Посмотреть титульный лист сборника

Скачать сборник целиком (8,5 мб)

Актуальность исследования
Одним из глобальных загрязнений гидросферы являются соли тяжёлых металлов, которые, попадая в водоемы множественными путями, циркулируют в биосфере и аккумулируются в гидробионтах,  в том числе на уровне первого звена трофической цепи – фотосинтезирующих микроводорослях. Ответные реакции водорослей на антропогенную нагрузку являются важным показателем при установлении связи между действием токсиканта и экологическими эффектами, как на уровне отдельных организмов, так и на уровне популяций.
Фотосинтетический аппарат, имеющий огромную поверхность контакта со средой, в первую очередь и в наибольшей степени подвергается неблагоприятным воздействиям загрязнения среды. Хлорофилл, находящийся в фотосинтетических мембранах, служит своего рода природным датчиком состояния клеток водорослей. Первичные стадии фотосинтеза водорослей при действии факторов внешней среды не остаются неизменными, а активно регулируются клеткой в соответствии с ее физиологическим состоянием. Изучение  фотосинтеза позволяет проводить раннюю экспресс-диагностику состояния клеток в природных условиях.
К методам, способным давать оперативную информацию о физиологическом состоянии растительных организмов, в том числе их фотосинтетического аппарата, относится регистрация параметров замедленной флуоресценции (ЗФ) хлорофилла. Преимущество флуоресцентных методов заключается в том, что информацию о состоянии фотосинтетического аппарата и его активности, можно получить за очень короткий отрезок времени, что очень важно для решения экологических проблем.
Материал и методы исследования
В нашей работе была поставлена задача изучить действие тяжелых металлов на кинетику ЗФ хлорофилла микроводорослей в течение продолжительного времени. В экспериментах использовали суспензии отмытых от культуральной среды клеток  микроводоросли Scenedesmus magnus, к которым добавлялись растворы нитратов кобальта, железа, меди, ртути, цинка, марганца и кадмия в концентрациях от 0,1 до 1,5 ПДК этих металлов для воды природных водоемов рыбохозяйственного назначения. В контрольные пробы вносили дистиллированную воду. Исследуемые растворы помещали в измерительную кювету, выдерживали в темноте в течение 15 минут, а затем проводили регистрацию замедленной флуоресценции хлоропластов водорослей. Измерения проводились через 3 часа, 10 часов, сутки и двое суток после внесения растворов в суспензию водорослей.
Для регистрации замедленной флуоресценции использовали высокочувствительное устройство на основе электронных блоков системы «Вектор», разработанное на кафедре «Безопасность жизнедеятельности» Оренбургского государственного университета [2].
Результаты и обсуждение
Кинетика затухания ЗФ имеет форму сложной экспоненты, которая может быть представлена в виде суммы нескольких компонент с различным временем жизни:
N= G•exp(-a•t)+D•exp(-b•t),
Быстрые и медленные компоненты отличаются амплитудами G и D, а также постоянными a и b, характеризующими интенсивность затухания ЗФ.
Высокая интенсивность ЗФ в начальный момент времени обусловлена нарушением электронного транспорта вследствие временной блокировки оттока электронов от ФС II. В дальнейшем происходит активация акцепторной части ФС I и ферментов углеводного цикла фотосинтеза и интенсивность ЗФ снижается.
В результате измерений были получены характерные кривые ЗФ и определены амплитуды G и D, постоянные a и b для микроводоросли S. magnus при действии растворов тяжелых металлов различных концентраций.
В качестве примера в таблице 1 приведены сводные данные по параметрам G , определенным в начальный момент времени, через три, десять часов, через сутки и двое суток при внесении ионов кобальта. G представляет собой амплитуду быстрой компоненты, которая в наибольшей степени характеризует интенсивность замедленной флуоресценции.
В результате проведенного исследования установлено, что влияние солей тяжелых металлов на фотосинтетический аппарат растений имеет нелинейный характер.

 

Таблица 1. Параметры G при добавлении ионов кобальта

Металл	Характе- ристика	Контрольный опыт	Концентрация, ·10-2 мг/л
			0,1	0,2	0,4	0,6	0,8	1,0	1,2	1,4	1,6
Кобальт	G0	3819	3300	3195	3224	2836	3482	3279	2875	3588	3004
	G3	3397	2771	2489	2981	2573	2542	3549	3709	3496	2649
	G10	3875	2601	2888	2426	2644	3007	1912	2373	2911	3021
	G24	4842	4419	4440	4508	3888	4285	4347	4883	3323	2874
	G48	4841	3110	2757	2068	2363	2506	2837	2510	2413	2201

 

Анализ приведенных данных показывает, что внесение ионов кобальта в начальный момент времени при всех концентрациях вызывает уменьшение интенсивности замедленной флуоресценции. С течением времени рост G наблюдается только для концентраций 0,01; 0,012 мг/л (через 3 часа). Во всех остальных случаях ионы кобальта вызывают снижение данного параметра.

Таблица 2. Параметры G при добавлении ионов кадмия

металл	Характе- ристика	Контрольный опыт	Концентрация, ·10-3 мг/л
			0,5	1	2	3	4	5	6	7	8
Кадмий	G0	3030	3217	2853	2929	2199	2775	2945	3308	2900	3976
	G3	3018	2721	3876	3564	3273	3676	4119	4211	3642	2652
	G10	3532	3191	4476	4091	4520	3771	3876	4081	3276	3793
	G24	3550	2795	3129	3394	3182	4072	3220	3533	3868	3124
	G48	4703	4711	4095	4077	4813	4478	4205	3612	4424	4871

 

Ионы кадмия при концентрациях 0,0005; 0,006 и 0,008 мг/л  увеличивают интенсивность замедленной флуоресценции сразу после внесения; снижение вызывают остальные концентрации. Через три часа при максимальной и минимальной концентрациях также наблюдалось снижение параметра G; действие промежуточных концентраций приводило к его возрастанию. К концу вторых суток увеличение отмечалось только для двух концентраций – 0,003 и 0,008 мг/л.
Таким образом, затухание флуоресценции водорослей происходит по кривой, представляющей сумму экспонент. Параметры экспонент являются показателем состояния фотосинтетического аппарата водорослей при действии на них факторов окружающей среды и, в частности, солей тяжелых металлов.
Данный метод может применяться при установлении пределов толерантности микроорганизмов при действии тяжелых металлов.

 

Список  использованной литературы:
1. Гранин А.В. Метод замедленной флуоресценции в оценке активности фотосинтетического аппарата// Бюллетень ВСНЦ СО РАМН №7, 2003. –с.98.
2. Ефремов И.В., Межуева Л.В., Быкова Л.А. Устройство для регистрации замедленной флуоресценции//Патент 2220413. – Бюлл. изобр. № 36 от 27.12.2003.
3. Плеханов С.Е., Чемерис Ю.К. Ранние эффекты токсического действия цинка, кобальта на фотосинтетическую активность водоросли Chlorella pyrenoidosa Chick – s – 39 // Известия АН. Серия биол. 2003.№5.С 610-616.
4. Рубин А.Б., Кренделева Т.Е. Регуляция первичных процессов фотосинтеза //Биофизика. Т.49. Вып.2. 2004. С. 239-253.