Адаптивні властивості водоростей за дії іонів металів

Виявлені адаптивні перебудови енергетичного та азотного обміну у прісноводних водоростей сприятимуть розкриттю механізмів стійкості гідробіонтів до дії іонів важких металів, а також можуть бути використані при розробці методів біоіндикації та прогнозуванні змін у водних екосистемах.

Список наукових праць, опублікованих за темою дисертації

Боднар О.І. Особливості азотного обміну у синьозеленої водорості Anabena cylindrica Lemm. / О.І. Боднар, П.Д. Клоченко, В.В. Грубінко // Наукові записки Тернопільського національного педагогічного університету імені Володимира Гнатюка. Серія: Біологія. 2005. № 3 (26). С. 45-47. (проведення експерименту, узагальнення матеріалів, участь у написанні статті).

Боднар О.І. Особливості асиміляції амонійного азоту синьозеленими водоростями за дії іонів цинку / О.І. Боднар, Г.Б. Гуменюк // Вісник Чернігівського педагогічного університету. Серія: Біологічні науки. Вип. 40. 2006. № 1. С. 19-25. (планування і проведення експерименту, узагальнення матеріалів, участь у написанні статті).

Боднар О.И. Влияние ионов свинца на ассимиляцию аммония синезеленой водорослью Anabaena cylindrica Lemm. / О.И. Боднар, П.Д. Клоченко, В.В. Грубинко // Гидробиологический журнал. 2006. Т. 42, № 6. С. 61 - 71. (проведення експерименту, узагальнення матеріалів, участь у написанні статті).

Боднар О.І. Накопичення важких металів синьозеленими водоростями / О.І. Боднар // Наукові записки Тернопільського національного педагогічного університету імені Володимира Гнатюка. Серія: Біологія. 2007. № 1 (31). С. 109 - 113.

Боднар О.И. Дыхательная активность зеленой водоросли Desmodesmus communis (Hegew.) Hegew. при действии ионов цинка / О.И. Боднар, П.Д. Клоченко, В.В. Грубинко // Гидробиологический журнал. 2007. Т. 43, №. 6. С. 42 - 49. (проведення експерименту, узагальнення матеріалів, участь у написанні статті).

Боднар О.І. Особливості енергетичного обміну у діатомової водорості Navicula atomus за дії іонів цинку / О.І Боднар // Наукові записки Тернопільського національного педагогічного університету імені Володимира Гнатюка. Серія: Біологія. 2008. № 1 (31). С. 16-20.

Боднар О.І. Вплив іонів металів на активність глутамінсинтетази / О.І. Боднар // Біологічні дослідження молодих вчених в Україні: VI всеукр. конф. студ. та аспір., 21-22 вересня 2006 р.: матеріали. Київ, 2006. С. 9-11.

Боднар О.І. Вплив іонів свинцю на активність сукцинатдегідрогенази синьо-зелених водоростей / О.І. Боднар // Проблеми і перспективи наук в умовах глобалізації: ІІ всеукр. конф., 9-11 жовтня 2006 р.: матеріали. Тернопіль, 2006. С. 73-75.

Боднар О.І. Ферментні системи асиміляції амонійного азоту синьозеленими водоростями за дії іонів важких металів / О.І. Боднар // IX Український біохімічний з'їзд, 24-27 жовтня 2006 р.: матеріали з'їзду. Харків, 2006. Т. 2. С. 166.

Боднар О.І. Активність сукцинатдегідрогенази синьозелених водоростей за інтоксикації середовища іонами цинку / О.І. Боднар // Сучасні проблеми біології, екології та хімії: міжнар. конф., 29-31 березня 2007 р.: матеріали. Запоріжжя, 2007. С. 518-521.

Боднар О.І. Асиміляція амонійного азоту зеленими водоростями за дії іонів важких металів. / О.І. Боднар // Молодь та поступ біології: ІІІ міжнар. наук. конф. студ. та аспір., 23-27 квітня 2007 р.: матеріали. Львів, 2007. С. 185 - 186.

Bodnar O., Grybinko V. Some aspects of accumulation of heavy metals by blue-green algae / O.Bodnar, V.Grybinko // Biodiversity. Ecology. Adaptation. Evolution: ІІІ міжнар. конф. молодих вчених, 15-18 травня 2007 р.: матеріали. Одеса, 2007. С. 238.

