Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Влияние изменяющихся токсических нагрузок на структурно-функциональные характеристики водоросли Scenedesmus quadricauda в культуре

ВАК РФ 03.00.18, Гидробиология

Автореферат диссертации по теме "Влияние изменяющихся токсических нагрузок на структурно-функциональные характеристики водоросли Scenedesmus quadricauda в культуре"

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. М.В.ЛОМОНОСОВА

Биологический факультет

На правах рукописи УДК 674.54; 577.472.28; 595.31; 581.525

ЧЗНАО ИДЗСНЬ

ВЛИЯНИЕ ШШИЩЙлСЯ ТОКСИЧЕСКИХ НАГРУЗОК НА СТРУКТУРНО-ЭУНКПИОКАЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВОДОРОСЛИ ЗеепесЗезтиз си5пг1саи!3а В КУЛЬТУРЕ.

(03.О018-Гидро5излогкя)

Автореферат диссертация на соискание ученой степени кандидата бкэлсгических наук

Москва, 1354 г.

Работа выполнена на Биологическом факультете Московского государственного Университета им.М.В.Ломоносова

Научный руководитель доктор биол. наук О.Ф.Филенко Научный консультант кандидат биол.наук А.Г.Дмитриева

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, профессор Ю.Г.Симаков кандидат биологических наук Л.А.Ганыдина

Еедуцее учреждение - Всероссийский институт рыбного

хозяйства и океанологии

Защита состоится декабря 1994 г. на заседании специализированного совета Д 053.05.71 по защите диссертаций при Московском государственном университет им.М.В. Ломоносова

по адресу: 119899 Москва, Ленинские горы, МГУ, Биологический ф-т

С диссертацией мокко ознакомиться в библиотеке Биологического факультета ИГУ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Круг задач зодной токсикологии сори-ггирован на исследование процессов таксикодинамики на уровнях ;оби, лабораторных выборок и контролируемых популяций водных ор-анизмов. Все уровни биологической организации ("от клетки до по-лляции") для токсикологического исследования могут обеспечить ^бораторные культуры водорослей.

Несмотря на широкий круг исследований, проведенных по разумным аспекта/ действия токсических агентов на водоросли в ка-эстве модельного тест-объекта, остэотся неизученными соотношения взаимосвязи изменений функциональных и структурных характерис-ик как на уровне клеток, так и в культурах. Остается предметом ^следований пределы и закономерности адаптации гаеток и популя-ий к токсическому фактору среды.

Помимо таких фундаментальных исследовательских целей сущест-умт и цели прикладного характера, при решении которых культуры одорослей используются в качестзе тест-объекта при эколого-рыбо-озяйственном нормировали и при оценках токсичности загрязненных ред (сточные и природные воды, экстракты из различных материалов продуктов и др.). По мере продвижения этого объекта в практику озникает необходимость более строгого регламентирования условий го прикладного применения и интерпретации результатов испытаний.

Дели- и задачи исследования. 3 связи с указанным целью работы ¡лукило исследование динамики структурна - функциональных измене-ий в культуре водоросли Зсепес1е5шз циа(1г1саис1а, как модельной гапуляции, по комплексу биологических параметров, при переменной •оксикологической нагрузке на примере изменяющихся концентраций ¡ихромата калия.

В процессе выполнения работы резались следующие задачи:

1. Исследовать динамику некоторых параметров в культура возросли Бсепебезтиз диас1г1саиба (обитая численность клеток, доля швых, размеры клеток, состояние фопосинтетического аппарата) при действии бихромата калия, как токсиканта сравнения, в разные се-юны года, в том числе и на р-азнкх средах культивирования.

2. Установить возможности и гахономерност восстановления сультуры водоросли по структурно - функциональным х&рактеристи-

кзм посла прекращения токсической нагрузки.

3. Выявить изменения токсикореаистентост клеток после хронической токсической нагруаки на культуру водоросли.

4. Определит взаимосвязь изменений структурных и функциональных характеристик культуры при токсической нагрузке разной интенсивности.

