Особенности воздействия ионов меди и стронция на ряску малую (Lemna minor L.)

Автор: Боднарь Ирина Сергеевна, Чебан Евгения Васильевна, Зайнуллин Владимир Габдуллович

Журнал: Принципы экологии @ecopri

Рубрика: Оригинальные исследования

Статья в выпуске: 2 (27) т.7, 2018 года.

Бесплатный доступ

В данной работе изучены морфометрические изменения и уровень окислительного стресса при воздействии ионов стронция и меди на лабораторную культуру ряски малой (Lemna minor L.). Медь обладает чрезвычайной реакционной способностью, поэтому более токсична для ряски, чем стронций. Показано, что угнетение удельной скорости роста относительно контроля произошло при внесении 0.6 ммоль/л стронция и 3.15 мкмоль/л меди (p ≤ 0.05). Повреждения в виде хлорозов появились при 0.3 ммоль/л стронция, 0.21 мкмоль/л меди. В градиенте концентраций при воздействии стронция изменилась окраска растений от зелено-желтой до желтой. Медь привела к побурению листовых пластинок (фрондов), корни побелели и отмерли при низких концентрациях (от 0.3 мкмоль/л). При высоких концентрациях ионов меди и стронция все растения некротически повреждены. Установлено, что при воздействии тяжелых металлов сократилась средняя площадь фрондов. Минимальная площадь наблюдалась при внесении 1.1 ммоль/л стронция и 5 мкмоль/л меди (начальная площадь уменьшилась на 23 и 42 % соответственно). Увеличение внутриклеточного уровня тяжелых металлов привело к нарушению окислительно-восстановительного баланса и накоплению активных форм кислорода. Уровень малонового диальдегида, маркера окислительного стресса, возрастал при увеличении концентрации металлов в среде (p ≤ 0.05). Медь является более редокс-активным металлом, чем стронций. Установлено, что уровень МДА статистически значимо выше по сравнению с контролем начиная с 0.63 ммоль/л стронция и 5 мкмоль/л меди (p ≤ 0.05).

Еще

Ряска малая, фитотоксичность, медь, стронций, окислительный стресс

Короткий адрес: https://sciup.org/147231212

IDR: 147231212

Список литературы Особенности воздействия ионов меди и стронция на ряску малую (Lemna minor L.)