Боднар О.І. Зміна активності цитохромоксидази зеленої водорості Desmodesmus communis за дії іонів цинку / О.І. Боднар // Біологічні дослідження молодих вчених в Україні: VI всеукр. конф. студ. та аспір., 26-27 вересня 2007 р.: матеріали. Київ, 2007. С. 16 - 18.

Боднар О.И. Особенности азотного обмела у зеленых водорослей при действии ионов тяжелых металлов / О.И. Боднар // Биология внутренних вод: ХІІІ междунар. школа - конф. молодых ученых: 23-26 октября 2007 г.: сборник тезисов. Борок (Россия), 2007. С. 5.

Боднар О.И. Воздействие ионов тяжелых металлов на некоторые показатели продуктивности культуры зеленой водоросли Scenedesmus qudricauda / О.И. Боднар // Биология - наука ХХІ века: XI междунар. Пущинская школа-конф. молодых ученых, 29 октября-2 ноября 2007 г.: сборник материалов. Пущино (Россия), 2007. С. 295.

АНОТАЦІЯ

Боднар О. І. Адаптивні властивості водоростей за дії іонів металів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук зі спеціальності 03.00.17 - гідробіологія. - Інститут гідробіології НАН України, Київ, 2009.

Дисертація присвячена дослідженню особливостей азотного та енергетичного обміну у представників прісноводних водоростей (Cyanophyta, Chlorophyta, Bacillariophyta) в нормі та за дії іонів цинку і свинцю в концентраціях, що відповідають 1, 2 і 5 ГДК, а також з'ясуванню їх комплексної фізіолого-біохімічної відповіді на вплив зазначених металів.

У роботі представлені дані про ступінь накопичення та кінетичні параметри поглинання іонів Zn²⁺ і Pb²⁺ клітинами водоростей залежно від їх вмісту в культуральному середовищі.

Встановлено, що в досліджених видів водоростей ферментні системи енергетичного обміну (сукцинатдегідрогеназа і цитохромоксидаза) більшою мірою піддаються впливу підвищених концентрацій цинку і свинцю, ніж ферменти азотного обміну (глутаматдегідрогеназа і глутамінсинтетаза, яка виявилася визначальною в асиміляції амонійного азоту).

На підставі одержаних даних доведено, що цинк зумовлює менший негативний вплив на водорості, ніж свинець, і це підтверджується змінами інтенсивності функціональних систем клітин та їх фізіологічним станом.

Встановлено, що найчутливішими до дії іонів цинку та свинцю є представники зелених водоростей, а найстійкішими - діатомових. Синьозелені займають при цьому проміжне положення.

Ключові слова: прісноводні водорості, іони цинку і свинцю, накопичення, енергетичний обмін, азотний обмін, регуляція, адаптація.

АННОТАЦИЯ

Боднар О. И. Адаптивные свойства водорослей при действии ионов металлов. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук по специальности 03.00.17 - гидробиология. - Институт гидробиологии НАН Украины, Киев, 2009.

Диссертация посвящена исследованию особенностей азотного и энергетического обмена у представителей пресноводных водорослей (Cyanophyta, Chlorophyta, Bacillariophyta) в норме и при воздействии ионов цинка и свинца в концентрациях, соответствующих 1, 2 и 5 ПДК, а также изучению их комплексного физиолого-биохимического ответа на влияние указанных металлов.

В работе представлены данные о степени накопления и кинетические параметры поглощения клетками водорослей Zn²⁺ и Pb²⁺ в зависимости от их содержания в культуральной среде. Показано, что уровень аккумулирования ионов металлов зависит от их физиологической роли в организме и концентрации в водной среде. При этом способность исследуемых водорослей к накоплению обоих ионов металлов выражается следующим рядом: D. communis > A. cylindrica > N. atomus.

Установлено, что в проникновение ионов цинка в клетки водорослей происходит по неконкурентному типу, тогда как для ионов свинца характерным является как упомянутый путь, так и активный транспорт.

На основании полученных данных можно утверждать, что ионы цинка и свинца при всех исследуемых концентрациях не оказывают деструктивного влияния на функционирования цикла трикарбоновых кислот. Однако они угнетают функционирование конечного звена энергетического обмена у A. cylindrica. Ионы Zn²⁺ и Pb²⁺ в подавляющем большинстве случаев стимулируют или регулируют функционирование цитохромоксидазы у D. communis и N. atomus. Заслуживает внимания тот факт, что увеличение активности сукцинатдегидрогеназы происходит на фоне снижения активности цитохромоксидазы и наоборот.