Научная новизна работа. В диссертационной работе вперьые описано влияние бихромата калия на размеры клеток водорослей в культуре,.и установлен характер взаимосвязи между ростом культуры и размерами клеток на фоне токсической нагрузки. Впервые исследована кинетика накопления хрома в клетках водорослей при разных концентрациях и установлена негативная, близкая к экспоненциальной, связь численности клеток в культуре с содержанием хрома на каждую клетку. Впервые описана динамика восстановления характеристик культуры водорослей после прекращения токсической нагрузки разной интенсивности и показано сохранение укрупненных размеров клеток в культуре даже после прекращения экспозиции. Показана возможность повышения резистентности водорослей к воздействию бихромата калия в результате предварительной экспозиции в малой концентрации агента. Впервые количественно оценена взаимосвязь структурных и функциональных характеристик культуры водорослей при токсической нагрузке, при восстановлении культуры после экспозиции и при ее адаптации к токсиканту.

Практическое значение. Результаты работы использованы при разработке проекта методического руководства по биотестированию водной среды с использованием водорослей. Выявленные взаимосвязи между частными характеристиками культур могут быть использованы при разработке методов ускоренной оценки токсичности проб водной среды и методоз определения предельно допустимых концентраций загрязняющих веществ з рыбохозяйствэнных водоемах.

Результаты, полученные в процессе выполнения работы, могут быть использованы в учебном процессе на биологическом факультете университета.

Результаты работы использованы при разработке плановой темы гос.per. ti 1870032347, проектов 1.5.23. и 5.1.4.3. НТП "Экологическая безопасность России", теш N 231 программы "Университеты

России".

Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на семинарах лаборатории водной токсикологии и санитарной гидробиологии каф.гидробиологии и проблемной лаборатории Биоповреждений Биологического факультета.

Объем и структура работы. Диссертация изложена на /2<5~стра- 1 ницах машинописного текста и состоит из разделов введения, материалов и методов, результатов и их обсуждения, заключения, выводов, списка литературы, включающего источников и приложения. Работа иллюстрирована 22. рисунками и таблицами.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Исследования производились на культуре водоросли Зсепес1е5тиз quadгicauda (Тигр.)ВгеЬ. Водоросли выращивали на среде Успенского N 1 (Успенская, 1966) или на твердом агаре (Васильева и др., 1988) в нашей модификации при соблюдении стандартных условий.

Бихромат калия вносили в культуру водорослей, находившуся в начальной фазе логарифмического роста при плотности 200 - 500 тыс. кл./мл однократно, до концентраций 0,1; 0,5; 1,0; 3,0; 6,0 и . 10 мг/л. Через 33 сут. из концентрации 1 мг/л клетки, после отмывания дистилированной водой переводили в концентрации 3,0 и 10,0 мг/л Дальнейшее наблюдение продолжалось еще до 45 суток. Опыты проводились в трехкратной позторности.

Состояние культур в контроле и опыте оценивали по следующим характеристикам:

а) общая численность клеток, просчитывавшаяся в камере Горя-еза в проходящем свете (Владимирова, Семененко, 1662);

б) доли живых, мертвых и отмирающих клеток, определявшиеся в синефиолетовом поле освещения с использованием люминесцентного микроскопа (Дмитриева, 1988);

б) размеры клеток (ширина и длина), измерявшиеся с помощью винтового окуляр-микрометра АМ-5-2;

г) максимальная флуоресценции и эффективность фотосинтеза, определявшиеся методами замедленной и быстрой люминесценции хло-

гэфилла а (Веселовский, Веселова, 1987; Дмитриева и др., 1986);

д) содержания пигментов - хлорофиллов а и Ь, каротинои-дов,определявшиеся спектрофотометрически (Richards, Tampson, 1552) с соответствуют?™ расчетом (раб. группа UNESCO, 1966);

Содержание хрома в растительной массе проводили методом Етскно - абсорбционной опектрофотомегрии (Иванов, Лернер, 1974; Петербургский, 1968).

Всего проведено около 7000 измерений.

Обработку результатов экспериментов проводили методами дисперсионного и регрессионного анализов (Плохинский, 1970).

