Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Влияние биотических и абиотических факторов водной среды на устойчивость микроводорослей и цианобактерий к токсическим воздействиям металлов

ВАК РФ 03.00.18, Гидробиология

Автореферат диссертации по теме "Влияние биотических и абиотических факторов водной среды на устойчивость микроводорослей и цианобактерий к токсическим воздействиям металлов"

РГб од

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА,

/ Я 'МЧ

/ о 1.1. м пЬтгпт!» ОКТЯБРЬСКОЙ РЕЗОЛЮЦИИ И

ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им.М.В.ЛОМОНОСОВА

БИОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

На пиавах тзтаописи

ШАВЫРИНА ОЛЬГА БОРИСОВНА

УДК 574.64

ВЗШЯН2Б ЕШШЧЕСКЕХ Й ШСТШСНЖ ФАКТОРОВ ВОДНОЙ СРЕДЫ НА УСТОЙЧИВОСТЬ МЕКРОВОДОРСОНЙ И ЦйАНОБАКТЕРйЙ К ТОКСИЧЕСКИМ ВОЗДЕЙСТВИЯМ МЕТАЛЛОВ

03.00.18 - гидробиология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва -'1953

Работа выполнена на кафедре гидробиологии биологического факультета/МГУ им. М.В.Ломоносова

Научный руководитель: кандидат биологических ката,

старший научный сртрудник Л.Д.Галочка Официальные оппоненты: доктор биологических наук,

профессор В.Н.Максимов; кандидат биологических каук, старений научный сотрудник Л.А.Минеева Ведущее учреждение: ВНйРО.

Защита диссертации состоится "21" мая 1955 г. в 15 час. ка заседании Специализированного Ученого совета в Московском Государственно!.: Университете га. К.З.Ломоносова, ЕВА.

С диссертацией мокно сззакоютгься в библиотеке биологического факультета МГУ.

Отзыв в двух экзе>гплярах просим направлять по адресу: г.Москва, 119899, МГУ, Биологический факультет

Автореферат разослан "_" апреля 1993 г.

Ученый секретарь Совета кандидат биологических каук

А.Г.Дмитриева I.¡ллауим

Актуальность темы. Тяаелке металлы относится к числу наиболее распространенных загрязнителей водкой среды /Sryan. , I960; Израэяь, Цыбань, 1961/. Не подверженные разложению и обладающие высокой способностью накапливаться в организмах, металлы воздействуют на различные звенья трофической цепи водоемов, в том числе и на водоросли, которые представляют собой очень ваяний в практическом и весьма интересный в экспериментальном плаке объект исследований.

В практическом плане важность этого звеиа трофической цепи обусловлена присущей фитопланктону способностью многообразно и глубоко влиять на экологический резим среды обита-1 ния, а в конечном счете, и на биосферные процессы з целом. Одноклеточные микроводоросли и цианобактерии, сами подверженные влиянию окружающей их водной среды, способны, вместе с тем, активно воздействовать и видоизменять эту среду. Изменение параметров водной среды в результате зизнедеггельности водо^? рослей влечет за собой изменение токсичности тяжелых металлов, которые в силу своих физико-химических свойств могут менять форму нахождения в водной среде. Таким образом, отношения фитопланктона и тяжелых металлов представляются как взаимодействие, а не только как однонаправленное воздействие металла на водоросли.

Одноклеточные водоросли относятся к числу наиболее уязвимых к токсическим воздействиям форм и груш гидробионтов /Патин, 1979; Зрхард, Сеасек, 1984/. Б то же время, обнаружены отдельные пггамш и целые группы водорослей весьма устойчивые к воздействию тяжелых металлов4 Однако возникновение устойчивости водорослей не исключает повышения содержания металлов в

клетках водорослей в виду их высоких кумулятивных свойств. Поэтому в условиях антропогенного загрязнения водной среды устойчивые к токсиканту организмы ыогут играть опасную роль в экосистеме, передавая аккумулированный ши токсикант по-пищевой цепи, что создает угрозу для ценных промысловых гидро-бионтоз, а в конечной счете, и для человека. Ке перестает быть актуальной и проблема борьбы с обрастанием к цветением воды. Б связи с этим представляют интерес механизмы повышения устойчивости микроводорослей и цианобактеркй к тяжелым металлам, а также зависимость этого явления от биотических и абиотических факторов водной среды.

Цель и задачи исследования. Цель настоящей работы - исследование возможности повышения устойчивости юкроводоросле! и пиавобантерий в лабораторных условиях к влияние ка этот процесс биотических и абиотических факторов водной среды.

