CC BY
32Муфтиева Р.Р., магистрант Мусифуллина Г.А., магистрант Валиева Ч.З., магистрант ФГБОУВО «БГПУ имМ.Акмуллы»
(Уфа, Россия)
ОЦЕНКА ТОКСИЧНОСТИ СОЛЕЙ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ НА РОСТ И РАЗВИТИЕ CHLORELLA
VULGARIS
Аннотация: в статье рассматривается оценка токсичности солей тяжелых металлов на рост и развитие Chlorella vulgaris.
Ключевые слова: Chlorella vulgaris, влияние солей тяжелых металлов, биотестирование.
На ранних стадиях своего развития человек непрерывно испытывал воздействие негативных природных факторов. В условиях современного мира к ним прибавились многочисленные факторы техногенного происхождения. Источниками загрязнений являются практически все виды деятельности человека - от бытовой до производственной. Промышленные предприятия, увеличиваясь с каждым годом, производят все большее количество сбросов и выбросов, загрязняющих окружающую среду. Среди этих загрязнителей самыми устойчивыми являются тяжелые металлы [7].
Тяжелые металлы в высоких концентрациях могут подавлять рост и размножение микроорганизмов, проявляя статический эффект, либо вызывать их гибель. В малых же концентрациях они необходимы всему живому, так как являются микроэлементами, входящими в состав различных соединений, участвуют в важнейших биологических процессах и таким образом поддерживают гомеостаз организма [3].
Изучение влияния солей тяжелых металлов на живые организмы в наше время является достаточно актуальным, так как загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами с каждым годом увеличивается в силу развития промышленности. Для определения путем биотестирования токсичности солей тяжелых
металлов на живые организмы, тест-объектом выбрана одноклеточная водоросль Chlorella vulgaris, так как у них короткий жизненный цикл, что позволяет наблюдать изменения. Материалы и методы:
При определении токсичности солей тяжелых металлов использовался метод биотестирования. Было изучено влияние следующих солей: FeSO4 x H2O, MnSO4 x H2O, CuSO4 x 5H2O, ZnSO4 x 7H2O, NiSO4 x 7H2O в следующих концентрациях (мг/л): 0,001; 0,01; 0,1; 1,0; 5,0; 10,0; 15,0. Концентрация рассчитывалась по иону соответствующего металла.
Для этого были приготовлены вытяжки хлореллы в плоскодонной колбе с 1 л питательной среды Болда. Ее приготовление начинается с подготовки маточных растворов макро- и микроэлементов [6].
Растворы макроэлементов (по 400 мл каждый):
1) NaNO3 - 10 г
2) KH2PO4 - 7,0 г
3) K2HPO4 - 3,0 г
4) MgSO4 x 7H2O - 3,0 г
5) CaCl2 x2H2O - 1,0 г
6) NaCl - 1,0 г
Растворы микроэлементов (по 1 л каждый):
1) ЕДТА - 50,0 г; KOH - 31,0 г
2) FeSO4 x 7H2O - 4,98 г (999 мл H2O и 1 мл концентрированной H2SO4)
3) H3BO3 - 11,42 г
4) ZnSO4 x 7H2O - 8,82 г; MnCh x 4H2O - 1,44 г; MoO3 - 0,71 г; CuSO4 x 5H2O - 1,57 г; Co(NO3)2 x 6H2O - 0,49 г (999 мл H2O и 1 мл концентрированной H2SO4)
Для приготовления питательной среды к 940 мл дистиллированной воды добавили по 10 мл каждого из шести растворов макро- и по 1 мл каждого из четырех растворов микроэлементов [4; 5].
Стерильную колбу со средой простерилизовали в автоклаве при температуре 121оС в течение 20 мин. В предварительно остуженную после стерилизации питательную среду добавили 15
мл культуральной жидкости Chlorella vulgaris. Культуру водорослей проращивали в течение 7 дней.
После приготовления растворов солей тяжелых металлов подготовили пробирки для посева. Для этого их промыли дистиллированной водой, высушили. Закрыли ватно-марлевыми пробками. Затем простерилизовали в автоклаве при температуре 121 оС в течение 20 мин [6].
В пробирки разлили по 5 мл раствора и 1 мл вытяжки хлореллы. Опыт проводили в трех повторностях. В качестве контроля использовали водопроводную воду. Закрыли пробирки ватно-марлевыми пробками, подписали (соль, концентрация, номер повторности, дата приготовления, фамилия). Инкубировали в течение 14 дней на свету при комнатной температуре. Во время инкубации необходимо периодически встряхивать пробирки, чтобы не образовался осадок из клеток.
В последний день инкубации были приготовлены временные препараты водорослей из каждой пробирки. Просмотр препаратов осуществляли с использованием микроскопа Axio Imager А2 с реализацией дифференциально-интерференционного контраста с камерой Axio Cam MRс при увеличении x1000.
Результаты исследований
В ходе проведения экспериментов оценивали токсичность солей тяжелых металлов (FeSO4 x H2O, MnSO4 x H2O, CuSO4 x 5H2O, ZnSO4 x 7H2O, NiSO4 x 7H2O) на рост и развитие одноклеточной зеленой водоросли Chlorella vulgaris.
Наблюдали указанные ниже отрицательные влияния тяжелых металлов на Chlorella vulgaris.
Сульфат железа (FeSO4) начинал оказывать губительное воздействие на хлореллу при концентрации 0,1 мг/л: вызывал плазмолиз, разрушал клеточную оболочка и приводил к гибели организма. Первые две концентрации (0,001 и 0,01 мг/л) не являлись токсичными и не оказывали негативного влияния на тест-объект [2].