Часть-исследований проведена совместно с сотрудниками кафедры биофизики Еиологичечского ф-та МГУ и ВНИРО.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Изменения в культуре клеток водоросли Scenedesmus

quadricauda в процессе воздействия бнхромата калия.

На первом этапе работы проводилось сравнительное исследование изменения некоторых морфологических и функциональных характеристик культуры водорослей Scenedesmus quadricauda в разные сезоны при токсическом влиянии.

Три серии опытов были проведены в сентябре-октябре, январе-феврале, ише-ияде.

Во всех сериях за срок наблюдения происходило нарастание обшей численности клеток в контроле и при концентрациях 0,5; 1 и 3 мг/л. При 10 мг/л происходило снижение общей численности. При 6 мг/л в осенней серии отмечено повышение численности, а в летней число клеток почти не изменилось по сравнению с исходны}.', значением. Изменение численности по отношению к контролю со Бременем характеризуются фззностью с чередущимися подъемами и снижениями (рио.1а). Величина предельных отклонений зависела от концентрации токсического агента.

В отдельные периоды значительные отклонения отмечались и при меньших концентрациях - 0,5 и 1 мг/л. При действии концентрации 10 мг/л и в летнем и в зимнем опытах на ЗОе сутки число клеток составило менее 10% от контроля. Эффект 6 мг/л в летнем опыте был сильнее, чем в осеннем. Концентрация 3 мг/л летом и осенью вьгаы-

вала приблизительно одинаковый здфэкг, хотя зимой ее действие было более значительным.

Таким образом, по характеристике общего числа клеток культура была наиболее устойчива в осеннем опыте, а наиболее чувствительна - в зимнем. Концентрация бихромата калия 3 мг/л, которая летом может быть сочтена безвредной, зимой оказывается губительной для культуры.

Изменение доли живых клеток в культурах проявлялось начиная с концентрации токсиканта 3 мг/л. При 3 и 10 мг/л доля живых клеток снижалась уже на 5 - 10е сутки и на ЗОе сутки при 10 мг/л об-цая численность клеток была в 8 раз меньше, чем в контрольных культурах, а живых клеток - в 2В раз, т.е. Есего 37* от общей численности клеток (рис.16).

Индивидуальные размеры клеток в культуре в течение наблюдения изменялись в контроле по ширине - в пределах 3,18 - 4.14 мкм, •I по длине - 9,15 - 12,8 мкм. При токсическом воздействии размеры ! большинстве проб превышали размеры в контрольных культурах. )собекно устойчивыми такие превышения становятся при концентрации ¡ихромата калия 10 мг/л. Размерное изменение сохранялось весь пе-!ИОд наблюдения (рис. 1в).

Если повышение средних размеров по ширине клеток можно обь-снить торможением их деления, то увеличение длины может свиде-ельствозать о сохранении или появлении в культуре клона крупных леток, обладающих более еысокой резистентностью к токсической агрузке.

Максимальная Флуоресценция, определяемая по замедленной флуо-есценции, отражающей активность только живых клеток, в контроль-ж варианте снижалась до минимального значения на 7е сутки, а в альнейшем происходило ее постепенное возрастание до 26 суток. В эисутствие бихромата калия при всех концентрациях почти на все эоки уровень максимальной флуоресценции был ниже, чем в контро-5. За счет различия абсолютных значений, а также за счет смеще-1Я динамики во времени наиболее низкое относительное значение 'ого параметра отмечаюсь на ЗОе сутки при 10 мг/л бихромата каш (6%).

Эффективность фотосинтеза культуры водорослей в в контроле ша наименьшей на 7 сутки, а наибольшей - на 1 и 10е сутки. В 'НсутстЕие бихромата общие тенденции были сходными с изменениями

й.

/

140 120 100 ВО 60 40 20 О

Sc.quodricaudo. Total nmbr. 11.83

Sc.quodricauda>live nmbr. 11.93.