В соответствии с поставленной целью предусматривалось решение следующих задач:

- исследовать изменение устойчивости одноклеточных водорослей и пианобактерий к токсическим воздействиям тяжелых металлов в процессе адаптации;

- исследовать устойчивость зодорослей в зависимости от фазы роста культуры;

- изучить Блияние численности клеток в культуре водорослей ка их устойчивость к токсическое действию металлов;

- исследовать влияние рН ка устойчивость водорослей к токсическому воздействию;

- изучить Блияние фильтратов водорослей на накопление водорослями тяжелых металлов и юс устойчивость к токсически»! воздействиям.

Научная новизна "работы. В работе представлены данные об изменении устойчивости культур зеленой водоросл7. Зс-елес/ег-тиз циас/г/саиг/а и эданобактеркй $упес/,о1:у£11'ь в процессе роста в пру.сутстз;® меди и ртути. Обнаружена высокая чувствительность сзежеприготовленнкх /инокулятных/ суспензий водорослей и пианобактерий по сравнению с постиноку-лятными.

Показано, что в процессе роста культур водорослей расширяется интервал между пороговыми /минимально действующей и минимально летальной/ концентрациями металла, что свидетельствует об увеличении адаптивного потенциала и устойчивости водорослей.

Обнаружено, что первичное воздействие меди на инокулят-ную культуру имеет отдаленные последствия и мо-

дифицирует ее реакцию на повторное воздействие зтого металла. Эта реакция в зависимости от урозая первичного зоздейстзия монет ззрагаться как в скиненги устойчивости пианобактерий, так и в ее повышении.

Практическое значение работы. Результаты работы углубляют представление о мехаккзз^ах устойчивости кккрозодорослей к пианобактерий к токсическому действию тякелю: металлов и могут быть использованы при подготовке и проведении природоохранных мероприятий.

Вскрытые в кастояпей работе закономерности влияния фазы роста, плотности культур на устойчивость водорослей и цианобактерий к токсическим зсздйствиям металлов следует учитывать при анализе и интерпретации результатов исследования природных гидроэкосистем, а такяе при нормировании предельно допустимых уровней металлов в водной среде.

Апробаукя - работы.Результаты работы доложены на ХШ /Москва, 1982/ й Х1У /Москва, 1983/ конференциях молодых ученых МГУ, на заседании кафедры гидробиологии биологического факультета МГУ.

Публикации. Бо теме диссертации опубликовано Тпечаткых работ. Структура и объем работа. Диссертация состоит кз введения, шести глав, заключения, выводов, списка цитируемой литературы и приложения. Работа вклепает \0Ь страниц машинописного текста, таблиц, ЦЮ рисунков и приложение объемом 7 страниц . Библиография содержит названий, из них на русском языке.

ГЛАВА I.

ОБЗОР ЖТЕРАТТРЫ

Глава содержит данные отечественных к зарубежных авторов о токсичности и кумуляции тянелых металлов фитопланктоном; о соотношении материальной и функциональной кумуляции; о взаимосвязи кумуляции тяжелых металлов, адаптации и устойчивости гидробионтов к токсическим воздействиям.

ГЛАВА П.

ОБЪЕКТ И МЕТОДК »'ССЛЕДОЗАНЙЯ

Объектами исследования служили бактериально чистые культуры зеленой водоросли $££пгс1е5ти2 (¡ийс1г!!:с)ис1а и цкано-бактерж £улес/}рсу5//'з ооиа{И1£.

Водоросли и бактерии выращивали на иодифшгированной сре де "С" Кратца-шайерса /Карата, Галочка, 1970/. Посезнкм кате риалом служили 8-10-тисуточкые культуры водорослей и бактери Длительность опытов - 14-55 суток.

- Б -

Условия культивирования

Числек- Объект ность, млн кл/мл Освещенность , люкс ТсС рН

£.адиаШ;$ 2,0 1000 32-35 7,5

¿с. ^иос/г1саис/а 0,1 •2000 22-25

В опытах пс исследования влияния численности клеток зо-дорослей ка их устойчивость к зоздейстЕшо металлов исходная плотность культур $c^quQc¡r/cQudo составляла от 0,0005 до 1,0 млн кл/мл.

В качестве токсикантов использовали хром, медь и ртуть в виде растворов солей

приготовленных на стерильной дистилированной воде.

