CC BY
5УДК 58.02
12 3 3
Светлана Евгеньевна Мазина , , , Екатерина Витальевна Козлова , Беандруна
3 3 3
Родлиш Суандзара , Элид Ульрих Бенитсиафантука , Антон Сергеевич Федоров , Алек сандр Валерьевич Северин4, Александр Львович Николаев4, Алексей Владимирович Саранцев4
1ФГУП Научно-технический центр радиационно-химической безопасности и гигиены Федерального медико-биологического агентства, Москва, Россия
Российский государственный аграрный заочный университет, Москва, Россия 3Российский университет дружбы народов, Москва, Россия
4Московский государственный университета имени М.В.Ломоносова, Москва, Россия
17 3
, , [email protected], https://orcid.org/0000-0002-0108-5339 [email protected], https://orcid.org/0000-0003-4325-6930 [email protected], https://orcid.org/0000-0003-3628-9099 [email protected], https://orcid.org/0000-0002-9712-846X [email protected], https://orcid.org/0000-0002-9248-4502 4 [email protected], https://orcid.org/0000-0002-4326-4327 4 [email protected]
4 [email protected], https://orcid.org/0000-0003-1824-1876
Автор, ответственный за переписку: Светлана Евгеньевна Мазина, [email protected]
ЦИАНОБАКТЕРИАЛЬНОЕ СООБЩЕСТВО КАК ОБЪЕКТ ИЗУЧЕНИЯ ВОЗДЕЙСТВИЯ РАДИАЦИИ
Аннотация. В статье рассматривается эффект раздельного воздействие альфа и гамма-излучения на цианобактерии. Культивирование сообщества проводили в жидкой среде
226 137
в присутствии Ra и при внешнем гамма воздействии излучением источника Cs. В качестве отклика на воздействие фиксировали изменение объема цианобактерий. В результате выявлена низкая чувствительность чистых культур цианобактерий к действию исследованных доз радиации. В сообществе обнаружены более выраженные изменения, которые можно связывать с наличием конкурентных межвидовых взаимоотношений. Сделан вывод, что структура сообщества цианобактерий может быть индикатором радиационного воздействия.
Ключевые слова: Радиация, цианобактерии, альфа-излучение, 226Ra, гамма-излучение.
12 3 1
Mazina Svetlana E. , , , Kozlova Ekaterina V. , Soanjara Beandrona Rodlish, Benitsiafantoka Elide Ulrich, Fedorov Anton S., Severin Alexander V., Nikolaev Alexander L., Sarantsev Alexey V.
17 3
, , [email protected], https://orcid.org/0000-0002-0108-5339 [email protected], https://orcid.org/0000-0003-4325-6930 [email protected], https://orcid.org/0000-0003-3628-9099 [email protected], https://orcid.org/0000-0002-9712-846X [email protected], https://orcid.org/0000-0002-9248-4502 4 [email protected], https://orcid.org/0000-0002-4326-4327 4 [email protected]
4 [email protected], https://orcid.org/0000-0003-1824-1876
90
© Мазина С.Е., Козлова Е.В., Суандзара Б.Р., Бенитсиафантука Э.У.,Федоров А. С., Северин А.В., Николаев А.Л., Саранцев А.В., 2022
1 Research and technical center of radiation-chemical safety and hygiene FMBA of Russian
Federation
Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education Russian State
Agrarian Correspondence University Peoples' Friendship University of Russia (RUDN University)
4Lomonosov Moscow State University
Corresponding author: Mazina Svetlana E., [email protected]
CYANOBACTERIAL COMMUNITY AS AN OBJECT OF EXAMINATION OF THE IMPACT OF RADIATION
Abstract. The article discusses the effect of separate exposure to alpha and gamma radiation on cyanobacteria. The cultivation of the community was carried out in a liquid medium in the
226 137
presence of Ra and under external gamma radiation from a Cs source. As a response to exposure, a change in the volume of cyanobacteria was recorded. As a result, the low sensitivity of pure cultures of cyanobacteria to the action of the studied doses of radiation was revealed. More pronounced changes were found in the community, which can be associated with the presence of competitive interspecific relationships. It is concluded that the structure of the cyanobacteria community can be an indicator of radiation exposure.
Key words: radiation, cyanobacteria, alpha radiation, 226Ra, gamma radiation.
Актуальность исследования. Исследования в области действия радиации на биоту проводятся достаточно давно. Были выявлены основные механизмы биологического действия, генетические эффекты облучения, структурные и функциональные изменения клеток и тканей, определены уровни воздействия вызывающие летальные эффекты. Радиационное воздействие относится к экологически значимой нагрузке и может быть как природного, так и антропогенного происхождения и таким образом является предметом биоиндикации. В основном исследования по биоиндикации и биотестированию сосредоточены на выявлении видов, характеризующих изменения системы или тест-объектов для установления токсичности среды.
В природе можно обнаружить устойчивые сообщества, которые также могут использоваться для целей биоиндикации и биотестирования, причем с их помощью можно наблюдать эмерджентные свойства, то есть рассматривать как реакции отдельных видов, так и сообщества в целом, фиксируя различия в этих реакциях. Такими сообществами могут быть цианобактериальные сообщества, в первую очередь биопленки и обрастания (литофильные, литобионтные сообщества).