\ / \

Чан V i t >

N \ >-

\ ч

— +—

0 5 10 15 20 25 30 35 days

Д1 mg/l 03 mg/l +10mg/i /

С

о 110 Чг Ю5 * 100 95 90 85

0 5 10 15 20 25 30 35 days

Д1 mg/l 0 3 mg/l +10 mg/l

110

100

90

80

а

t с 70

"5 60

•*>

о 50

К 40

30

20

№ V —г А—г i

\ ¡V

\ \ / \

\ i 1 \ >

\

\ \

\

0 5 10 15 20 25 30 35 doys

Л 1 mg/l 03 mg/l +10 mg/l

140 120 100 80 60 40 20 0

Д '

С 1>

X у <

> + +

Ч Нх +

0 2 4 6 8 10 12 14 16 Cr (mg/cell « 10-7) □ 0.5 mg/l Д1 mg/l 03 mg/l X 6 mg/l +10 гт

Рис.1. Влияние бихромата калия на 5с. диаЗг1саис1а:

а - общая численность клеток; б - доля живых клеток; в - средняя ширина клеток в культуре; г - связь общей численности клеток- с содержанием хрома на клетку.

в контроле, но диапазон изменений был шире. С увеличением действующей концентрации средние значения эффективности фотосинтеза возрастали.

Был проведен эксперимент по определению накопления клетками хрома на разные сроки экспозиции. Результаты показывают, что уровень металла в клетках был изменчив зо времени, но в целом при больших концентрациях накопление было более высоким.

Связь общей численности клеток с содержанием хрома на единицу сухой массы культуры и на отдельную клетку имела высокую степень негативной корреляции (рис. 1г.).

Таким образом, изменения относительных значений параметров, характризующих состояние аппарата фотосинтеза, при воздействии токсиканта изменялись в соответствие с фазной динамикой, как и численность клеток водорослей. Основные тенденции при интоксикации заключались в повышенном содержании хрома в клетках, снижении общей численности клеток, уменьшении доли живых в культурах, увеличении средних размероз клеток и в снижен™ максимальной флуоресценции. Оставшиеся живыми клетки очевидно составляют наиболее резистентную фракцию культуры и могут сохранять зосстановительный потенциал популяции при изменениях факторов окружающей среды.

Изменения флуоресценции пигментов и их содержания в клетках свидетельствуют о нарушении функции фотосинтетических пигментов и о перестройках в электрон-транспортной цепи. Нарушение фотосинтеза может быть одной из причин гибели клеток при интоксикации. Использование диурона в качестве ингибитора системы транспорта электронов на фоне действия бихромата калия подтвердило сходство механизмов действия обоих агентов.

Задачей следующего этапа работы послужило сравнительное исследование изменения структурно - функциональных характеристик культуры водорослей в процессе ее восстановления после воздействия бихромата калия.

Последствия действия бихромата калия на культуру водоросли 5с.циа(1г1саис1а после прекращения токсикологической нагрузки.

Серии опытов были проведены осенью (в сентябре - ноябре) и зеской (в феврапе - апреле).

Из всех концентраций клетки пересаживались в среду без до-

базления токсиканта и наблюдение продолжалось еще е течение 34 -35 суток. Поскольку исходная численность клеток в каждом из вариантов была различной, то динамика общей численности оценивалась по отношению к численности на первые сутки, а не в контроле.

В чистой среде культуры, выращенные из клеток, подвергавшихся воздействию в концентрациях 0,5 и 1 мг/л, мало отличались от контрольных культур по исходной численности клеток и по их размерам. После концентраций 3, 6 и 10 мг/л культуры до ЗОх суток оставались преимущественно угнетенными, котя степень угнетения была слабее, чем в токсичной среде (рис.2а). Достоверными отличия"численности были в отдельных пробах в весеннем опыте. После 30-32х суток численность клеток в опытных пробах превышала численность в контроле в весеннем, но не в осеннем эксперименте.

Доля живых клеток в культурах после перемещения в чистую среду при концентрации бихромата 1 мг/л мало отличалась от контроля весь период наблюдения. При концентрациях 3 и 10 мг/л доля живых клеток приближалась к 90% через 10 суток нахождения культуры в чистой среде и не опускалась ниже 97% весь оставшийся период (ркс.2б).

