Научный журнал
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований

ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,570

АККУМУЛЯЦИЯ ОТДЕЛЬНЫХ КОМПОНЕНТОВ ПРОТИВОГОЛОЛЕДНЫХ МАТЕРИАЛОВ (ПГМ) В ТЕСТ-КУЛЬТУРЕ ALLIUM CEPA

Сбитнев А.В. 1 Ахальцева Л.В. 1 Водянова М.А. 1 Ушакова О.В. 1
1 ФГБУ «Центр стратегического планирования и управления медико-биологическими рисками здоровью» Министерства здравоохранения Российской Федерации
Изучена аккумуляция компонентов противогололедных материалов (ПГМ) в луковицах Allium cepa при их контакте с растворами реагентов в рамках комплексных экспериментальных исследований по оценке цито- и генотоксических эффектов ПГМ. Исследованы два модельных образца ПГМ с различным химическим и агрегатным составом: твердый ПГМ1 (NaCl 91 %; СaCl2 8,7 %) и жидкий ПГМ2 (25 %-ный раствор MgCl2) в восьми концентрациях. Химико-аналитические исследования позволили определить количественное соотношение основных ионов ПГМ (Na+, Ca2+, Mg2+ и Cl-) в растительной массе экспериментальных луковиц после их проращивания на растворах тестируемых реагентов. На основе экспериментальных данных установлена тенденция накопления тест-культурой Allium cepa отдельных элементов ПГМ. В частности, корреляционный анализ данных выявил связь между количественным содержанием отдельных катионов Na+ и Mg2+ в растворах ПГМ и в растительной массе Allium cepa Полученные данные представляют научный интерес для оценки влияния ионов ПГМ на показатели цитогенетического анализа клеток корневой меристемы тест-культуры Allium cepa. Представляется интересным дальнейшее изучение взаимосвязи между количественным содержанием аккумулированных компонентов ПГМ в тест-культуре и токсическими эффектами, регистрируемыми в клетках корневой меристемы Allium cepa.
противогололедный материал (ПГМ)
реагент
тест-культура
Allium cepa
катион
аккумуляция
цито- и генотоксический эффект
1. Fiskesjо G. The Allium Test as a standard in environmental monitoring. Hereditas. 1985. Vol. 102. Р. 99–112.
2. Rank J., Nielsen M.H. A modified Allium test as a tool in the screening of thegenotoxicity of complex mixtures. Hereditas. 1993. Vol. 18. Р. 49–53.
3. Ma T.-H., Xu Z., Xu C., McConnell H. The improved Allium/Vicia root tip micronucleus assay for clastogenicity of environmental pollutants. Mutat. Res.1995. Vol. 334. Р. 185–195.
4. Liman R., Acikbas Y., Cigerci I.H. Cytotoxicity and genotoxicity of cerium oxide micro and nanoparticles by Allium and Comet tests. Ecotoxicol Environ Saf. 2019. Vol. 168. Р. 408–414.
5. Фаррухшина Л.Р., Иванова Г.А., Зарипова С.К., Сысоева М.А., Газизова Ф.Ф. Исследование токсичности и мутагенности пищевых красителей с помощью тест-системы Allium cepа // Вестник технологического университета. 2018. № 21 (1). С. 186–189.
6. Чернышева Н.Н., Хлебова Л.П., Пронина Р.Д. Использование тест-системы Allium cepа L. для оценки генотоксичности воды р. Чумыш // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2016. № 3 (137). С. 90–95.
7. Pesnya D.S., Romanovsky A.V. Comparison of cytotoxic and genotoxic effects of plutonium-239 alpha particles and mobile phone GSM 900 radiation in the Allium cepa test. Mutation Research/Genetic Toxicology and Environmental Mutagenesis. 2013. Vol. 750 (1–2). P. 27–33.
8. Сбитнев А.В., Водянова М.А., Сычева Л.П., Журков В.С., Крятов И.А., Ахальцева Л.В. Цитогенетическая и фитотоксическая оценка противогололедного материала на модельной тест-системе лук (Allium cepa). Гигиена и санитария. 2018. Т. 97. № 2. С. 144–148.
9. ГОСТ Р 56219-2014 (ИСО 17294-2:2003) Вода. Определение содержания 62 элементов методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой. [Электронный ресурс]. URL: http://docs.cntd.ru/document/1200115431 (дата обращения: 12.11.2019).

Одной из модельных тест-культур в цитогенетике, использующейся для оценки цито- и генотоксических эффектов различных химических веществ, являются луковицы Allium cepa [1]. Клетки апикальной меристемы корней данной культуры являются удобным материалом для оценки цитогенетических нарушений, индуцируемых различными химическими соединениями [2–4]. К настоящему времени на Allium cepa подробно изучена цито- и генотоксичность различных химических соединений, а также отдельных компонентов окружающей среды [5–7].

В наших исследованиях на Allium cepa подробно изучены фито- и цитогенотоксические свойства одного из видов противогололедных материалов (ПГМ) как отдельной группы химических соединений, обладающих фитотоксичностью [8]. В продолжение исследований проводится комплексная оценка цито- и генотоксических эффектов других видов ПГМ, в рамках которой исследуется аккумуляция химических соединений ПГМ в тест-культуре Allium cepa.

