Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Электрофизиологические аспекты токсического действия ионов тяжелых металлов на одноклеточные организмы

ВАК РФ 03.00.12, Физиология и биохимия растений

Автореферат диссертации по теме "Электрофизиологические аспекты токсического действия ионов тяжелых металлов на одноклеточные организмы"

РГ6 од

- 3 НОЛ 1СР7

На правах рукописи

КУРАМШИНА ЗИЛЯ МУХТАРОВНА

ЭЛЕКТРОФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ТОКСИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ ИОНОВ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ НА ОДНОКЛЕТОЧНЫЕ ОРГАНИЗМЫ

03.00.12 - Физиология растений

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Уфа -1997

Работа выполнена на кафедре ботаники Башкирского государственного педагогического института, в лаборатории радиационной биологии Института биофизики клетки РАН

Научные руководители:

Доктор биологических наук, профессор, член-корр. АН РБ З.М.Хасанова, доктор биологических наук Л.А.Хасанова

Официальные оппоненты:

1. Доктор биологических наук, профессор Р.Г.Минибаев

2. Кандидат биологических наук Т.В. Маркушсва

Ведущее учереждение - Агрофизический научно-исследовательский институт РАСХН

защита состоится "ЗР " 1997г.

в /У часов на заседании диссертационного

Совета К 064.13.09. по. защите диссертаций на соискании

ученой степени кандидата биологических наук

при Башкирском государственном университете по адресу:

450074, г.Уфа, ул. Фрунзе, 32, биологический факультет,ауд.332.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке БГУ Автореферат разослан " 1997г.

Ученый-секретарь диссертационного Совета кандидат биологических наук ц

/Г. Г. Кузяхметов/

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Мониторинг антропогенного загрязнения окружающей среды предполагает изучение влияния тяжелых металлов на растительный организм, так как избыточное поступление тяжелых металлов в растения может иметь самые серьезные физиологические и экологические последствия. В настоящее время, несмотря на большой накопленный материал по влиянию тяжелых металлов на различные физиологические процессы растительного организма, многое в механизмах их токсического действия остается неясным. Известно, что в механизме действия тяжелых металлов важную роль играют процессы, происходящие на поверхности клетки, в частности, электрофизические ( Маслюков и др., 1992; Иванов и др., 1992; Феник и др., 1995; Хасанова и др., 1996). Однако при работе с многоклеточными организмами не всегда бывает просто разделить эффекты, которые затрагивают уровень целого организма, ткани или отдельной клетки. В этом плане одноклеточные сине-зеленые водоросли представляют собой удобный объект для исследования, так как будучи автотрофами, как и высшие растения, они сходным образом реагируют на условия среды. При этом сравнительный анализ электрофизических характеристик сине-зеленых водорослей с таковыми других одноклеточных организмов на действие тяжелых металлов имеет важное значение в понимании механизмов токсического действия этой группы пол-лютантов.

Цели и задачи. Цель настоящей работы - сравнительное изучение электрофизических характеристик клеток сине-зеленой водоросли АпасузМя тс!и1ат с электрофизическими характеристиками других одноклеточных организмов под действием ионов тяжелых металлов, при этом были сформулированы следующие задачи:

1. Сравнительное изучение электрофизических характеристик ин-тактных клеток;

2. Исследование токсического действия ионов одно-, двух- и трехвалентных металлов на электроповерхностные свойства и цитоплазматиче-скую мембрану клеток исследуемых организмов;

3. Установление концентрационных зависимостей изменений электрофизических характеристик клеток под действием ионов тяжелых металлов;

4. Выяснение влияния факторов окружающей среды на токсичность ионов тяжелых металлов;

5. Выявление рН-зависимостей изменений электрофизических характеристик клеток под действием ионов тяжелых металлов;

6. Определение степени чувствительности изученных организмов к действию тяжелых металлов, выяснение природы этой чувствительности.

Научная новизна работы. Впервые изучены электрофизические характеристики клеток сине-зеленой водоросли ЛпасухП'х тс1и1ап$ и их изменения под действием тяжелых металлов.

