Особенности пигментной системы Lemna minor при воздействии ионов меди

Проблема загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами (ТМ) весьма актуальна. В результате антропогенного воздействия наблюдается избыточное поступление металлов в экосистемы, что приводит к нарушению жизненно важных функций у большинства организмов.

Способность растений накапливать ТМ и быть устойчивыми к их избытку является отражением их индивидуальности [4]. Существуют различные технологии очистки окружающей среды от ТМ с помощью растений. Кроме того, растения могут быть использованы для индикации загрязнения почвы и воды ТМ.

Наиболее перспективным методом исследования загрязнения вод является биотестирование — процедура установления токсичности среды с помощью тест-объектов, сигнализирующих об опасности независимо от того, какие вещества и в каком сочетании вызывают изменения жизненно важных функций у тест-объектов [5].

Одним из распространенных тест-объектов является высшее водное растение семейства Lemnaceae (Рясковые) — Lemna minor , которое характеризуется простотой строения, быстротой размножения и высокой чувствительностью.

Целью данного исследования является определение токсического действия различных концентраций ионов меди на содержание пигментов у Lemna minor .

Медь — биогенный металл, важный для метаболизма, роста и развития растений, является кофактором ряда ферментов, вовлекается в процессы фотосинтеза и дыхания. Медь необходима растениям в следовых количествах, при повышенных концентрациях отмечается токсическое действие [6].

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Исследования проведены в модельных экспериментах. Растение Lemna minor выдерживали в растворе сульфата меди с концентрацией 1,6×10^-6 М, 1,6×10^-5 М, 1,6×10^-4 М, 1,6×10^-3 М, 2×10^-3 М, 4×10^-3 М, 8×10^-3 М, 0,016 М, 0,02 М, 0,04 М, 0,08 М (в пересчете на медь). Все растворы готовили на питательной среде Штейнберга. Контролем служили растения, выдержанные на питательной среде. Для исследования брали растения ряски с 2— 4-мя дочерними листецами. Время интоксикации 7 суток.

В конце седьмого дня подсчитывали количество листецов, отмечали их окраску и другие видимые изменения. Рассчитывался коэффициент роста [3]:

t

Количество пигментов в растениях Lemna minor определяли экстрактным спектрофотометрическим методом в 100%-м ацетоне на спектрофотометре SPEСORD 30 [1]. Содержание хлорофиллов и суммы каротиноидов рассчитывали по формуле Лихтенталера для 100%-го ацетона [2]:

Хл а = 11,75Е662 – 2,35Е645, мг/л,

Хл b = 18,61Е645 – 3,96Е662, мг/л.

1000 E - 2,27 Хла - 81,4 Хлb

Сумма каротиноидов =       ⁴⁷⁰₂₂₇             , мг/л.

Все определения выполнены в трех биологических и четырех аналитических повторностях. Достоверность различий между двумя вариантами определяли с помощью непараметрического критерия Манна—Уитни.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

У растений Lemna minor , культивированных в растворах меди с концентрацией 1,6×10^-6—1,6×10^-4 М, видимых изменений не наблюдали, при этом отмечено снижение коэффициента роста на 41—67% относительно контроля.

При концентрации 1,6×10-3 и 0,002 М наблюдалось побледнение листьев от края к центру, колонии ряски распадались на отдельные листецы. Коэффициент роста снижался при этом на 87% относительно контроля.

При более высоких концентрациях ионов меди (0,004—0,08 М) отмечается полное обесцвечивание листецов Lemna minor и наблюдается прекращение роста (рис. 1), что свидетельствует о токсическом действии меди (табл. 1).

Таблица 1

Реакция Lemna minor на различные концентрации ионов меди

Концентрация, М	Тестовые реакции			Коэф. роста
	Окраска листецов	Рассоединение листецов	Реакция листецов
Контроль	Зеленая	Нет	Нет	15,6
1,6 × 10-6	Зеленая	Нет	Нет	9,1
1,6 × 10-5	Зеленая	Нет	Нет	7,0
1,6 × 10-4	Зеленая	Нет	Нет	5,1
1,6 × 10-3	Бледно-зеленая	Частичное	Листья бледнеют от края к центру	3,3
2 × 10-3	Бледно-зеленая	Частичное	Листья бледнеют от края к центру	2,0
4 × 10-3	Белая	Есть	Листья побледнели	1,0
8 × 10-3	Белая	Есть	Листья побледнели	0,4
0,016	Белая	Есть	Листья побледнели	0,4
0,02	Белая	Есть	Листья побледнели	0,0
0,04	Белая	Есть	Листья побледнели	0,0
0,08	Белая	Есть	Листья побледнели	0,0

Рис. 1. Влияние меди на коэффициент роста Lemna minor

Рис. 2. Содержание хлорофилла a и b в листецах Lemna minor

Рис. 3. Содержание суммы каротиноидов в листецах Lemna minor

У опытных растений Lemna minor выявлено однозначное влияние ионов меди на параметры пигментного аппарата.

У растений, выдержанных при концентрации ионов меди 1,6 × 10^-6 М количество хлорофилла a возросло на 5% относительно контроля. При высоких концентрациях ионов меди в среде (1,6 × 10^-5—0,08 М) наблюдается снижение количества хлорофилла а и b до 28— 89% (рис. 2), каротиноидов — до 70% относительно контроля, что может стать причиной изменения интенсивности фотосинтеза (рис. 3).

Таким образом, ион меди оказывает токсическое действие на растения Lemna minor , что сказывается на процессе роста и содержании пигментов, подавляя процесс фотосинтеза.