Размеры клеток в культурах, перемещенных из среды с 1 мг/л бихромата калия, от контроля отличались незначительно. После концентраций 3 и 10 мг/л отличие клеток по ширине наблюдалось в большинстве проб, причем в перемещенных культурах размеры клеток, были болызе, чем е контроле при одинаковой общей численности. К исходу наблюдения превышение было пропорционально концентрации, из которой производилось перемещение культур.

Максимальная флуоресценция возрастала с ростом численности культур и ее динамика в опытных•пробах по отношению к контролю также имела фазный характер. В заключении наблюдения превышение контроля сохранялось, в среднем пропорционально общей численности клеток в культурах.

Эффективность Фотосинтеза экспонировавшихся культур изменялись за срок наблюдения, причем по отношению к контролю отмечались снижения и подъемы ее величины. Стабилизация наступает быстрее при малых концентрациях. При концентрациях 6 и 10 мг/л достоверное превышение контроля при завершении наблюдения на 35е сутки отмечено в весенней и осенней сериях опытов.

Таким образом после 10 мг/л пергую неделю общая численность

и количество живых клеток мало изменяются при практическом отсутствии мертвых. С 7 суток начинается возрастание общей численности и количества мертвых клеток. Средние размеры клеток несколько уменьшаются. Увеличение численности и уменьшение размеров может быть следствием прекращения торможения деления клеток. Начиная с 15 суток возрастание общей численности становится особенно интенсивным при сохранении малой доли погибших клеток. Размеры клеток увеличиваются. Это все может свидетельствовать о постепенной нормализации процессов роста и деления клеток даже после такой высокой токсикологической нагрузки, как 10 мг/л, однако рзз-меры клеток, как уже отмечалось выше, остаются измененными весь период наблюдения, что может свидетельствовать о появлении в культуре клона особо крупных клеток.

Угнетенность культур, сохраняющаяся после их перевода в чистую среду, проявлялась 4-5 недель и может обуславливаться материальной и функциональной кумуляцией з результате интоксикации. Восстановление культуры быстрее происходило весной, чем осенью. Причем восстановление происходило за счет роста численности ток-сикорезисгентных крупных клеток. Предположение о возможном повышении токсиксрезистентности культуры после экспозиции в раотзоре бихромата калия послужило основой следующей серии исследований.

Изменения в культуре водорослей после ее перевода в иную концентрации бихромата калия.

В серии опытов, где производилась пересадка клеток из концентрации 1 мг/л в другие концентрации бихромата калия, выявлялось общее повышение резистентности экспонированной культуры, выражающееся в активном росте численности клеток при концентрациях 1 и 3 мг/л и замедлении снижения численности при 10 мг/л.

После перевода в концентрацию 3 мг/л динамика отличалась от наблюдавшейся при экспозициях в этой концентрации неадаптированных культур, где происходило устойчивое снижение абсолютной и относительной численности во Есех испытаниях. В концентрации 10 мг/л после перевода более высокая, чем в контроле, численность клеток оставалась постоянной ка протяжении 3 суток. После Зх суток численность клеток начинает снижаться и к 10 суткам устанавливается новый уровень численности, который остается неизменным

по 25 сутки. Затем происходит дальнейшее снижение численности клеток (рис.3).

Учет соотношения живых и мертвых клеток в этом опыте показал, что в куль турах при 1 мг/л и пересаженных в раствор 3 мг/л отличий от контроля не наблюдается. После пересадки в 10 мг/л первые сутки почти все клетки оставались живыми. Доля мертвых и отмирающих клеток возрастала, начиная с 6-7х суток, а доля жиеых постепенно снижалась до 25х суток. На ЗОе сутки отмечено повышение доли живых до 62Х от общей численности.

Максимальная флуоресценция имела тенденцию снижаться в течение срока опыта. Интенсивность снижения соответствовала общей численности культуры и возрастала с увеличением концентраций.

Эффективность фотосинтеза при концентрациях 1 и 3 мг/л отклонялась от контроля на незначительные, хотя и достоверные величины. В обоих концентрациях в конце наблюдения имело место слабое угнетение. При концентрации 10 мг/л после некоторого угнетения со 2х по 10е сутки устанавливалось небольшое превышение контроля, которое сохранялось до конца наблюдения.