Проведено сравнительное изучение электрофизических характеристик клеток сине-зеленой водоросли Апасузйз тс1и1ат с электрофизическими характеристиками других одноклеточных организмов, и показаны их изменения под действием ионов тяжелых металлов.

Выявлены концентрационные и рН-зависимости токсического действия ионов тяжелых металлов. Установлены ряды токсичности ионов тяжелых металлов для исследованных организмов в зависимости от изменения их электрофизических характеристик.

Практическая значимость. Результаты исследований дополняют сведения по физиологии одноклеточных организмов, а также углубляют существующие представления о механизмах токсического действия ионов тяжелых металлов.

Полученные выводы важны для оценки экологического состояния окружающей среды и поиска чувствительных биологических индикаторов ее загрязнения соединениями тяжелых металлов, разработки эффективных технологий очистки воды, почвы и воздуха с использованием электрофизического анализа.

Апробация работы. Результаты исследований, изложенные в диссертации, докладывались на итоговых научно-теоретических конференциях профессорско-преподавательского состава Башгоспединститута (Уфа, 1994-1996), заседании кафедры ботаники естественно-географического факультета Башгоспединститута (Уфа, 1996, 1997), научно-практической конференции "Педагогическая валеология - новое направление в педагогической науке и практике" (Уфа, Башгоспединститут, 1996), Всероссийской конференции "Современное состояние альгологи-ческих исследований в России" (Санкт-Петербург, 1997).

Публикации. Основное содержание работы изложено в 8 публикациях, из них 4 в зарубежной печати.

Структура н обье.м диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы (глава I), описания материалов и методов исследования (глава II), результатов и обсуждения (главы III, IV, V), заключения, выводов, списка цитируемой литературы, содержащего 314 наименований, в том числе 101 иностранный источник. Работа изложена на 187 страницах печатного текста, включает 50 рисунков, 18 таблиц, 15 приложений.

В обзоре литературы обсуждается современное состояние вопроса о механизмах токсического действия тяжелых металлов на одноклеточные организмы. Краткое содержание остальных глав приводится ниже.

Глава II. Материалы и методы исследования

Объектом исследования были чистые культуры сине-зеленой водоросли Anacystis nidnlans, грамотрицательных гетеротрофных бактерий Escherichia coli К-12, Pseudomonas fluorescens 71 и грамположительной бактерии Mycobacterium phlei.

Культуру Anacystis nidulans выращивали в жидкой минеральной среде № 6 (Громов, 1965), культуру Escherichia coli К-12, Pseudomonas fluorescens 71, Mycobacterium phlei - на обогащенной глюкозопептонной среде № 9 (Иванов, Фомченков, 1989).

Перед измерением клетки в начале стационарной фазе роста дважды отмывали в дистиллированной воде с последующим центрифугированием в течение 15 мин, со скоростью 3500 об/мин, после чего готовили суспензию с плотностью клеток 5-106 - 107 клеток/мл на дистиллированной воде. Обработку клеток тяжелыми металлами осуществляли следующим образом: готовили водные растворы солей тяжелых металлов (использовали дистиллированную воду с электропроводностью не выше 1,3-10'4 См/м), клетки инкубировали в растворах солей тяжелых металлов 15 мин, после чего проводили измерения. Перед измерениями электропроводность и pH клеточной суспензии стандартизировали 0,1 М трисом, 1 н HCl, 0,1М NaOH.

Электропроводность клеточной суспензии регистрировали на кондуктометре типа OK-102/1, pH среды на рН-метре "рН-340". Оптическую плотность определяли на ФЭК-56М.

Клетки обрабатывали солями тяжелых металлов: AgN03, AICI3 • 6Н20; Cd(CH3COO)2 • 2Н20; CdS04 ■ 8Н20; CdCl2 • 6Н20; СгС13 • 6Н20; СиС12 • 2Н20; CuS04 • 5Н20; Cu(N03)2; Cu(CH3COO)2; FeCl3; GaCl3; GdCl3 • 6H20; MnCl2; NiCb • 6H20; Pb(N03)2; Pb(CH3COO)2 • 2H20; ZnCl2; ZnS04 • 7H20 ("Реахим", Россия; "Мегаш", Франция).

