Научный журнал
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований

ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,580

ТОКСИЧНОСТЬ МЕДИ ДЛЯ КУЛЬТУРЫ ЗЕЛЕНОЙ ВОДОРОСЛИ SCENEDESMUS QUADRICAUDA ПРИ ФЛУКТУАЦИЯХ УРОВНЯ АКТИВНОЙ РЕАКЦИИ СРЕДЫ (PH)

Шавырина О.Б. 1
1 ФГБОУ ВО «Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова»
Водородный показатель (pH) воды – строго нормируемый параметр при приготовлении питательных сред и ведении аквакультуры. Однако он лабилен и зависит от свойства самой воды (буферность, жесткость), внешних факторов (кислотные осадки, стоки), а также от жизнедеятельности фотосинтезирующих организмов. В связи с этим может меняться физиологическое состояние гидробионтов и их устойчивость к стрессу, в том числе токсическому. Исследовано изменение рН среды в процессе роста лабораторной культуры Sc. quadricauda в норме и при воздействии токсичной концентрации меди (0,3 мг/л), а также влияние флуктуаций рН на устойчивость водорослей к воздействию меди. В процессе роста интактной культуры водорослей pH среды увеличивался от 7,8 до 10,8 в течение 8 суток. При добавлении меди в свежеприготовленные культуры водорослей фотосинтетическое подщелачивание до уровня 9,6 происходило медленно на фоне отсутствия деления клеток. Искусственное подщелачивание питательной среды до рН 10 приводило к снижению токсичности меди. В процессе роста культуры обнаружено повышение устойчивости водорослей к воздействию меди, однако это связано не только с естественным подщелачиванием среды в результате фотосинтеза. Накопление экзометаболитов в среде и формирование целостной популяции в процессе роста культуры вносят свой вклад в повышение резистентности водорослей.
рН
водоросли
медь
устойчивость
токсичность
1. Гапочка Л.Д., Шавырина О.Б. Формирование популяций микроводорослей и их устойчивость в условиях токсического воздействия // Вестник Московского университета. – 2004. – Серия 16. Биология. – № 4. – С. 22–28.
2. L?deritz V., Nicklisch A. The effect pH on copper toxicity to blue-green alga//Int. Revue der Hydrobiol. – 1989. – 74, № 3. – P. 283–291.
3. Peterson H.G., Healey F.P., Wagemann R. Metal toxicity to alga: highly pH-dependent phenomenon // Can. J. Fish. Aquat. Sci. – 1984. – 41. – P. 974–979.
4. Starodub M.E., Wong P.T.S., Mayfield C.L., Chau Y.K. Influence of complexation and pH on individual and combined heavy metal toxicity to a fresh water green alga // Can. J. Fish. Aquat. Sci. – 1987. – 44. – P. 1173–1180.
5. William A. Wurts and Robert M. Durborow. Interactions of pH, Carbon Dioxide, Alkalinity and Hardness in Fish Ponds // SRAC Publication No. 464, 1992. URL: http://www2.ca.uky.edu/wkrec/WurtsLitpage.htm (дата обращения: 10.07.2015).

Изменение pH среды в процессе роста водорослей служит косвенным показателем их фотосинтетической активности. В то же время, само изменение pH среды влияет на физиологическое состояние водорослей [3] и сказывается на их чувствительности к воздействию токсикантов. Это особенно важно, если токсикантом является тяжелый металл, форма присутствия которого в среде зависит от pH водного раствора [5], и водоросли испытывают как прямое воздействие ионов металлов, так и образующихся в воде комплексов [2, 4].

Исследования динамики изменений pH в процессе роста лабораторной культуры зеленой водоросли Sc. quadricauda в норме и при различных способах интоксикации медью позволяют выяснить, как влияет изменение pH культуральной среды на устойчивость водорослей к воздействию этого металла на разных стадиях их развития, что, в свою очередь, важно для выявления наиболее уязвимых стадий развития не только лабораторной культуры, но и популяций водорослей в естественных и искусственных водоемах.

Материалы и методы исследования

Объектом исследования служила лабораторная альгологически чистая культура зеленой водоросли Scenedesmus quadricauda Breb., которую выращивали на среде Кратца-Майерса с pH 7,8 в люминостате при t = 22–25 °C, круглосуточном освещении 2000 люкс. Опыты проводили в колбах Эрленмейера объемом 250 мл с количеством культуры 100 мл, в трех повторностях. Численность клеток водорослей определяли методом прямого счета в камере Горяева и колориметрически с использованием КФК-2. Продолжительность экспериментов – 25 суток.

Плотность посева – 0,1 млн кл/мл, испытуемая концентрация – 0,3 мг Cu2+/л в виде соли CuSO4.5H2O.