Цель работы: оценка аккумуляции компонентов ПГМ в тест-культуре Allium cepa при ее контактном взаимодействии с водными растворами реагентов.

Материалы и методы исследования

Экспериментальные исследования проводились на двух модельных образцах ПГМ с различным химическим составом: твердый ПГМ1 (NaCl 91 %; СaCl2 8,7 %) и жидкий ПГМ2 (25 %-ный раствор MgCl2).

Луковицы проращивались в условиях непосредственного контакта корней Allium cepa с растворами ПГМ в течение трех суток в условиях постоянной температуры: +25(±1) °C. Контрольные луковицы проращивались на дистиллированной воде. Диапазон тестируемых концентраций ПГМ1 и ПГМ2 был выбран исходя из задач, определенных в рамках комплексного исследования цито- и генотоксических свойств ПГМ с использованием тест-культуры Allium cepa.

Таблица 1

Объем исследований и схема эксперимента

Направление исследований

Метод исследования

Характеристика исследуемых объектов

Количество проб (повторность)

Анализ химического состава экспериментальных луковиц Allium cepa

ИСП-МС, элементный анализ (минерализация растительного материала в системе микроволнового разложения проб

Экспериментальные луковицы, выращенные на модельных растворах ПГМ1 и ПГМ2 (концентрации: 0, 0,5; 1; 1,5; 2; 2,5; 5; 10; 20 г/л)

27 на каждый исследуемый образец ПГМ (3-кратная повторность для каждой концентрации)

 

Таблица 2

Катионно-анионный состав луковиц Allium cepa, выращенных на растворах ПГМ1 с различной концентрацией по основным ионам (Na+, Ca2+, Cl-)

Концентрация

растворов ПГМ,

г/л

Концентрация ионов в луковицах, мг/г

Массовая доля ионов в луковицах, %

Na+

Ca2+

Cl-

сумма ионов

(Na+,Ca2+,Cl-)

Na+

Ca2+

Cl-

контроль

0,1

0,4

1,3

1,8

5,5

22,3

72,1

0,5

0,14

0,5

1,1

1,8

7,5

29,1

63,4

1

0,15

0,4

1,1

1,7

8,9

24,6

66,5

1,5

0,11

0,7

1,3

2,1

5,3

33,3

61,4

2

0,16

0,6

1,4

2,1

7,3

28,5

64,1

2,5

0,23

0,4

1,4

2,0

11,9

19,7

68,4

5

0,29

0,7

1,4

2,3

12,4

29,2

58,4

10

0,37

0,5

1,6

2,5

15,0

21,5

63,5

20

0,55

0,4

1,1

2,0

27,5

19,4

53,1

 

Химический анализ растворов ПГМ и луковиц проводили методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (ИСП-МС) в соответствии с ГОСТ [9]. Пробы растительного материала для элементного анализа готовили с использованием микроволновой системы разложения проб под давлением. Объем исследований представлен в табл. 1.

Статистическую обработку экспериментальных данных проводили методом корреляционного анализа с помощью непараметрического коэффициента корреляции рангов Спирмена при использовании компьютерных программ Microsoft Office Excel 2010 г. и Statistica 10.

Результаты исследования и их обсуждение

В табл. 2 представлены данные по основным катионам и анионам ПГМ1, определенным в составе луковиц Allium cepa, выращенных на дистиллированной воде без добавления реагента (контроль) и на растворах тестируемого вещества (ПГМ1) в разных дозах.

На основе экспериментальных данных определено количественное соотношение основных компонентов ПГМ1 в составе опытных луковиц. В частности, установлено увеличение суммарного количества ионов (Na+, Ca2+, Cl-) с ростом их концентрации в растворах ПГМ1, на которых проращивались луковицы по сравнению с контролем. Следует также отметить, что динамика аккумуляции отдельных ионов существенно отличается.

Рассчитывали коэффициент, отражающий степень аккумуляции ионов в тест-культуре Allium cepa, по формуле: К = Со/Ск, где Со – концентрация определяемого иона в опытном варианте эксперимента, Ск – концентрация определяемого иона в контроле. Установлена тенденция увеличения концентрации данного элемента в луковицах Allium cepa с ростом концентрации раствора ПГМ1 (табл. 3).

Таблица 3

Величины коэффициентов, характеризующие степень накопления ионов ПГМ в луковицах Allium cepa относительно контроля

Концентрация ПГМ1 в растворе, г/л

Na+

Ca2+

Cl-

0,5

1,4

1,3

0,9

1

1,6

1,1

0,9

1,5

1,1

1,7

1,0

2

1,6

1,5

1,1

2,5

2,4

1,0

1,1

5

2,9

1,7

1,1

10

3,8

1,3

1,2

20

5,6

1,0

0,8

 

Таблица 4

Данные корреляционного анализа зависимости концентрации ионов ПГМ1 в растворе и содержания ионов в луковицах Allium cepa

Ион

Число луковиц

Коэффициент ранговой корреляции Спирмена R

p*

Na+

24

0,9732

0,003

Ca2+

24

–0,3562

0,529

Cl-

24

–0,1257

0,199

Примечание. *p-уровень значимости коэффициентов корреляции в соответствии с t-критерием Стьюдента.