Электроповерхностные свойства клеток определяли методом микроэлектрофореза на автоматизированном микроскопе "Parmoquant-2" ("Carl Zeiss Jena", Германия) (Шеппе и др., 1978) и методом лазерной доппле-ровской спектроскопии на приборе "Zetasizer-2c" ("Malvern", Англия) (Ware, Flygare, 1971; Uzgiris, 1981).

Электроориентационные спектры (ЭОС) клеток регистрировали, определяя относительное изменение оптической плотности клеточной суспензии при ориентации клеток в однородном переменном электрическом поле фиксированной частоты в диапазоне от 20 Гц до 30 МГц. Напряженность электрического поля в измерительной ячейке составляла 30 В/см и 60 В/см.

Повреждение клеток определяли анализируя ход высокочастотного участка их ЭОС. При нарушении барьерных свойств цитоплазматической мембраны (ЦПМ) бактериальных клеток величина электроориентацион-ного эффекта (ЭОЭ) в области высокочастотного спада уменьшается и наблюдается сдвиг в область низких частот. Такое изменение спектра оценивается отношением ß - величины ЭОЭ в области высокочастотного спада спектра (2 МГц) к таковой в его среднечастотном минимуме (10 кГц).

Контроль за концентрацией ионов калия в среде осуществляли с помощью ионселективного электрода "Орион" (США).

Глава III. Электрофизический анализ поверхностной структуры интактных клеток

Предполагается, что различия в изменении электрических свойств клеток под действием тяжелых металлов прежде всего связаны с разным строением их поверхности (Твердислов и др., 1977; James, 1982; Артемов, 1990). Поэтому первым этапом работы явилось сравнительное изучение строения клеточной поверхности интактных клеток сине-зеленой водоросли Anacystis nidulans с клетками грамотрицательных бактерий Escherichia coli К-12, Pseudomonas fluorescens 71 и грамположительной бактерии - Mycobacterium phlei.

Сравнительный анализ рН-занисимости электрофоретической подвижности (ЭФП) клеток Anacystis nidulans с pH-зависимостью ЭФП клеток Escherichia coli К-12 показал, что для Anacystis nidulans и Escherichia coli К-12 при ионной силе 0,02 не было выявлено каких-либо различий между показателями ЭФП клеток (рис. III. 1, кривые ] и 2). Это говорит о близком составе ионогенных групп, экспонированных на внешней поверхности клеток. Однако величина ЭФП, полученная в среде с меньшей ионной силой (I = 0,0028) существенно различалась у этих организмов, что свидетельствует о различии глубоких структур клеточной оболочки у данных организмов.

Рнс.Ш.1. pH-зависимость ЭФП интактных клеток Anacystis nidulans (1), Escherichia coli К-12 (2), Pseudomonas ßuorescens 71 (3) и Mycobacterium phlei (4). Фосфат-но-цнтратный буфер. I = 0,02.

Наблюдались различия в pH-зависимости ЭФП интактных клеток Anacystis nidulans и Pseudomonas ßuorescens 71. Поверхность клеток Pseudomonas ßuorescens 71 полностью представлена кислыми группами (рис.Ш.1, кривая 3).

ЭФП Mycobacterium phlei с увеличением pH среды от 2 до 7 прямолинейно возрастала, достигала максимального значения и при дальнейшем увеличении pH среды практически не изменялась (рис.1, кривая 4). Необходимо отметить, что величина ЭФП клеток Mycobacterium phlei была значительно выше, чем у Anacystis nidulans.

Таким образом, проведенное нами сравнительное электрофизическое исследование интактных клеток Anacystis nidulans с грамотрицательными и грамположительными бактериями свидетельствует о сходстве электроповерхностных свойств сине-зеленой водоросли Anacystis nidulans с тако-

выми грамотрицательной бактерии Escherichia coli К-12. Наряду с этим, обнаружены различия в электроповерхностных свойствах клеток Anacystis nidulans и грамотрицательной бактерии Pseudomonas fluorescens 71 и грамположительной бактерии- Mycobacterium plilei, что, вероятно, связано с морфологической организацией последних.