Численность клеток в культурах водорослей и цканобакте-рий определяли путем микроскопирования в камере Горяева и колориметрически с помопьга КК-55. Процентное соотношение живых и мертвых клеток цианобактерий определяли подсчетом их в люминесцентном микроскопе Ю1-2А. Данные по общей численности клеток представлена з логарифмах.

Фильтраты I, 2, 7 и 14-тисуточнкх культур Зе.^иас/г/соцс/а были использована в опытах в количествах, обратно пропорциональных числекностям клеток в этих культурах. Таким образом фильтраты выравнивались в отношении количества клеток, от которых они были получены.

Содержание меди в клетках водорослей определяли на атом-но-адсобционяом спектрофотометре (ЩасЬ!- 180-60.

Пигментный состав клеток' водорослей определяли на спектрофотометре

И,ЬсН! -2000.

- б -

Полученные в результате экспериментов данные обработаны статистически: вычислены средние квадратические отклонения по размах}' варьирования и построены доверительные коридоры для контрольных опытов /Басилевич, 1559/.

Опыт по влиянию исходной численности клеток ка устойчивость водорослей ^иаЫг/'соис/а к токсическому действию'

р

меди построек по плану Шд 3 . Эксперимент по выявлению значимости исходного и повторного воздействия меди ка пианобак-

р

терии построен по плану ПФЗ 4 . Полученные результаты были обработаны методом регрессионного анализа с применением алгоритма Иейтса /Максимов, 1980/.

ГЛАВА Ш.

ИЗМЕНЕНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ МИКРОВОДОРОСЛЕЙ К Ж4Я0ЕАКГЕРИЙ К ТОКС^ЕСКЙМ ЗСЗДЕпОТЫ'Ш МЕТАЛЛОВ В ПРОЦЕССЕ АДАПТАЦИИ

Известно, что гидробионтн, выделенные из водоемов с по' вишенным содержанием тяжелых металлов, обладают большей ус-: тойчивостью е ним и в лабораторных экспериментах /Вгуап. , 1971; ^/'¿£0/1 , 1972; , 1977; К!оН , 1981/. Б связи

с этим была предпринята попытка путем последовательных пересевов получить культуры водорослей 5с. цйос/п'саис/о устойчивые к меди и ртути, и иианобактерии й. й^иаЩ/'^ - к меди. В работе с водорослями использовали ртуть в концентрациях от I до 5 мг/л, медь - от 0,1 до 0,5 мг/л, а с пканобактериямк-медь в концентрациях от 0,01 до 0,05 мг/л.

После вырашиванкя водорослей и цианобактерий в средах с указанными концентрациями металлов в течение 30-45 суток

l9hl 1,0

они бщи пересеяны в среды с теми же концентрациями металл о

В результате экспериментов со ртутью обнаружено, что рост культу водорослей после пересевов во всех исследован ных вариантах ухудшился, что выразилось в удлинении лаг-фаз: при пересевах в среды с I, 2 и 3 мг Нд/л. Кроме этого, у исследуемой водоросли не появилось способности расти в присутствии летальной концентрации ртути /Рис. 1,2а,26,2а/.

к

25 сутки

Рис Л. Рост культуры

Se. (¡¡-юаг/саида пги пегзи=

ном воздействии итути.

Рис.2а. Рост культуры

£с. с^иас/г/сзис/а " _после

петэесева из среды с 1мг НдЬ.

Рис.26. Рост культуры

Бс. диас^г/го ис!а после

пересева из среды с 2мгА^>/л.

Рис.2в. Рост культуры Se- quQdricoudQ ' после пересева из среды с 5мг/л

- I мг лу/л;

- 2 мг /л;

- 3 мг

- КОНТРОЛЬ

В результате эксперимента с ыедью обнаружено, что ни в одном кз вариантов пересева улучшения роста водорослей по сравнению с первоначальным посевом з средк с содержанием меди 0,10, С,25 и 0,50 мг/л не произошло. В вариантах пересева из 0,10 в 0,50 и из 0,25 в 0,50 мг/л водоросли не росли на протяжении всего опыта. Два других варианта - пересев из 0,Ю-в 0,10 и кз 0,10 в 0,25 мг/л - характеризовались наличием 2-хнедельной лаг-фазы У Рис.3, 4а, 46/.

1,0.

2 6 Ю 14 16 22 втелг

с;.тте

Рис.З. Рост культуры Зс-д-иас/ггсоис/а

пси перзичном воздействии меди.

- 0,10 ыг ¿V/л;---- 0,25 кг £<//л;

- контроль. ---- - VI ш/к.