  • Евсеева Т. И., Белых Е. С., Майстренко Т. А. Закономерности индукции цитогенетических эффектов у растений при действии тяжелых металлов [Regularities in the induction of cytogenetic effects in plants under the action of heavy metals] // Вестник Института биологии. 2005. № 1. С. 2-;11.
  • Загоскина Н. В., Назаренко Л. В. Активные формы кислорода и антиоксидантная система растений [Reactive oxygen species and antioxidant system of plants] // Вестник МГПУ. Сер.: Естественные науки. 2016. № 2. С. 9-;23.
  • Иванов В. Б., Быстрова Е. И., Сергин И. В. Сравнение влияния тяжелых металлов на рост корня в связи с проблемой специфичности и избирательности их действия [Comparison of the influence of heavy metals on root growth in connection with the problem of specificity and selectivity of their action] // Физиология растений. 2001. Т. 48. С. 606-;630.
  • Кабата-Пендиас А., Пендиас Х. Микроэлементы в почвах и растениях [Microelements in soils and plants]. М.: Мир, 1989. 439 с.
  • Карпова Е. А., Потатуева Ю. А. Последствия применения различных форм фосфорных удобрений: стронций в системе дерново-подзолистая почва -; растения [Consequences of application of various forms of phosphorus fertilizers: strontium in the sod-podzolic soil system -; plants] // Агрохимия. 2004. С. 91-;96.
  • Кожевникова А. Д., Серегин И. В., Быстрова Е. И., Беляева А. И., Катаева М. Н., Иванов В. Б. Влияние нитратов свинца, никеля и стронция на деление и растяжение клеток корня кукурузы [Effect of lead, nickel and strontium nitrates on the division and extension of corn root cells] // Физиология растений. 2009. Т. 56. № 2. С. 268-;277.
  • Костюк П. Г. Кальций и клеточная возбудимость [Calcium and cellular irritability]. М.: Наука, 1986. 255 с.
  • Литвинович А. В., Лаврищев А. В. Стронций в системе удобрения (мелиоранты)-почва-растения-животные (человек) [Strontium in the system of fertilizer (meliorants)-soil-plants-animals (human)] // Агрохимия. 2008. № 5. С. 73-;86.
  • Молекулярно-генетические и биохимические методы в современной биологии растений [Molecular-genetic and biochemical methods in modern plant biology] / Под ред. Вл. В. Кузнецова, В. В. Кузнецова, Г. А. Романова. М.: БИНОМ, 2011. С. 348-;349.
  • Сапожников Ю. А., Алиев Р. А., Калмыков С. Н. Радиоактивность окружающей среды [Environmental Radioactivity]. М.: БИНОМ, 2006. 286 с.
  • Тахтаджян А. Л. Жизнь растений [Plant life]. М.: Просвещение, 1982. Т. 6. С. 493-;500.
  • Ahsan N., Lee D.-G., Lee S.-H., Kang K. Y., Lee J. J., Kim P. J., Yoon H.-S., Kim J.-S., Lee B.-H. Excess copper induced physiological and proteomic changes in germinating rice seeds // Chemosphere. 2007. Vol. 67. P. 1182-;1193.
  • Baszynski T., Tukendorf A., Ruszkowska M., Skórzynska E., Maksymiec W. Characteristics of the photosynthetic apparatus of copper nontolerant spinach exposed to excess copper // Journal of Plant Physiology. 1988. Vol. 132. P. 708-;713.
  • Ciscato M., Valcke R., van Loven K., Clijsters H., Navari-Izzo F. Effects of in vivo copper treatment on the photosynthetic apparatus of two Triticum durum cultivars with different stress sensitivity // Physiologia Plantarum. 1997. Vol. 100. P. 901-;908.
  • De Vos C. H. R., Schat H., De Waal M. A. M., Voojis R., Ernst W. H. O. Increased resistance to copper-induced damage of the root cell plasmalemma in copper tolerant Silene cucubalus // Physiologia Plantarum. 1991. Vol. 82. P. 523-;528.
  • Gupta M., Cuypers A., Vangronsveld J., Clijsters H. Copper affects the enzymes of the ascorbate-glutathione cycle and its related metabolites in the roots of Phaseolus vulgaris // Physiologia Plantarum. 1999. Vol. 106. P. 262-;267.
  • Halliwell B., Gutteridge J. M. C. Oxygen toxicity, oxygen radicals, transition metals and disease // The Biochemical Journal. 1984. Vol. 219. P. 1-;14.
  • Kanter V., Hausen A., Michalke B., Draxi S., Schäffner A. Caesium and strontium accumulation in shoots of Arabidopsis thaliana: genetic and physiological aspects genetic and physiological aspects // Journal of Experimental. 2010. Vol. 61. № 14. P. 3995-;4009.
  • Küpper H., Kroneck P. M. H. Heavy metal uptake by plants and cyanobacteria // Metal Ions in Biological Systems. 2005. Vol. 44. P. 97-;144.
  • Küpper H., Šetlík I., Šetliková E., Ferimazova N., Spiller M., Küpper F. C. Copper-induced inhibition of photosynthesis: limiting steps of in vivo copper chlorophyll formation in Scenedesmus quadricauda // Functional Plant Biology. 2003. Vol. 30. P. 1187-;1196.