Сульфат марганца (MnSO4) оказался слабым токсикантом и начинал оказывать отрицательное влияние только с концентрации 15 мг/л, при которой отмечался плазмолиз. В меньших концентрациях марганец являлся микроэлементом и не влиял на
рост и развитие хлореллы. При концентрации 0,1 мг/л уже наблюдалось образование автоспор.
Сульфат меди (CuSO4) оказался одним из самых токсичных металлов, использованных в ходе эксперимента. Сульфат меди проявлял ингибирующий эффект уже при концентрации 0,01 мг/л. Начиная с этой концентрации, происходил плазмолиз и наблюдалась гибель клеток.
Сульфат никеля (N^04) оказывал негативное воздействие уже с малых концентраций. При концентрациях 0,001 и 0,01 мг/л гибели клеток не происходило, но отмечалось влияние на морфологию клеток - под воздействием никеля клетки из круглых приобретали овальную форму. Концентрации 0,1 мг/л и больше оказывали элиминирующее воздействие [1].
Сульфат цинка (ZnSO4) при концентрациях 0,001-0,1 мг/л не оказывал негативного воздействия на морфологию клеток. Но при концентрации 0,1 мг/л отмечалось образование автоспор, из чего мы сделали вывод, что это является одним из методов адаптации хлореллы к влиянию тяжелых металлов. При концентрации 1,0 мг/л сульфат цинка начинал оказывать ингибирующий эффект на клетки тест-организма. При концентрациях 5 мг/л и выше наблюдали сильный плазмолиз клеток, который приводил к их полной гибели.
Заключение
Таким образом, выявили, что наиболее опасными и токсичными для клеток хлореллы являлись концентрации 0,01-15 мг/л сульфата меди, 0,1- 15 мг/л железа и 10-15 мг/л цинка.
Высоко токсичны - концентрации 0,1-15 мг/л никеля, 0,1- 5 мг/л цинка и 15 мг/л марганца. При этих концентрациях сульфаты металлов вызывают плазмолиз клеток и провоцируют их гибель.
Растворы марганца в концентрациях 1-10 мг/л, цинка 0,01 мг/л и никеля 0,001 мг/л оказывали среднюю токсичность. Это выражалось в высокой степени плазмолиза, более заметной гибели клеток тест-организма, а также в изменении морфологии клеток.
Низкой токсичностью обладали растворы сульфатов меди (0,001 мг/л), никеля (0,01 мг/л), цинка (0,001 мг/л) и марганца (0,001-0,01 мг/л).
В пределах нормы находились концентрации 0,01 мг/л железа и 0,1 мг/л марганца. Эти значения являются ПДК данных металлов в питьевой воде (СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода и водоснабжение населенных мест»; ПДК железа Fe - 0,3 мг/л; ПДК марганца Мп - 0,1 мг/л), и поэтому результаты схожи с контрольными значениями.
Стимулирующее действие оказывали только концентрации 0,001 мг/л FeSO4. В этом случае процент живых клеток превышал норму.
По полученным данным LC50 и LC100 была составлена экотоксикологическая диаграмма.
Мп804
10
ZnSO4
10
FeSO4
LC100 LC50
NiSO4
15
CuSO4
Рис. 1. Экотоксикологическая диаграмма Chlorella
vulgaris
LC100 для MnSO4 не удалось выявить, так как даже максимальная концентрация, использованная в эксперименте (15 мг/л), не вызывала 100%-ю гибель клеток хлореллы.
По результатам проведенного эксперимента был составлен градиент токсичности солей тяжелых металлов для Chlorella vulgaris по мере их убывания: Cu - Fe - Zn - Ni - Mn.
ЛИТЕРАТУРА
1. Абрамова, Э.А., Иванищев, В.В. Влияние различных солей никеля на характеристики проростков вики // Современные проблемы науки и образования. - 2012. - Вып. 4. - С. 1-8.
2. Ананьева, А.Ю. Влияние сульфатов железа (II) и (III) на интенсивность перекисного окисления липидов в проростках тест-культуры ячменя // Современные аспекты изучения экологии растений: Материалы Международного дистанционного конференции-конкурса научных работ студентов, магистрантов и аспирантов им. Лилии Хайбуллиной. - Уфа: Изд-во БГПУ, 2013. -С. 4-7.
3. Бершова, О.И. Микроэлементы и почвенные микроорганизмы. - Киев: АН Украинской ССР, Наукова думка. 1967. - 190 с.
4. Виноградов, А.П. Основные закономерности распределения микроэлементов между растениями и средой / А.П. Виноградов // Микроэлементы в жизни растений и животных. - М., 1952. - С. 7-21.
5. Гайсина, Л.А, Хайбуллина, Л.С. Влияние тяжелых металлов на морфологию почвенной водоросли Xanthonema exile (Klebs) Silva (Xanthophyta) // Почвоведение. - 2007. - №3. - С. 343347.
6. Гайсина, Л.А., Фазлутдинова, А.И., Кабиров, Р.Р. Современные методы выделения и культивирования водорослей: учебное пособие. - Уфа: Изд-во БГПУ, 2008. - 152 с.
7. Дмитриева, А.Г., Кожанова, О.А., Дронина, Н.Л. Физиология растительных организмов и роль металлов. - М.: Изд-во МГУ, 2002. - 160 с.