_ с _

Таким образом, при контакте с растворами ртути и меди б течение месяца устойчивость водорослей к этим металлам не повышается, а в некоторых вариантах значительно снижается. Не вырабатывается способности водорослей расти з присутствии летальной концентрации меди /0,5 кг/л/ и ртути /5 мг/л/.

Рост культуры $.адиаЬЬ'з - при первичном воздействии меди представлен- на рис.5:

ЦК

1Р

о,з

6 12 1Ъ время, сутки

Рис.5. Пеивичное воздействие меди на" рост культуры ¿Г. ^¿атА'//'.?

----- 0,01 мг С-и/Л;

----0,СЗ мг Си/п;

----0,05 мг ¿у/л;

- - контроль

,2

Пересев культур был произведен по плану ПФЭ 4 и состоял из 16 вариантов:

1-ое воздействие меди, мг/л -

К

варианты опыта 0,01 0,03 0,05

П-ое воздействие К меди, от/л

К 0,01-К 0,03-й 0,05-* К

К-0,01 0,01—0,01 0,03—0,01 0,05-»-0,01

К—0,03 0,01—0,03- 0,03—0,03 0,05-0,03

К—0,05 0,01—0,05' 0,03-0,05 0,05-0,05

Во всех контрольных вариантах рост культур был идентичным, то есть испытуемые концентрации сказались нетоксичными для 1,5-месячной культуры ыианобактерий /Рис.6/, поэтому все полученные эффекты в опытных вариантах являются результатом перзичного воздействия меди.

Интерес представляет рост в. ас}ио+,'/12 в вариантах пересевов С,01-»-К, О.СЗ^К и 0,05-^К. Обнаружено, что культуры, предварительно росшие в присутствии меди, при пересевах в среду без меди растут иначе, чем контроль /Рис.7/:

с,з

ь Л 16 сутггн

Рис.6. Рост контрольной культугы одиа1;/г£ после пересева в среды, содетка-шиё мель:

----- К-»-0,01мг/л;

---- К-«-0,03мг/л;

--- - Ь>0,05мг/л;

--К-К.

1,0

0,3

о

Рис.7. Рост культур о quaiHii в среде без меди*после пере-сеза из сред, содержавших" ыедь /кг/л/;

----- C.OI-K;

----О.С-З-К;

— ~ О.Сс^К;

-:--К-»-г..

Таким образом, при воздействии меди на инокулятную культуру иоиа1111в последствия этой первичной интоксикации сказывается на росте цианобактерий даже после перенесения их в среду без меди.

Обработка полученных результатов по метод}* П5Э 4^ предполагала зкявить степень влияния первичного и позторного воздействия меди на рост цианобактерий. Обнаружено, что ток-

сический эффект повторного воздействия меди зависит от значе-

/

ния первичного воздействия к заметно проявляется лишь при значениях первичного воздействия, отличных от нуля. При этом, направление и сила повторного воздействия определяется величиной первичного воздействия. При первичном воздействии концентраций от 0,01 до 0,04 кг/л численность клеток б культуре снижается пропорционально урозню повторного воздействия. Культуры, исходно выращенные при высоких концентрациях меди, на повторное воздействие токсиканта реагируют слабо, либо испытывают потребность в нэк /при высоких уровнях токсиканта численность клеток в культурах выше, чем при низких/.

Следовательно, первичное воздействие меди на культуру £ ауцаННг помимо прямого токсического действия оказывает модифицирующее влияние на устойчивость нианобактерий к повторному воздействию металла. Полученные результаты свидетельствуют также о том, что при низких уровнях содержания металлов з воде происходит, по-видимому, белее интенсивная кумуляция токсического эффекта, в то врем как в средах с высоким содержанием металла имеет место жесткий отбор форм, уст тойчизых к токсическом}'' действию металла.

Учитывая, что величина доз и частота затравок токсиканта играют супественную роль в проявлении токсичности и накоплении его живыми организмами, был поставлен эксперимент с целью изучения роста нианобактерий $. оуиоЛ'Л',? ъ зависимости от частота затравок к величины доз меди, выбранной в качестве токсиканта. Затравки производили в течение 6-ти дней, различно в трех вариантах опыта, а на 7-е сутки был произведен пересев на неполноценную безазотную среду.