Глава IV. Элетрофизиология токсического действия ионов тяо/селых металлов

IV. 1. Концентрационные зависимости токсического действия ионов тяжелых металлов

Следующим этапом работы было сравнительное изучение концентрационных зависимостей токсического действия одно-, двух- и трехвалентных металлов на электрофизические характеристики клеток Anacystis nidulans, Escherichia coli K-12, Pseudomonas fluorescens 71, Mycobacterium phlei.

IV. 1.1. Одновалентные металлы. Исследование концентрационной зависимости токсического действия ионов Ag+ на относительную величину ЭФП клеток Anacystis nidulans показало снижение этой величины с ростом концентрации Ag+ (1 - 100 мкМ). Наряду с этим представлял интерес сопоставительный анализ относительного изменения ЭФП с относительным изменением ЭОЭ клеток в низкочастотной области ЭО-спектра, поскольку низкочастотный участок характеризует электрические свойства клеточной стенки и ее двойного электрического слоя (ДЭС) (Мирошников и др., 1986). Изменение низкочастотного участка ЭОС клеток Anacystis nidulans носило нерегулярный характер (рис. IV. 1), что связано, по-видимому, с сильным повреждением клеток ионами серебра и значительным влиянием адсорбции веществ, вытекающих из поврежденных клеток на величину ЭОЭ.

Высокочастотный участок ЭО-спектра клеток под влиянием ионов серебра характеризовался уменьшением высокочастотного максимума и сдвигом высокочастотного спада спектра в область более низких частот (рис.1 V.1).

Pnc.IV.l. ЭО-спектры интакт-ных (1) и обработанных ионами Ag+ (2-4) клеток Anacystis nidulans. Концентрация ионов (мкМ): 2-1; 3-10; 4-100. Среда: 5 = 0,0028 См/м, рН 5,5-4,9.

I ! > 4 5 6 7 lgf.ru

Величина ДР/Ро, характеризующая степень повреждения ЦПМ клеток, с ростом концентрации Ag+ увеличивалась и достигала максимального значения при 100 мкМ ионов Ag+ (табл. IV. 1).

Аналогичные изменения ЭФП и ЭОЭ клеток наблюдали и при воздействии ионов Ag+ на грамотрицательную бактерию Escherichia coli К-12. Однако величина ДР/Ро, а следовательно, и степень повреждения ЦПМ клеток у Escherichia coli К-12 была выше, по сравнению с клетками Anacystis nidulans (табл. IV. 1). Повреждение ЦПМ клеток подтверждалось и выходом ионов К+ из клеток под действием ионов Ag+. В таблице IV. 1 с целью сравнения чувствительности метода к различным повреждающим агентам приведены также значения ДР/Ро при тепловой инактивации клеток, величины которых у обоих видов клеток практически одинаковы.

Таблица IV. 1

ДР/Ро клеток Anacystis nidulans и Escherichia coli К-12, обработанных ионами Ag+. Среда: 8 = 0,0028 См/м и рН 5,5-4,9.

Клетки Ag+, мкМ 70°С, 15 мин

1 10 100

Anacystis nidulans 0,28 ± 0,03 0,37 +0,025 0,71 +0,02 0,88 Escherichia coli К-12 0,52 ±0,025 0,60 ± 0,031 0,85 ± 0,024 0,85

IV. 1.2. Двухвалентные металлы. Сопоставительный анализ относительного изменения ЭОЭ в области низких и средних частот и величины ЭФП клеток АпасузИз т^и1а>^ показал, что относительная величина ЭФП клеток с ростом концентрации Си+2 (1-100 мкМ) уменьшалась, а ЭОЭ сна-

чала несколько увеличивался (при концентрации ионов 1 - 50 мкМ), а затем также понижался. Подобные изменения ЭФП и ЭОЭ под влиянием ионов меди отмечено и у клеток грамотрицательных бактерий Escherichia coli К-12, Pseudomonas ßuorescens 71. Разный характер изменения ЭОЭ и ЭФП клеток при росте концентрации Си+2 , по-видимому, связан с тем, что величина ЭОЭ определяется анизотропией электрической поляризуемости клеток, а величина ЭФП - величиной поверхностного заряда клеток (Мирошников и др., 1986).