Показано, что ионы цинка преимущественно регулируют азотный метаболизм в исследуемых представителей пресноводных водорослей. Обе формы глутаматдегидрогеназы в течение периода культивирования восстанавливали свою активность, а протекание катализируемых ими реакций было на уровне физиологической нормы. Что касается ионов свинца, то их влияние на фермент в большинстве случаев было ингибирующим, особенно при высоких концентрациях. Важным является то обстоятельство, что ни в одном из опытных вариантов не установлено определяющей роли ГДГ в A. сylindrica и D. communis; это свидетельствует о неэффективности связывания аммиака этим путем.

Выявлено, что влияние ионов цинка и свинца в диапазоне исследуемых концентраций предопределяло возрастание активности глутаминсинтетазы в первой половине опыта и частичное угнетение фермента - в дальнейшем за счет воздействия накопленного глутамина и повышенного количества ионов металлов. Установлена основная роль глутаминсинтетазы в ассимиляции аммонийного азота в исследованных видов водорослей, а также высокая активность и стабильность функционирования указанного фермента при действии ионов Zn²⁺ и Pb²⁺.

Зарегистрированные особенности в характере изменений общего количества клеток и их физиологическом состоянии являются видоспецифическими. Это обусловлено прежде всего биологическими особенностями каждого вида, а также разной степенью аккумулирования ионов цинка и свинца, которые в дальнейшем вызывают внутриклеточные структурные и функциональные перестройки, сопровождающиеся уменьшением темпов размножения и отмиранием водорослей.

На основании полученных данных доказано, что ионы цинка оказывают менее губительное влияние на водоросли в сравнении с ионами свинца, что подтверждается изменениями интенсивности исследуемых функциональных систем клеток и их физиологическим состоянием. Установлено, что наиболее чувствительными к воздействию ионов цинка и свинца являются представители зеленых водорослей, а наиболее стойкими - диатомовых. Cyanophyta занимают при этом промежуточное положение.

Анализ полученных материалов позволяет с определенной степенью вероятности утверждать, что в случае обогащения водной среды ионами цинка и свинца наиболее чувствительным звеном в природных сообществах водорослей окажутся представители Chlorophyta, тогда как Bacillariophyta дольше сохранят нормальную физиологическую активность. Указанное обстоятельство, несомненно, отразится на сукцессионных и продукционных процессах водоемов.

Ключевые слова: пресноводные водоросли, ионы цинка и свинца, накопление, энергетический обмен, азотный обмен, регуляция, адаптация.

SUMMARY

Bodnar O. I. Adaptive properties of algae under the influence of the ions of metals. - Manuscript.

Thesis for the degree of Candidate of Biological Sciences by speciality 03.00.17 - Hydrobiology. - Institute of Hydrobiology, National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, 2009.

The thesis is dealt with the study of the peculiarities of nitrogen and energetic metabolism in representatives of freshwater algae (Cyanophyta, Chlorophyta, Bacillariophyta) under normal conditions and under the influence of the ions of zinc and lead in the concentrations equal to 1, 2, and 5 their limiting permissible concentrations, and also with the study of their physiological and biochemical response to the influence of the above mentioned metals.

Data on the degree of accumulation and kinetic parameters of Zn²⁺ and Pb²⁺ assimilation by algae cells depending on their content in the cultural medium are given in the paper.

It has been found that in all the studied species of algae enzymatic systems of their energetic metabolism (succinate dehydrogenase and cytochrom oxidase) are more sensitive to the influence of high concentrations of zinc and lead as compared to the enzymes of nitrogen metabolism (glutamate dehydrogenase and glutamine synthetase, which proved to be of crucial importance in ammonium assimilation). The obtained date syggest that the intensity of the adverse effect of lead on algae is higher than that of zinc, which is supported by changes in the intensity of functional systems of algae cells, and also by their physiological state.

It has been found that representatives of green algae are most sensetive to the influence of the ions of zinc and lead, whereas representatives of diatoms are most tolerant to their action. Cyanophyta occupy the intermediate place.

Keywords: freshwater algae, zinc and lead ions, accumulation, energetic metabolism, nitrogen metabolism, regulation, adaptation.

Размещено на Allbest.ru