Схема постановки опыта

>Чч Сутки I .2 .3 4.5. б

Вапи^ч

анты

опыта

I 0,03мг/л - 0,03мг/л

П 0,С2мг/л - 0,02мг/л - 0,С-2мг/л -

Ш ежедневно вносили по 0,01 мг Си/%

Контроль-1 медь в среде отсутствует

Контроль-П 0,06мг/л - - - - -

Контроль-П поставлен для проверки токсичности выбранной дозы меди - 0,06 мг/л. Ока оказывала летальное действие на инокулятную культуру 5- tf^i/tf Ш'S

При анализе различия роста культур в I, П и Ш-м вариантах опыта и их дальнейшего роста на безазотной среде монно сделать вывод, что определявшую роль в дальнейшем развитии водорослей играет перзая затравка токсиканта, а именно, внесение меди в день постановки опыта в инокулятную суспензию цианобактерий. Концентрация 0,03 ist Си/л более токсична для инокулятной культуры, чем С,02 и 0,01 мг^/л, что к проявляется в характере роста пиано бактерий, хотя суммарная доза металла во'всех трех вариантах опыта одинакова /Рис.8/.

Пересев культур, выростах в присутствии меди, на безазотную среду показал наличке продолжительной 2-хнедельной

II I!

лаг-фазы во П -к и Ш -м вариантах опыта, а также не только

Ii

отсутствие таковой, но и улучшение роста I -го варианта по сравнению с контролем /Рис.5/. Повышенную устойчивость культуры $■ Q^uaiih's к азотному голоданию в I -м варианте опыта можно объяснить более зестким отбором особей с неспепи-

фкческой устойчивостью при зоггействии концентрации 0,03мг/л.

1,0

0,3

о

1 I

/ух" v«—е^?

'_ —----

// !

/ !

Ж 1 / 1 ' у, , Ц „ |

1,0

0,3

о

3 7

Рис.5.Рост культуры пои дпобнои внесении меди:

-----I - 0,03мг/л * 2

----П - 0,02мг/л*3

-----Ш - 0,01мг/л« 6

—*—*--К-П - 0,06мг/л;

--К-1.

12 время, сутки

Рис. ь. гост культуры ка безазотной соеде*после воздействия меди:

—--- - Т - 0,03мг/л * 2;

----П" - 0,02мг/л * 3;

------_ о,01мг/л * 6;

-- контооль.

С другой стороны, не исключена возможность более эффективной функциональной кумуляции /накопление токсического эффекта/ при воздействии малых концентраций меди, что наблюдается при концентрациях 0,01 и С,02 мг£^//л.

ГЛАЗА 17.

ЗАВИСИМОСТЬ УСТОЙЧИВОСТИ ВОДОРОСЛЕЙ К Т0КС1ГЧЕСКЖ ВОЗДЕЙСТВИЯМ МЕТАЛЛОВ ОТ ЧИСЛЕНКОСТК КЛЕТОК И САЗЫ РОСТА КУЛЬТУРЫ

Известно, что проявление токсичности металлов связано с численностью клеток в культуре: чем больше численность клеток, тем меньший токсический эффект они испытывают. Представляет интерес, наблюдается ли подобная закономерность в процессе роста культуры, и как узэл!р?ение численности клеток в процессе роста связано с устойчивостью водорослей к токсическому действию тяжелых металлов.

Первоначально был поставлен полный факторный зкспери-

2 1 мент по плану 3 , целью которого было исследование влияния '

исходной посевной плотности культуры и воздействия ыедк на

рост культуры $с. (?иас/г ¡соис/а . Были использованы культур-

трех плотностей - 0,1, 0,2 и 0,3 млн кл/мл- во всех возысх-

ных сочетаниях с тремя концентрациями меди - 0,25, 0,50 и

0,75 мг/л, что составило 9 вариантов опыта, причем 0,25мг/л -

минимально действующая конпентралия для культуры с плотностью

0,1 млн кл/мл.

Анализ полученных результатов показал, что на 4-е сутки опыта на рост культуры водорослей влияет конпентралия токсиканта во взаимодействии с фактором исходной плотности. К концу эксперимента существенным было лишь влияние испытанных кониентрагнй меди, а исходная численность уже не оказывала злияния на рост водорослей. Наибольший интерес представляли три варианта опыта с исходными численностяии 0,1, 0,2 к 0,5 млн кл/мл и соответствующими концентрациями 0,25, 0,5 и 0,75 мгСу/л. Начиная с 10-х суток опыта рост водорослей в зтгх вариантах был идентичным, то есть указанные концентрации были равнотозсичными по отношению к соответствующим культурам.