У клеток Mycobacterium phlei с ростом концентрации Си+2 значения ЭФП и ЭОЭ уменьшались, при этом первоначального увеличения ЭОЭ в области низких, как в случае Anacystis nidulans, Escherichia coli K-12, Pseudomonas fluorescens 71 не наблюдалось.

Изменение ЭО-спектров клеток Anacystis nidulans под влиянием ионов Си+2 в концентрации 1-100 мкМ происходило только в области низких и средних частот, а высокочастотный же участок оставался без изменений.

У клеток Escherichia coli K-12, Pseudomonas fluorescens 71 и Mycobacterium phlei при концентрации ионов Cu+ 1-100 мкМ ЭО-спектры изменялись во всем исследованном диапазоне частот электрического поля, а максимальное понижение ЭО-спектра было отмечено уже при 50 мкМ Си+2

Ионы Си+2 в концентрации 1-100 мкМ не оказывали токсического действия на ЦПМ клеток Anacystis nidulans (табл. IV.2).

Таблица.IV. 2

Aß/ßo клеток Anacystis nidulans, Escherichia coli K-12, Pseudomonas ßuorescens 71, обработанных ионами Cu+\ Среда: 5 = 0,0028 См/м н pH 5,4-5,6.

Клетки Cu+2, мкМ

1 10 100

Anacystis nidulans 0 0 0

Escherichia coli K-12 0,07 ±0,021 0,09 ± 0,025 0,44 ± 0,03

Pseudomonas fluorescens 71 0,04 ± 0,03 0,08 ±0,031 0,53 ± 0,04

Повреждающее действие Cu+2 обнаруживалось лишь при концентрации 1 мМ. В отличие от Anacystis nidulans у Escherichia coli К-12 и Pseudomonas ßuorescens 71 повреждение ЦПМ ионами Си+2 наблюдалось уже при 100 мкМ.

У Mycobacterium phlei величина Aß/ßo уже при 5 мкМ Си+2 составляла 0,81, что свидетельствует о высоком повреждающем действии Си+2 для клеток грамположительной бактерии. Концентрация ионов меди 100 мкМ вызывала максимальный повреждающий эффект и сильную агрегацию клеток.

Также были изучены различные анионы (ацетат, хлорид, сульфат и нитрат) в составе солей меди с целью выяснения их влияния на повреждающее действие меди для клеток Escherichia coli К-12. Эксперименты показали, что ионы Си+2 наибольшее токсическое действие на ЦПМ клеток оказывали в составе ацетата меди.

Параллельно было изучено влияние трехвалентных металлов Ga+3,

La+3, Gd3+ на токсичность ионов Си+2. Предварительная инкубация клеток

Escherichia coli К-12 ионами трехвалентых металлов (в концентрации 50

мкМ, в течение 5 мин) уменьшала чувствительность клеток к последую-

^ +2

щему токсическому действию ионов Си .

Было исследовано влияние ионов Си+2 на клетки грамотрицательной бактерии Escherichia coli К-12 и Pseudomonas ßuorescens 71 в зависимости от среды инкубации клеток в присутствии металла. Обнаружено, что токсичность ионов Си+2 для обоих видов клеток была максимальна в изотонической среде (0,25М раствор сахарозы).

Наряду с этим наблюдалось изменение относительной величины ЭФП и ЭОЭ клеток Anacystis nidulans, Escherichia coli K-12, Pseudomonas ßuorescens 71 и Mycobacterium phlei под влиянием ионов Cd+2', Pb+2, Mn+2, Zn+2 в концентрации 1-100 мкМ. Также, как и в случае ионов Си+2, величина ЭФП с ростом концентрации ионов уменьшалась, а ЭОЭ в области низких частот сначала несколько увеличивался, а затем понижался.

Ионы Cd+2', Pb+2, Mn+2, Zn+2 концентрации 100 мкМ не повреждали клетки Anacystis nidulans. Увеличение дозы металлов до 1мМ позволило выявить повреждающее действие ионов Сё2+(табл.1У.З).