Приведенные результаты свидетельствуют о некотором повышении резистентности клеток водорослей в культуре в процессе ж инкубации при низких концентрациях бихромата калия. Особенно наглядным повышение резистентности было в растворе с концентрацией 3 мг/л. Если в заключении постоянного воздействия раствором бихромата 3 мг/л (на 33 сутки) общая численность клеток была почти в 5 раз ниже общей численности в контроле, а доля жиеых из них составляла около 60%, то после предварительной экспозиции в 1 мг/л почти весь срок при 3 мг/л общая численность клеток превышала этот параметр в контроле. Живыми из них было не менее 96%. .

При переводе клеток в раствор 10 мг/л повышение резистентности по сравнен™ с неадаптированной культурой выражается в повышении доли живых клеток з пробах начиная с 10х суток наблюдения.

Обсуждение результатов.

Таким образом, изменение размеров клеток происходило одновременно с изменением их общего числа в культуре. Взаимосвязь абсолютных значений ширины клеток и их численности в культуре позволяет выявить различный характер этой связи в зависимости от

Sc.quadricaudo. Total nmbr. 111.93

Sc.quodricauda. Alive nmbr. 111.93

0 5 10 15 20 25 30 35 40 days

□ control Д1 mg/l 03 mg/l +10 mg/l

Рис.2. Изменение характерно' после прекращения токсическ а - общая численность клето:

Sc.quadricauda. Total nmbr. IV.93. 1600 ■

110

100 90 80 70 60 50 40 30

А [ 3 .

ч \ I > 1

1 1 \ i

If

« /

0 5 10 15 20 25 30 35 40 days

Q control Д1 mg/l 03 mg/l +10 mg/l

:ик культуры Sc. quadricauda oil нагрузки:

б - доля живых клеток.

Sc.quodricauda. W/Nmbr.

135

130

125

о i. 120

с

о

и 115

к

JL 110

"Л

Î 105

и

о 100

95

+

-1

+

+ 1 О >

0 >

+ о

* +

—<

0 5 10 15 20 25 30 35 days

control Д1 mg/l 03 mg/l +10 mg/l

Рис.3. Изменение общей численно: клеток Sc. quadricauda после ne; ездки из концентрации бихромата лия 1 мг/л Е другие концентрации

О 20 40 60 80 100 120 140 Nmbr. х on control. 0 3 mg/l +10 mg/l

■тл Рис.4. Связь средней ширины ё- клеток Sc. quadricauda с общей численностью при действии бихромата калия.

концентрации токсического агента. Существование корреляции между численностью клеток и их шириной наблюдается только при концентрациях бихромата 1 и 3 мг/л. В контроле и при концентрации бихро-мата 10 мг/л корреляци не отмечено.

Увеличение относительных размеров клеток происходило одновременно с уменьшением их относительного числа в культурах (рис. 4). Это может свидетельствовать о том, что эти оба изменения взаимосвязаны между собой, и токсичность влияет на эти характеристики одновременно.

Наблюдаемые структурно-морфологические нарушения представляют собой итог изменений при токсическом воздействии скорости роста клеток,' их деления и отмирания. Уменьшение численности клеток в культуре может быть результатом замедления их роста и деления и ускорения гибели. Обратная корреляция относительных размеров и численности клеток может быть следствием более сильного подав-ления~укл§ток, чем их роста, в результате чего появление более мелких молодых клеток заторможено по сравнению с аналогичным параметром в контроле.

Вместе с тем, не исключены и другие, помимо торможения деления, причины увеличения относительных размеров клеток в культурах при действии токсиканта. В частности, возможно, что более крупные клетки обладают более высокой токсикорезистентностью и способны более длительное время противостоять токсической нагрузке. В пользу этого допущения свидетельствует увеличение не только ширины, но и длины клеток.