  • Lidon F. C., Henriques F. S. Limiting step in photosynthesis of rice plants treated with varying copper levels // Journal of Plant Physiology. 1991. Vol. 138. P. 115-;118.
  • Lidon F. C., Henriques F. S. Changes in the thylakoid membrane polypeptide patterns triggered by excess Cu in rice // Photosynthetica. 1993. Vol. 28. P. 109-;117.
  • Luna C. M., González A., Trippi V. S. Oxidative damage caused by excess of copper in oat leaves // Plant & Cell Physiology. 1994. Vol. 35. P. 11-;15.
  • Maksymiec W., Russa R., Urbanik-Sypniewska T., Baszynski T. Effect of excess Cu on the photosynthetic apparatus of runner bean leaves treated at two different growth stages // Physiologia Plantarum. 1994. Vol. 91. P. 715-;721.
  • Marschner H., Cakmak I. High light intensity enhances chlorosis and necrosis in leaves of Zn, K and Mg deficient plants // J. Plant. Physiol. 1989. Vol. 134. P. 308-;315.
  • Marschner H. Mineral nutrition of higher plants. Boston, 1995. 889 p.
  • Miller E. K., Blum J. D., Friedland A. J. Determination of soil exchangeablecation loss and weathering rates using Sr isotopes // Nature. 1993. Vol. 362. P. 438-;441.
  • OECD Guidelines for the testing chemicals. Lemna sp. Growth Inhibition Test. Organisation for Economic Co-operation and Development. Paris, 2006.
  • Panou-Filotheou H., Bosabalidis A. M., Karataglis S. Effects of copper toxicity on leaves of oregano (Origanum vulgare hirtum) // Annals of Botany. 2001. Vol. 88. P. 207-;214.
  • Pätsikkä E., Aro E.-M., Tyystjärvi E. Increase in the quantum yield of photoinhibition contributes to copper toxicity in vivo // Plant Physiology. 1998. Vol. 117. P. 619-;627.
  • Pätsikkä E., Kairavuo M., Sersen F., Aro E-M., Tyystjärvi E. Excess copper predisposes photosystem II to photoinhibition in vivo by outcompeting iron and causing decrease in leaf chlorophyll // Plant Phisiolog. 2002. Vol. 129. P. 1359-;1367.
  • Prasad M. N. V., Strzalka K. Impact of heavy metals on photosynthesis // Heavy metal stress in plants. 1999. P. 117-;138.
  • Quartacci M. F., Pinzino C., Sgherri C. L. M., Dalla Vecchia F., Navari-Izzo F. Growth in excess copper induces changes in the lipid composition and fluidity of PSII-enriched membranes in wheat // Physiologia Plantarum. 2000. Vol. 108. P. 87-;93.
  • Sadmann G., Böger P. Copper-mediated lipid peroxidation processes in photosynthetic membranes // Plant Physiology. 1980. Vol. 66. P. 797-;800.
  • Sasmaz M., Obek E., Sasmaz A. Bioaccumulaton of uranium and thorium by Lemna minor and Lemna gibba in Pb-Zn-Ag tailing water // Bull. Environ Contam Toxicol. 2016. Vol. 96. № 3. P. 832-;837.
  • Steinberg R. Mineral requirement of Lemna minor // Plant Physiol. 1946. Vol. 21. P. 42-;48.
  • Stohs S. J., Bagchi D. Oxidative mechanisms in the toxicity of metal ions // Free Radical Biology & Medicine. 1995. Vol. 18. P. 321-;336.
  • Su Y., Maruthi B., Sridhar B., Han F. X., Diehl S. V., Monts D. L. Effect of bioaccumulation of Cs and Sr natural isotopes on foliar structure and plant spectral reflectance of Indian mustard (Brassica Juncea) // Water Air Soil Pollut. 2007. Vol. 180. P. 65-;74.
  • Tsukada H., Takeda A., Takahashi T., Hasegawa H., Hisamatsu S., Inaba J. Uptake and distribution of 90Sr and stable Sr in rice plants // J. Environ. Radio. 2005. Vol. 81. P. 221-;231.
  • Uruç Parlac K., Demirezen Yilmaz D. Response of antioxidant defences to Zn stress in three duckweed species // Ecotoxicology and Environmental Safety. 2012. № 85. P. 52-;58.
  • Vidaković-Cifrek Ž., Tkalec M., Šikić S., Tolić S., Lepeduš H., Pevalek-Kozlina B. Growth and photosynthetic responses of Lemna minor exposed to cadmium in combination with zinc or copper // Arh Hig Rada Toksikol. 2015. Vol. 66. P. 141-;152.
  • White P. J. The pathways of calcium movement to the xylem // Journal of Experomental Botany. 2001. Vol. 52. P. 891-;899.
  • White P. J., Bowen H. C., Demidchik V., Nichols C., Davies J. M. Genes for calcium-permeable channels in the plasma membrane of plant root cells // Biochimica et Biophisica Acta (BBA). 2002. Vol. 1564. P. 299-;309.
  • Yruela I. Copper in plants: acquisition, transport and interactions // Funct. Plant Biol. 2009. Vol. 36. P. 409-;430.
  • Yruela I. Copper in plants // Brazilian Journal of Plant Physiology. Vol. 17. P. 145-;146.
  • Zheng G., Pemberton R., Li P. Bioindicating potential of strontium contamination with Spanish moss Tilandsia usneoides // Journal of Environmental Radioactivity. 2016. Vol. 152. P. 23-;27.
Еще
Статья научная