Таблица IV. 3.

Aß/ßo клеток Anacystis nidulans, обработанных различными ионами металлов (1 иМ). Среда: 5 = 0,0028 См/м и pH 5,5-4,9

металл Cd+2 Pb+2 Mn+2 Zn+2

Aß/ßo 0,13 ±0,02 0 0 0

Клетки грамотрицательных и грамположительных бактерий наряду с ионами Си+2 повреждались ионами РЬ+2, но менее существенно (табл. IV.4).

Таблица ^.4.

Aß/ßo клеток Escherichia coli K-l2, Pseudomonas fluorescein 71, Mycobacterium phlei, обработанных различными концентрациями Pb+2. Среда: 5 = 0,0028 См/м и pH 6,2

клетки РЬ+2, мкМ

1 10 100

Escherichia coli K-12 0,04 ±0,01 0,16 ±0,019 0,45 ±0,015

Pseudomonas fluorescens 71 0,05 ±0,015 0,11 ±0,02 0,35 ±0,03

Mycobacterium phlei 0,05 ±0,011 0,12 ±0,01 0,21 ±0,03

Ионы Cd+2 и Ni+2 в концентрации 100 мкМ оказывали на клетки гра-

мотрицательных и грамположительных бактерий незначительное повреждающее действие, величина Aß/ßo под действием ионов Mn+2, Zn+2 была равна нулю.

Таким образом, полученные результаты свидетельствуют о том, что наибольшей токсичностью среди исследованных ионов двухвалентных металлов для всех видов клеток обладали ионы меди. При общей повышенной чувствительности клеток к действию ионов меди грамположи-тельная бактерия повреждалась этими ионами при значительно меньших концентрациях, нежели клетки сине-зеленой водоросли и грамотрицательных бактерий. Клетки Anacystis nidulans оказались самыми устойчивыми к действию ионов двухвалентных металлов.

IV. 1.3. Трехвалентные металлы. Сопоставительный анализ относительного изменения ЭФП и ЭОЭ клеток Anacystis nidulans и Escherichia coli К-12 под действием ионов Gd+3 (1-100 мкМ) показал уменьшение этих величин для обоих видов клеток. Однако у Escherichia coli К-12

ЭФП клеток с ростом концентрации нонов Gd+3 уменьшалась, а ЭОЭ в области низких частот сначала несколько возрастал (при концентрации ионов 50 мкМ) и лишь затем уменьшался, вероятно, вследствие увеличения анизотропии электрической поляризуемости клеток.

Высокочастотный участок у обоих видов клеток изменялся незначительно, а величина др/ро была равна нулю, что свидетельствует об отсутствии повреждения ЦПМ изученных клеток ионами Gd+3.

Наряду с этим было изучено влияние трехвалентных металлов Л1+3, Сг+3, Fe+3, Ga+3 на электроповерхностные свойства клеток Escherichia coli К-12, Pseudomonas fluorescens 71. ЭФП клеток Escherichia coli К-12, Pseudomonas fluorescens 71, обработанных ионами Л1+3, Сг+3 с ростом концентрации ионов понижалась. У клеток Escherichia coli К-12, обработанных ионами А1+3 и Сг+3, наблюдалось увеличение ЭОЭ в области низких частот при концентрации ионов 1 -50 мкМ, дальнейшее повышение концентрации ионов приводило к :ниженшо ЭОЭ. Обработка клеток Escherichia coli К-12 ионами Fe+3 и За+3 приводила к снижению ЭОЭ с ростом концентрации ионов в сре-ie. Первоночальное увеличение ЭОЭ было обнаружено у клеток Pseudomonas fluorescens 71, обработанных ионами Сг+3. Ионы А1+3, Fe+3 вызывали плавное понижение ЭОЭ клеток. Необычно резкое ювышение ЭОЭ (до 321% от контроля) клеток Pseudomonas luorescens 71 было отмечено при обработке этих бактерий ионами За+3 в концентрации 50 мкМ. Дальнейшее увеличение концентрации юнов приводило к снижению ЭОЭ клеток в области низких частот.