Сопоставления динамики изменений в опыте и контроле, числен-ностей живых и мертвых клеток, абсолютной и относительной чисден-ностей клеток с их морфологическими характеристиками и параметрами функционирования фотосинтетического аппарата дают возможность выявить существование взаимосвязи между некоторыми из них (табл.). Тем не менее, низкое значение коэффициентов корреляциии между величинами характеристик не свидетельствует об отсутствие количественной связи между ними. Такая связь может носить более сложную закономерность.

Наблюдаемые закономерности показывают, что с повышением токсической нагрузки положительные корреляции между характеристиками постепенно переходят в негативные. Перемещение из токсичной среды в чистую приводит к быстрому восстановлению положитель-

Таблица. Взаимные корреляции значений характеристик клеток и культур водорослей ЗсепесЗеяпиз диасЗг1саиаа при действии бихромата калия.

Сопоставляемые характеристики Конц-ии К2СГ2О7 (мг/л)

0 1 1 3 1 10

1 1 2 3 4 1 -5 1 6

Общая численность клеток 1 Число живых 1 клеток 0,999 0,999 ! 0,836 1 0,418

1 Ширина 1 клеток 0,330 0,865 1 0,820 1 -0,02

1 Эффективность 1 фотосинтеза 0,121 0,253 1 -0,140 1 0,145

1 Максимальная 1 флуоресценция 0,934 0,918 1 -0,050 1 0,210

Число живых клеток 1 Ширина 1 клеток 0,453 0,842 1 0,514 1-0,928

1 Эффективность 1 фотосинтеза 0,164 0,237 1 -0,154 1 0,713

1Максимальная 1 флуоресценция 0,934 0,849 1 -0,477 1 0,840

Ширина кдеток (Эффективность 1фотосинтеза -0,375 0,024 1 -0,190 1-0,720

1Максимальная 1флуоресценция 1 0,414 0,630 1 0,294 1-0,820

После перевода в чис -узо среду

Общая численность клеток 1 Число живых 1 кяеток 1________ ■ _ 0,999 0,999 1 0,959 1 0,999

1 Ширина 1 клеток 0,384 0,615 1 0,595 1 0,229

1 Эффективность 1 фотосинтеза 0,133 0,390 1 0,452 1 0,519

1Максимальная 1 флуоресценция 1------------- 0,942 0,905 1 0,979 1 0,989

продолжение табл.

--------- 1 !-------------11 2 1 3 ------- 4 ------- 5 -------1 6 | ____|

Число ' живых клеток 1 Ширина 1 1 клеток 1 0,495 0,683 1______ 0,638 | 1 0,365

1 Эффективность 1 1фотосинтеза 1 -0,066 0,423 0,502 0,547

1Максимальная 1 1 флуоресценция 1 0,307 0,877 0,959 0,988

Ширина клеток 1 Эффективность 1 1фотосинтеза 1 -0,045 1 -0,07 0,275 1 0,352

(Максимальная 1 1 флуоресценция 1 0,640 1 1 0,532 0,745 1 1 0,290

после перевода культуры из раствора 1 иг/л в другие концентрации бихромата калия.

Общая численность клеток 1 Число живых 1 1 клеток 1 0,999 1 1 0,999 1 0,999 1 1 0,963

1 Эффективность 1 1 фотосинтеза 1 -0,267 ! 1-0,627 1 1-0,523 1 1-0,314

¡Максимальная 1 1 флуоресценция 1 0,960 1 1 0,972 1 1 0,950 1 1-0,695

Число живых клеток I 1 Эффективность 1 1 фотосинтеза ! -0,264 1 1-0,623 1 1-0,537 1 1-0,271

1 Максимальная 1 1 флуоресценция 1 ..I 1 0,961 1 1 0,973 I 1 1 0,944 | 1 1-0,692 I

ных корреляций даже после воздействия высоких концентраций бихромата. Особенно быстры эти переходы для функциональных характеристик.

Перемещение культур из раствора 1 мг/л в другие концентрации бихромата калия приводит к тому, что положительная корреляция сохраняется даже при концентрации 10 мг/л.

Таким образом, существующая ззаимосзязанность между различными характеристиками культуры водорослей находит отражение в величине коэффициента корреляции между ними. Токсическая нагрузка и изменение ее режима вызывает не только изменение абсолютной величины коэффициентов, но и изменение их знаков. Причиной таких изменений может быть изменение как абсолютных, величин характеристик, гак и смещение их во времени.