,Еля выяснения того, распространяется ли эта закономерность на более широкий диапазон плотностей и область токсичных концентраций металла был поставлен эксперимент по следующей схе^е:

Вашант опыта I 2 О 4 5 6 7 8 с 10 II 12

Исх.числ. клеток 0,1 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 - А ж

Коныентс.! г, о Си, мг/л - 0,6 0,9 1,2 1,5 1,8 2,1 ¿,4 2,7 3,0 -

(дМ 4

В результате эксперимента получено, что оба контроля /варианты 2 и 12/ - культуры с наименьшей и наибольшей исходной численностью клеток и без добавления меди- после 2-х недель роста выравниваются по численности меток и ни один из опытных вариантов с добавками меди не приближается к ним. /РисЛСа/.

' 19Н

I -

-I

14

сутки

14 :

сутки'

Рис.10, ьюст ктльтуи 5"- &иас!г1соис1а с пззличныик исходными числекностями клеток в птжсутсгъии меди. Обозначения -см. схему постановки опыта на стр.14.

Следовательно, в широком диапазоне высоких плотностей культуры и е области токсичных концентраций меди, при соблюдении пропорциональности мегду двумя этими параметрами, наблюдается сходный токсический эффект при внесении металла в инокулятную суспензию водорослей.

Закономерное узеличение численности клеток водорослей в процессе роста культуры дает возможность, с учетом результатов предыдущих опытов, исследовать влияние возраста культуры ^иас^г^саис/а на устойчивость ее к токсическому действию меди. Особый зснтерес представляет также исследование влияния меда: на рост культур с исходно низкими числен-ностями клеток.

Jjiz. выяснения этих закономерностей был поставлен эксперимент с использованием суспензий водорослей с численкостямн клеток С,С200, 0,0040 и 0,0ССЗ млн/мл. Медь вносили как в инокулятные культуры, так и з 10- и 2С~тксуточкые культуры

водорослей из расчета в? 5 мг Си h _ j;3 предварительных опы-

• 0,1 кл>: кл/мл

тов известно, что при таком соотношении металл оказывал летальное действие на ннокуляткую культзфу зодорослей.

Реальные концентрации меди, создаваемые в исследуемых вариантах з данном эксперименте, представлены в таблипе:

Плотяссть >s. ios кл/мл Сутки 0,0200 0,0040 0,0008

0 0,1мг/л 0,02мг/л 0,004мг/л

10 15,0 -"- 10,0 -"- с,0 -"-

20 65,0 -п- 40,0 -"- 30,0 -"-

Бри внесении меди на 1С- и 20-е сутки роста водорослей наблюдалась стабилизация численности клеток на уровне, дот> стигнутом к моменту внесения металла /Рис.II,а,б,в/. При этом реальные концентрации меди составляли от 5 до 65 кг/л. Б то Ее время, концентрация всего лишь 0,1 мг/л оказалась летальной дзя инокулятной культуры зодорослей с численностью клеток 0,02 млн/мл.

Однако добавление в инокулятную суспензию Зс.^иас(г¡с-аис/с с меньшими исходными численностями клеток /0,0040 к 0,0006 млн/мл/ пропорционально меньпих количеств меди не приводило к летальному эффекту /Рис.11,6,в/, то есть был достигнут безопасный /при разовом '^воздействии/ уровень меди для культур с низкими плотностями. Этот уровень составляет 0,02 кгСи/л.

Результата приведенных в настоящей/ главе экспериментов свидетельствуют о высокой чувствительности инокулятных культур водорослей. Б процессе роста водорослей их устойчивость к воздействию меди повышается. При воздействии меди в широком диапазоне концентраций на постинокулятные культуры наблюдается сходный токсический эффект, который выражается в стабилизации численности на уровне, достигнутом к моменту внесения металла.

ГЛАВА У.

BDifiKHE рН СЕ5£Н НА УСТОЙЧИВОСТЬ ВОДОРОСЛЕЙ К ТОКСИЧЕСКОМУ ВОЗДЕЙСТВИЮ

Ез литературных источников известно, что колебания рН водной среды существенным образом сказываются на проявлении токсичности металлов в природных экосистемах /&tneserner, Kt'lhorn , Y5S4z-,Luc/erii-z ,Nick(isck. , 1989/. Вместе с тем, значительные колебания рН происходят к в рамках одного огэ-та при лабораторных исследованиях водорослей за счет фото~ синтетического подщелачивания культуральной среды.

Следующий эксперимент преследовал цель выяснить, в какой степени повышение рН в процессе роста водорослей сказывается на их устойчивости к токсическому 'действию меди. Для этого использовали культуру £r. quodriaQua'а с плотностью 0,1 млк ел/мл и медь в концентрации 0,3 мг/л. Металл вносили в среду е день постановки опыта, а также в другие варианты на 2-е, 3-й и т.д. сутки опыта, причем концентрацию металла увеличивали пропорционально возросшей к моменту внесения металла численности клеток таз:, чтобы количество металла в пересчете на I клетку было таким же, как и в исходном варианте.