Результаты исследования и их обсуждение

В предварительных опытах для лабораторной культуры Sc. quadricauda с плотностью 0,1 млн кл/мл определен диапазон витальных концентраций меди от минимально действующей (0,25 мг/л) до летальной (0,5 мг/л). В дальнейших экспериментах использована высокотоксичная концентрация меди 0,3 мг/л.

В процессе роста интактной культуры водорослей pH среды увеличился от 7,8 до 10,5 в течение 8 суток, при этом численность клеток возросла в 70 раз. В присутствии меди pH среды увеличивался значительно медленнее: на 10-е сутки достиг величины 8,5 и только после 17-х суток опыта начал приближаться к контрольному уровню и достиг величины 9,6, причем прирост численности клеток водорослей за этот период был статистически не значимым. Таким образом, несмотря на отсутствие роста культуры в присутствии меди, клетки оставались жизнеспособными, о чем свидетельствует увеличение pH среды за счет фотосинтеза (рис. 1).

havir1.tif

Рис. 1. Динамика pH в процессе роста культуры Sc. quadricauda

При исходном искусственном подщелачивании среды Кратца-Майерса до уровня pH 10, токсичность меди снижалась по сравнению с действием меди при стандартном для данной среды уровне pH (7,8). Культура водорослей активно развивалась, особенно после 9-и суток опыта, и на 14-е сутки численность клеток составляла 30,3 % от контроля и в 13 раз превышала численность клеток в варианте с медью при рН 7,8 (рис. 2).

havir2.tif

Рис. 2. Рост культуры Sc. quadricauda при различном исходном уровне pH среды

Возникает вопрос, а может ли естественное повышение pH в процессе роста культуры оказывать аналогичное протекторное действие на зрелые культуры, повышая их устойчивость к воздействию меди. Для выяснения этого медь вносили не в свежеприготовленную культуру, а в 5-, 10- и 23-суточные культуры однократно и пропорционально возросшей численности клеток (для снятия детоксицирующего «эффекта биомассы»). При этом культуры не отмирали, их численность стабилизировалась на уровне, достигнутом к моменту внесения меди, несмотря на то, что реальные концентрации меди в этих вариантах в десятки раз превышали летальную для свежеприготовленной культуры Sc. quadricauda (с плотностью 0,1 млн кл/мл) концентрацию меди.

Для выяснения того, насколько существенна роль подщелачивания среды за счет фотосинтеза в повышении устойчивости зрелых культур водорослей к меди, каждому варианту этого опыта соответствовала параллель, где культуральную среду перед внесением меди подкисляли, доводя pH до исходной величины (~ 8). Однако статистически значимых отличий роста этих параллелей от соответствующих им вариантов не получено. Вместе с тем, к концу опыта стало очевидно, что культуры, где среду подкисляли, значительно желтее контрольных, однако клетки не утратили присущей им формы и соединены в ценобии по 4 клетки. В то же время, в тех вариантах, где после добавления меди культуры продолжали развиваться естественным образом, наблюдалась сильная деформация клеток и их высокая агрегированность, но при этом сохранялся интенсивный зеленый цвет, свойственный данной культуре. По-видимому, способы выживания зрелых культур Sc. quadricauda в средах с большими концентрациями меди при высоком и низком уровне pH среды различны, однако представляется, что сохранение пигментного состава (при высоком уровне pH) физиологически более ценно для выживания, чем сохранение морфологии клеток (при низком уровне pH).

Заключение

На основании полученных данных можно сделать вывод о том, что свежеприготовленные культуры Sc. quadricauda весьма чувствительны к воздействию меди, но при искусственном повышении pH токсичность меди для таких культур уменьшается. В процессе роста культур их устойчивость к действию меди повышается, но относить это только на счет фотосинтетического подщелачивания среды вряд ли уместно. В этот период в среде накапливаются экзометаболиты водорослей, снижающие эффективную концентрацию металла за счет способности к комплексообразованию [4], а также формируется целостная популяция водорослей, качественно отличная от свежеприготовленной культуры [1].


Библиографическая ссылка

Шавырина О.Б. ТОКСИЧНОСТЬ МЕДИ ДЛЯ КУЛЬТУРЫ ЗЕЛЕНОЙ ВОДОРОСЛИ SCENEDESMUS QUADRICAUDA ПРИ ФЛУКТУАЦИЯХ УРОВНЯ АКТИВНОЙ РЕАКЦИИ СРЕДЫ (PH) // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2016. – № 4-4. – С. 741-743;
URL: http://applied-research.ru/ru/article/view?id=9067 (дата обращения: 20.09.2020).

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