IV. 2. рН - зависимость токсического действия попов тяжелых металлов

Изучены рН-зависимости токсического действия ионов Си+2, rd+2, Ni+2, Pb+2, Сг+3. Показано, что для каждого иона металла, неза-шсимо от типа клеток, существует определенный интервал рН, при ;отором его адсорбция и токсичность максимальна. Так, ионы Си+2, 5Ь+2, Сг+3 оказывали максимальный повреждающий эффект в интер-(але. рН 7,1-6,9, ионы Cd+2 и Ni+2 - при рН 9,4-8,9. Эти области рН со->тветствуют областям рН образования одновалентных гидролизован-[ых форм, обладающих повышенной сорбционной способностью. Лаксимальное повреждающее действие ионов металлов в определен-гой области рН, вероятно, связано с присутствием в растворе гид-юксокомплексов - МеОН+.

Таким образом, обнаруженные различия в действии ионов тяжелых металлов на клетки Anacystis nidulans, Escherichia coli K-12 и Pseudomonas fluoresceins 71 и Mycobacterium phlei подтверждают положение о том, что токсичность тяжелых металлов зависит как от физико-химических особенностей самого металла, так и от систематического положения изучаемого организма. Разная чувствительность одноклеточных организмов к токсическому действию ионов тяжелых металлов в наших экспериментах может быть связана с различием электрических и катионнообменных свойств их поверхностных оболочек, оказывающих' определяющее влияние на процессы обменной адсорбции и проникновение катионов к ЦПМ клеток.

Выводы

1. Выявлено сходство элекгроповерхностных свойств клеток Anacystis nidulans с электроповерхностными свойствами клеток грамотри-цательнон бактерии Escherichia coli К-12 и различия с таковыми грамот-рицательной бактерии Pseudomonas fluorescens 71 и грамположительной бактерии Mycobacterium phlei, что обусловлено структурными особенностями организации клеточных оболочек, а также морфологией изучаемых объектов.

2. Установлено, что исследованные ионы тяжелых металлов: Ag+, Cd+2, Cu+2, Mn+2, Ni+2, Pb+2, Zn+2, А1+3, O3, Fe«, Ga+3, Gd+3 изменяют электрофизические свойства (электрофоретическая подвижность, электрический заряд, анизотропия поверхностной поляризуемости) клеток Anacystis nidulans, Escherichia coli K-12, Pseudomonas fluorescein 71, Mycobacterium phlei. Обнаруженные изменения у исследованных организмов носят как сходный, так и видоспецифичный характер, обусловленный природой металла и структурной организацией исследуемых объектов.

3. Сравнительное изучение ионов одно-, двух- и трехвалентных металлов Ag+, Cu+2, Gd+3 на клетки Anacystis nidulans и Escherichia coli K-12 выявило высокую токсичность ионов одновалентного Ag\ вызывавших повреждение ЦПМ изученных клеток в концентрации 1 мкМ, максимальный повреждающий эффект наблюдался при 100 мкМ Ag+. Ионы двухвалентной Си+2 в концентрации 100 мкМ не оказывали повреждающего действия на клетки Anacystis nidulans, в то время как для Escherichia coli K-12 наблюдалось повреждение ЦПМ. Ионы трехвалентного Gd+3 в данной

концентрации не обнаруживали повреждающих эффектов на ЦПМ клеток Anacystis nidulans и Escherichia coli К-12.

4. Показаны концентрационные зависимости токсического действия ионов тяжелых металлов на электрофизические характеристики клеток, при этом обнаружено, что с увеличением содержания ионов металлов в среде инкубации наблюдается усиление их токсичности, обнаруживаемое по изменению барьерных свойств ЦПМ клеток.

5. По повреждающему действию на ЦПМ клеток Anacystis nidulans ионы Cu+2 были более токсичны, чем ионы Cd+2, ионы РЬ+2 и Ni+2 не оказывали повреждающих эффектов на клетки сине-зеленой водоросли в изученных концентрациях. Для клеток Escherichia coli К-12, Pseudomonas fluorescens и Mycobacterium phlei 71 ионы двухвалентных металлов по повреждающему действию на ЦПМ клеток располагаются в последовательности: Cu+2 > Pb+2 > Cd+2 > Ni+2.

