Регистрация замедленной флуоресценции для оценки влияния солей тяжелых металлов на фотосинтетический аппарат микроводорослей

Размещено на http://www.allbest.ru/

РЕГИСТРАЦИЯ ЗАМЕДЛЕННОЙ ФЛУОРЕСЦЕНЦИИ ДЛЯ ОЦЕНКИ ВЛИЯНИЯ СОЛЕЙ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ НА ФОТОСИНТЕТИЧЕСКИЙ АППАРАТ МИКРОВОДОРОСЛЕЙ

Кушнарева О.П., Ефремов И.В.,

Перекрёстова Е.Н., Колобова Е.А.,

Савченкова Е.Э., Кузьмин О.Н.

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

металл флуоресценция хлорофилл микроводоросль

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

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

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.

Размещено на Allbest.ru