Оценка связи между количественным составом ионов в растворах ПГМ1 и в луковицах проводилась методом корреляционного анализа (табл. 4, рис. 1–3). Выявлено, что в пределах изученного диапазона концентраций ПГМ1 (от 0,1 до 20 г/л) имеется прямая значимая корреляционная связь (R = 0,9, P = 0,003) между количеством ионов Na+ в растворе ПГМ1 и в луковицах Allium cepa. Линии регрессии для Сa2+; Cl- показывают обратную зависимость количества ионов в растворах и луковицах, при этом корреляционных связей по данным элементам не выявлено (табл. 4, рис. 2, 3). Таким образом, данные свидетельствуют об избирательной аккумуляции луковицами Na+ при проращивании тест-культуры Allium cepa на растворах ПГМ1.

В табл. 5 представлены данные по количественному составу основных ионов ПГМ2 в луковицах Allium cepa после их проращивания в растворах реагента. Согласно полученным данным выявлена тенденция аккумуляции луковицами катиона магния (Mg2+) относительно контроля. Схожая тенденция прослеживается по общему количеству ионов ПГМ2 (Mg + Cl2) для луковиц, выращенных на растворах с высокой концентрацией ПГМ (10 и 20 г/л) (табл. 5).

cbitn1.wmf

Рис. 1. Зависимость содержания ионов Na+ в тест-культуре Allium cepa от концентрации раствора ПГМ1

cbitn2.wmf

Рис. 2. Зависимость содержания ионов Ca2+ в тест-культуре Allium cepa от концентрации раствора ПГМ1

cbitn3.wmf

Рис. 3. Зависимость содержания ионов Cl- в тест-культуре Allium cepa от концентрации раствора ПГМ1

Таблица 5

Катионно-анионный состав луковиц Allium cepa, выращенных на растворах ПГМ2

Концентрация ПГМ, г/л

Концентрация ионов в луковице, мг/г

Сумма ионов (Mg2+ + Сl-)

Массовая доля ионов в луковицах, %

Mg2+

Сl-

Mg2+

Сl-

контроль

0,15

1,16

1,31

11,37

88,63

0,5 г/л

0,14

0,72

0,86

16,74

83,26

1 г/л

0,15

0,78

0,93

16,41

83,59

1,5 г/л

0,21

1,01

1,22

16,95

83,05

2 г/л

0,21

0,64

0,85

24,93

75,07

2,5 г/л

0,22

0,46

0,68

32,11

67,89

5 г/л

0,22

0,46

0,68

32,41

67,59

10 г/л

0,67

1,55

2,22

30,05

69,95

20 г/л

0,90

1,67

2,57

34,85

65,15

 

cbitn4.wmf

Рис. 4. Зависимость содержания ионов Mg2+ в тест-объекте от концентрации раствора ПГМ2

Выявлена положительная значимая корреляция (P = 0,004) между содержанием Mg2+ в луковицах и в растворах ПГМ2, характеризующаяся наличием сильной связи (R = 0,9) между оцениваемыми показателями (R = 0,9) (табл. 6, рис. 4). Напротив, значимой корреляционной зависимости между анионом Сl- в составе луковиц и в растворе ПГМ2 не установлено (P = 0,5).

Таблица 6

Данные корреляционного анализа зависимости концентрации ионов ПГМ2 в растворе и содержания ионов в луковицах Allium cepa

Ион

Число луковиц

Коэффициент ранговой корреляции Спирмена R

p*

Mg2+

24

0,969

0,001

Cl-

24

0,805

0,529

Примечание. *p-уровень значимости коэффициентов корреляции в соответствии с t-критерием Стьюдента.

Заключение

Таким образом, исследование химического состава луковиц после контактного взаимодействии корневой системы Allium cepa с растворами ПГМ позволило выявить избирательное накопление катионов Na+ и Mg2+ в растительной массе тест-культуры, используемой при оценке цито- и генотоксичности ПГМ. Представляется интересным дальнейшее изучение взаимосвязи между количественным содержанием аккумулированных компонентов ПГМ в тест-культуре и токсическими эффектами, регистрируемыми в клетках корневой меристемы Allium cepa.


Библиографическая ссылка

Сбитнев А.В., Ахальцева Л.В., Водянова М.А., Ушакова О.В. АККУМУЛЯЦИЯ ОТДЕЛЬНЫХ КОМПОНЕНТОВ ПРОТИВОГОЛОЛЕДНЫХ МАТЕРИАЛОВ (ПГМ) В ТЕСТ-КУЛЬТУРЕ ALLIUM CEPA // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2019. – № 12-1. – С. 34-38;
URL: http://applied-research.ru/ru/article/view?id=12949 (дата обращения: 05.07.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074