6. Максимальное повреждающее действие ионы Си+2, проявляли, как и в случае ионов Ag+, в изотонической среде (0,25 М сахароза), при этом ионы Си+2 наиболее токсичны в составе ацетата меди и при рН 7,0, предварительная инкубация клеток в присутствии трехвалентных катионов снижает токсические эффекты Си+2.

7. Наиболее устойчива к токсическому действию ионов Си+2 сине-зеленая водоросль Anacystis nidulans, наименее - грамположительная бактерия Mycobacterium phlei.

8. Для одноклеточных организмов Escherichia coli К-12, Pseudomonas fluorescens и Mycobacterium phlei 71 установлена рН-зависимость токсического действия ионов тяжелых металлов, при которой наблюдается корреляция между изменениями электроповерхностных свойств клеток и повреждениями их цитоплазматической мембраны (для Cu+2, РЬ+2, Сг+3 при рН 7,2-6,5, для Cd+2 и Ni+2 - при рН 8,9-9,4). Значения рН максимального повреждающего действия ионов тяжелых металлов соответствуют значениям рН образования однозарядных гидролизованных форм металлоио-нов с повышенными сорбционными свойствами.

9. Выявленная высокая катионнообменная и сорбционная способность клеточной оболочки сине-зеленой водоросли Anacystis nidulans может быть использована при разработке эффективных технологий в мониторинге окружающей среды: 1) при аккумуляции (извлечении) тяжелых металлов из окружающей среды; 2) рекультивации почв от шламовых отвалов и детоксикации этой группы токсических веществ.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Влияние ионов тяжелых металлов на электрофизические свойства бактериальных клеток Anacystis nidulans и Escherichia coli К-12.И Микробиология. Москва, 1992. Т.61.Вып.З.С.445-463 (в соавт.:А.Ю.Иванов,

B.М.Фомченков, Л.А.Хасанова, М.М.Садиков).

2. Влияние металлов на рост цианобактерии Synechocostis aquatilis.ll VI координационный семинар-совещание преподавателей физиологии растений.-Смоленск,1993. С.119 (в соавт.: Л.Н.Волошко, Л.А.Хасанова, З.М.Хасанова).

3. Changes in Electrophysical Properties of Bacterial Cell by Metal Ions.// V Comtox Symposium on Toxicology and Clinical Chemistry of Metals.-Canada, 1995. P.56 (в соавт.: A.Ivanov, L.Khassanova, Z.Khassanova, P.Collery, C.Choisy, J.C. Etienne).

4. Changes in Electrophysical Properties of Bacterial Cell by Copperl Ions.// V Comtox Symposium on Toxicology and Clinical Chemistry of Metals.-Canada, 1995. P.56 (в соавт.: L.Khassanova, Z.Khassanova, A.Ivanov, J.C. Etienne, P.Collery, C.Choisy).

5. Influence of Trivalent Metal Ions on the Electrophysical Properties of Microorganismes.// V Comtox Symposium on Toxicology and Clinical Chemistry of Metals.-Canada, 1995. P.56 (в соавт.: J.C. Etienne, P.Collery,

C.Choisy, A.Ivanov, L.Khassanova, Z.Khassanova,).

6. The cell membrane target of anitumour gallium compounds.// 9lh NCI-EORTC Symposium on New Drugs in Cancer Therapy. - Amsterdam, 1996. P.327. (в соавт.: P.Collery, A.Ivanov, L.Khassanova,)

7. К вопросу о механизмах действия тяжелых металлов. Межвузовский сборник "Экологические проблемы республики Башкортостан".-Уфа, 1997.(в соавт.: Л.А.Хасанова, З.М.Хасанова, Ч.А.Аллагулова, Э.Н.Яппарова) (в печати).

8. Влияние ионов меди на Anacystis nidulans. Сб. н. тр. "Проблемы и достижения современной физиологии растений, и их использование в вузовском и школьном образовании".- Пермь, 1997.(в соавт.: Л.А.Хасанова, З.М.Хасанова) (в печати).