ВЫВОДЫ

1. Токсикорезистентность водоросли Scenedesmus quadricauda к бихромагу калия изменяется от сезона к сезону, причем резистентность в целом оказывается наименьшей зимой (февраль), а наибольшей - осенью (сентябрь-октябрь).

2. При действии малых концентрации (до 1 мг/л) со временем имеют место периоды угнетения и стимуляции общей численности клеток в культурах по сравнению с контролем, а при больших концентрациях отмечается почти исключительно снижение относительной численности. Особенно существенно снижается численность живых клеток (до 3Z от численности в контроле).

3. Относительные размеры клеток при токсическом воздействии оказываются увеличенными, пр;г-:ем аирикз изменяется существеннее, чем длина (до 131% от контроля), и ее отклонение от контроля оказывается достоверным в большем числе проб, что меже? объясняться как торможением деления клеток, так и отбором более крупных из :-:::>:. обладающих повышенной токсикорезистентноотью.

4. При воздействии на культуру бихромата калия в среднем диапазоне концентрации (1-3 мг/л) наблюдается положительная корреляции общей численности клеток и их размеров. Е то же время наблюдается обратная корреляция относительных (по сравнению с контролем) размеров и общей численности клеток в куль-туре водо-

рослей при токсическом воздействии, причем закономерность взаимосвязи оказывается единой для разных концентрации токсиканта.

5. Содержание хрома в клетках водорослей при всех концентрациях изменяется с чередующимися подъемами и снижениями. Связь общей относительной численности клеток в культурах с содержание) хрома в расчете на одну клетку имеет негативный характер и моке: быть описана уравнением экспоненциальной регрессии.

6. Фракция резистентных клеток в культуре водорослей, сохранившаяся после длительной токсической нагрузки (до 35 сут.) даю высокой интенсивности (до 10 мг/л бихромата калия), сохраняв' репродуктивный потенциал и способна после перемещения в чисту! среду обеспечить восстановление культуры по основным свойства мало отличающуюся от контрольной культуры.

7. Наблюдается положительная статистически достоверная корреляция между количественными значениями некоторых характеристи] клеток и культуры водорослей. Токсическое воздействие изменяв1 величину, а иногда и знак корреляций. Перемещение в чистую сред; приводит к восстановлен!-! нарушенных корреляций.

8. Культура теток водорослей, сформировавшаяся в условия: относительно слабого токсического воздействия (1 мг/л бихромат, калия), приобретает свойства повышенной резистентности к средни токсическим нагрузкам (3 мг/л бихромата катая) по параметрам об щей численности клеток, доли живых в проба-:, и по размерным ха рактеристикам клеток. Повышение резистентности к длительной ин тенсивной нагрузке (10 мг/л бихромата калия) выражается в увели чении доли живых клеток в период с 10х суток экспозиции.

9. Результаты исследования содержания фотосинтетических пиг ментов (хлорофиллов а и Ь, каротиноидов) и замедленной фхуорес ценции клеток дают основание полагать, что бихромат калия, анало гично диурону, вызывает нарушение фотосинтеза путем ингибировани системы транспорта электронов и провоцирует компенсаторное увели чение содержания пигментов в клетках.

СПИСОК СТАТЕЙ ПО МАТЕРИАЛАМ РАБОТЫ, ПРЕДСТАВЛЕННЫХ В ПЕЧАТЬ

1. Артюхова В.И., Дмитриева А.Г., Филенко О.Ф., Чжао Ецзюнь. Изменения в культуре клеток водоросли Зсепеёезтиэ диайг1-сзийа при воздействии бихроматз калия. - 12 стр.

2. Артюхова В.И., Дмитриева А.Г., Филенко О.Ф., Чжзэ Ицгюкь. Последствие действия бихрсмата калия на культуру водоросли ЗсепесЗезшБ аиас!г1саис1а при изменении токсикологической нагрузки. - 14 стр.

Тираж 100 экз.