЕ к журналу:


ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

ОПРЕДЕЛИТЕЛИ И МОНОГРАФИИ

ОТЕЧЕСТВЕННАЯ АЛЬГОЛОГИЯ
СЕГОДНЯ


ИСТОРИЯ АЛЬГОЛОГИИ

КЛАССИКА
ОТЕЧЕСТВЕННОЙ АЛЬГОЛОГИИ


ПУБЛИКАЦИИ ПРОШЛЫХ ЛЕТ

ВЕДУЩИЕ АЛЬГОЛОГИЧЕСКИЕ
ЦЕНТРЫ


СЕКЦИЯ  АЛЬГОЛОГИИ  МОИП

НАУЧНО-ПОПУЛЯРНЫЙ РАЗДЕЛ

СЛОВАРИ И ТЕРМИНЫ



НАШИ ПАРТНЕРЫ


ПРЕМИИ

КОНТАКТЫ

Новые публикации



Карта сайта






Рассылки Subscribe.Ru
Журнал "Вопросы современной альгологии"
Подписаться письмом


Облако тегов:
микроводоросли    макроводоросли    пресноводные    морские    симбиотические_водоросли    почвенные    Desmidiales(отд.Сharophyta)    Chlorophyta    Rhodophyta    Phaeophyceae    Диатомеи     Dinophyta    Prymnesiophyta_(Haptophyta)    Cyanophyta    Characeae    бентос    планктон    перифитон    кокколитофориды    Экология    Систематика    Флора_и_География    Культивирование    Химический_состав    Минеральное_питание    Ультраструктура    Загрязнение    Биоиндикация    Размножение    Морфогенез    Морфология_и_Морфометрия    Физиология    Морские_травы    Использование    ОПРЕДЕЛИТЕЛИ    Фотосинтез    Фитоценология    Черное_море    Белое_море    Баренцево_море    Дальний_Восток    Азовское_море    Каспийское_море    Чукотское_море    КОНФЕРЕНЦИИ    ПЕРСОНАЛИИ    ИСТОРИЯ    РЕЦЕНЗИЯ    Биотехнология    Динамические_модели    Экстремальные_экосистемы    Ископаемые_водоросли    Сезонные_изменения    Биоразнообразие    Аральское_море    

КОНТАКТЫ

Email: info@algology.ru

Изготовление интернет сайта
5Dmedia

ЛИЦЕНЗИЯ

Эл N ФС 77-22222 от 01 ноября 2005г.

ISSN 2311-0147