При этом фактические концентрации металла з среде в некоторых вариантах в сотни раз превышали исходною концентрацию меди. Несмотря на это культура не отмирала и численность клеток е течение длительного времени сохранялась на том уровне, который был достигнут к моменту внесения меди /Рис.12/.

ностяк клеток.

-—■— параллели, где сред' подкисляли.

Для выяснения, является ли эта реакция повышением устойчивости культуры или следствием детоксикации металла в связи с резким повышением рН в первые яе сутки опыта, каждому варианту соответствовала параллель, где культуру водорослей регулярно подкисляли, доводя рН до исходной величины /~3/. Бри этом значительного отличия роста этих параллелей от соответствующих км вариантов не получено. Следовательно, повышение рН в процессе роста культуры не играет существенной роли в увеличении резисятентности $€■ (¡иос/Пс-оис/а к воздействию меди. Это подтверждают и данные опыта, приведенного в главе 1У, где исходную суспензию водорослей перед

внесением металла подселачигали, но это не снимало токсического эффекта меди /Рис.106/,

ГЛАВА 71.

ВЛИЯНИЕ ФУНЬТРАТОВ КУЛЬТУР ВОДОРОСЛЕЙ

на накопление тяееш металлов и устойчивость

ВСДОРОСЗй

Для исследования роли ¿ильтратов культур водорослей в формировании их устойчивости к токсическим воздействиям тяжелых металлов была использозана культура £с. с^о^п'саиЫа , ее 1./Ш]-/, 2 /%/, 7 /§д/ и 14-тисуточный фильтраты и медь в концентрациях 0,1 и С,3 мг/л. Контролями в данном опыте являлась культура Зс.оиаа/г/соис/а .без меди и культуры ^иаЛпсацс/а- с содержанием меди 0,1 и 0,3, в которые фильтраты не добавляли. Концентрация 0,3 мг/л проявляла себя как токсичная по отношению к исследованной культуре, а 0,1 мг/л - нетоксичная для уиск^п'саис/р.

В результате эксперимента обнаружено, что не снижал токсического действия меди. Токсический эффект меди снижается в присутствии ®2 и особенно /Рис.13а, 14а/, причем в последнем случае клеточное содержание меди /Рис.146/ существенно ниже, чем в других вариантах опыта /Рис.136, 156/. Рост культуры водорослей в присутствии аналогичен росту водорослей в присутствии но эти варианты резко различаются по динамике клеточного содержания меди.

Наиболее эффективным в отношении повышения устойчивости

культуры водорослей следует признать причем в его при-

I

сутствии клетки водорослей содержали существенно меньшие количества меди, чем бесфильтратные параллели.

■/гл.ч к/1.

Щ 20 с----

Рис.13. Рост кулътутэы ■ да ас/г! со и с! а и соде меди з клетках зодоЬослей в присутствии филь 2-хс5"гочной культуры

_._с,1иг£«'л; ----о,1кт£я'л«г

_._о.ЗктЛ/л; -----С,3«тС*'^2

1дМ

-i

~яг

Г Н*Г ->тНМ

-4

-я

Рис.14. Рост культуиы ^с.аиаЫПс-аис/а /а/ и содео-жание меди в клетках водотослей /б/ в присутствии" фильтрата 7-мисуточиой культуш

-С.^гщ'.-.; -Л.ЗнтСи/л;

----г,1кгси/д+?

----Г.Зи-Сц.'*-^,

3

ю

2С

-{

-ъ

10 2С ?п»-г;, ---

Рис .15. Рост культуры ¿¿■иас/г/саисГа /а/ к содет жание меди в клетках водорослей /б/ в присутствии фильтрата 14-тисуточной культуры

-0,1кгСч'л; -0,5мг Сц.'л;

---

-----С .ЕчтСц^,

0

Таким образом, улучшение роста культуры 5с. уиас/г/саис/а при воздействии токсических концентраций меди в присутствии ^2 и коррелирует с уменьшением внутриклеточного содержания меди. Б присутствии эта закономерность не наблюдается: улучшение роста культуры водорослей в токсической концентрации меди ¡три добавлении происходит на фоне высокого внутриклеточного содержания меди /сравнимого с бесфильтратным вариантом/.

Следовательно, активность РОВ в отношении повышения устойчивости культуры $с.(}иас1псс;ис{а к токсическому действию меди различна на разных стадиях развития культуры. Кроме того, устойчивость зодорослей к токсическому воздействию металла не всегда обусловлена снижением его внутриклеточного содержания.

ВЫВОДЫ

1. Изучение влияния тяжелых металлов на культуры цианобакте-рий ¿¡'.я^уо////.? и водорослей уисц^ПссилЗв в процессе роста псззолило обнаружить, что шокулятные культуры являются менее устойчивыми по сравнению с постинокулятннми. .

2. Численность клеток инокулятных культур $с..^иас^п'саис/о влияет ее проявление токсичности металлов, но не сказывается на устойчивости водорослей: зависимость "доза-эффект"

/в пересчете на клетку/ сохраняется при изменении плотности культуры и пропорциональном ему изменении концентрации меди.

3. Добавление меди в широком диапазоне концентраций в пост-инокулятные культуры ^С ^иас/г/саис^а приводит г. прекращению роста популяции 'р к стабилизации численности клеток водорослей на уровне, достигнутом к моменту внесения токсиканта в среду.

4. В процессе роста культуры водорослей

расширяется интервал между пороговыми /минимально действующей и минимально летальной/ концентрациями меди, что приводит к увеличению адаптивного потенциала и увеличению устойчивости водорослей.

5. Колебания значений активной реакции среды /рН/ в пределах оптимума для культуры с^иаЫпсаис^о не сказывается на ее токсикорезистентности, в частности, фотосинтетическое подщелачизание среды не повышает устойчивость водорослей к воздействию меди.

6. Воздействие фильтратов разновозрастных /2, 7 к 14-тису-точных/ культур 5с. (¿иек^п'соис/а на инокулятную культуру

с!иос(г1соис1о выражается в снижении токсического действия меди на динамику численности, но не всегда сопровождается уменьшением внутриклеточного содержания меди.

7. Первичное воздействие меди на инокулятную культуру циа-нобактерик £.оуиаЛ1г<; модифицирует ее реакцию на повторное воздействие металла. В зависимости от уровня первичного воздействия реакция может выражаться как в уменьшении устойчивости /при низких уровнях первичного воздействия/, так и в повышении устойчивости /при высоких уровнях первичного воздействия/ вплоть до развития потребности в повышенных концентрациях металла.

Список работ, опубликованных по теме диссертации:

1. Осокина /Шазырика/ O.E., Ладогика М,П. Влияние некоторых тяжелых металлов на культуре 1<икроводорослей//Труды Ж конференции молодых ученых биол. ф-та МГУ. M., 15-17 марта 1932г., КГУ.- М. : МГУ, 1952,- 4.1.-С.125-134.

2. Горюнова C.B., ¡Еавырина D.S. К необходимости подбора наиболее оптимальных методов теетирования загрязненных вод // Труды Х1У конференции молодых ученых биол. ф-та МГУ. Москва, 21-23 марта 1933г., МГУ.- К.: МГУ, I9S3.-4.B.-C.II5-II8.

3. Еавырина O.E., Гапочка Д.Д. Влияние некоторых тяжелых металлов на рост культуры сине-зеленой водоросли SynechocysHg QCjuoiih's //Биологические катки. -1933. -K-II. -С.55-58.

4. Осокика /Шавырина/ O.E., Гапочка 1.Д., Заидоза У.Г., ДрокЕика Т.О. Токсичность меди к ртути для зеленой водоросли $cer>edesmus е^иайг',couda //Биол. науки.-I9S4.-P9.-С.61-54. .5. Осокина /Пзвыркна/ O.E., Гапочка Д.Д., Дровхина Т.С. Особенности устойчивости зеленой водоросли Scenec/esmus cjuadricauda к токсическому действию меди и ртути//Вестн. МГУ.Сер.Биология.- 1935.-Г4.-С.52-57.

6. Ладогина К .11., Осокина /Назырина/ О.Б. Токсическое действие меди на культуру пианобазгтерии St/nechocysfis a^uaiiUs

Sonu. 423//Гидроб. журнал.-1987.-T.23,Р6.-С.95-95.

7. Галочка Л.Д., Еаттах М., Дрожжина Т.С., Караул Г.А., Ша-вырина O.E., Белая Т.И. Популяционные аспекты адаптации гкд-робионтов к токсическим воздействиям //Вестн. MT7.Cep.I6. Биология.-1991.-Ш.-С.34-40.

Тираж 5Ээкз.