Использование для исследований сообществ обрастаний сопряжено со сложностями понимания ответных реакций таких сообществ на уровень и длительность воздействия, а также с необходимостью разработки методических подходов, которые приходится использовать при работе с микрообъектами.
Целью данного исследования было определить реакцию цианобактерий на воздействие альфа- и гамма-радиации на уровне отдельных видов и сообщества в целом и сравнить эти реакции.
Объекты и методы исследования. Для исследования было выбрано цианобактериальное сообщество из Воронцовской пещеры, расположенной в Краснодарском Крае, Сочинский национальный парк.
Сообщество было выделена из образцов обрастаний со сводов пещеры в местах с сильным увлажнением в фотической входной зоне полости. Культивирование цианобактерий поводили в жидкой среде Бритоль. Состав среды Бристоль (в модификации Голлербаха) (г/л): NaNO3 - 0,25; KH2PO4 - 0,25; MgSO4 х 7H2O - 0,15; CaCh - 0,05; NaCl - 0,05; Fe2Cl6 -
следы (3 капли 1%-го р-ра). Цианобактерии культивировали в условиях 25°С, при освещенности 30-40 цмоль- м- ■ с- .
Сообщество состояло из трех видов: Leptolyngbya angustisima (West & GSWest) Anagnostidis & Komarek, Leptolyngbya foveolarum (Gomont) Anagnostidis & Komarek и Microcystis pulverea (HCWood) Forti, которые были идентифицированы по определителю [1], названия видов указаны по Гюри и Гюри [2].
Оценивали изменение структуры сообщества при культивировании в присутствии 226 226
Ra. В пробирки со средой объемом 50 мл и радиоактивным веществом ( RaCl2) c
активностью 10 кБк помещали культуру объемом 5 мл. Оценочная доза, полученная
цианобактериями, через 4 недели составляла 0,37 Гр, а через 8 недель 0,74 Гр.
Воздействие ионизирующим излучением проводили на установке у-400 с источником
137
Cs, мощность дозы - 2,3 Гр/мин. Облучали культуры цианобактерий в объеме 10-30 мл при комнатной температуре. Дозы составляли 40 и 300 Гр. Результат оценивали через сутки и через 7 дней после облучения и вычисляли среднее из полученных измерений.
Оценивали количественные показатели разных видов по сравнению с контролем, а также изменение соотношения объема разных видов, для этого из пробирок отбирали аликвоты (200 мкл), в которых определяли объем разных видов с применением световой микроскопии. Используя программу Image Pro вычисляли площадь, занятый каждым видом. На фотографиях определяли площадь трихомов и клеток цианобактерий, измеряли радиус и диаметр и вычисляли объем. Для чистых культур определяли отношение объема опыт/контроль в процентах. Для сообщества приводили процент от суммы объемов всех видов. Контрольными являлись сообщества и чистые культуры в среде Бристоль в соответствующий день от начала эксперимента. Эксперимент проводили в тройной повторности. Определяли среднее значение и стандартное отклонение.
Результаты и их обсуждение. В процессе культивирования цианобактерий в водной среде выявлено изменение структуры сообщества (табл. 1). По сравнению с сообществом, развивающимся в пещере (исходное сообщество), при культивировании произошло снижение объема вида-доминанта Leptolyngbya foveolarum и увеличение объемов других видов. Такой показатель как объем цианобактерий наиболее близок к показателю биомассы и отражает соотношение видов, которое является показателем не только напряженности конкурентных отношений в сообществе, но и благоприятности условий среды. Изменение соотношения видов при культивировании сообщества в лабораторных условиях необходимо учитывать при интерпретации результатов.
Обнаружено изменение структуры сообщества при добавлении в среду 226Ra, которое выражалось в снижении доли доминирующего вида и повышении объемов двух других видов. Введение 226Ra не приводило к накопительному эффекту воздействия при исследованных дозах, поскольку структура сообщества при 0,37 Гр и 0,74 Гр была в пределах ошибки (табл. 1).
Таблица 1. Изменения в сообществе при культивировании в присутствии 226Ra.
Вид Объем вида в культуре (сообществе), %
Исходное сообщество (в природе) Среда Бристоль Ra
2 недели 8 недель 0,37 Гр (4 недели) 0,74 Гр (8 недель)
Leptolyngbya foveolarum 96,14±2,9 73,53±1,3 67,57±2,4 50,98±1,6 52,94±1,3
Leptolyngbya angustisima 3,85±0,6 23,53±4,8 21,62±4,6 30,39±5,4 30,39±5,2
Microcystis pulverea 0,02±0,01 2,94±0,4 10,81±0,7 18,63±1,2 16,67±1,1
Воздействие 226Ra на чистые культуры незначительно снижало развитие циианобактерий, что указывает на устойчивость видов к альфа-радиации при исследованных дозах (табл. 2).
Таблица 2. Изменения объема цианобактерий в чистых культурах при
226
культивировании в присутствии Ra._
Вид Чистые культуры, соотношение объема цианобактерий опыт/контроль, %
0,37 Гр (4 недели) 0,74 Гр (8 недель)
Leptolyngbya foveolarum 92±2 84±4
Leptolyngbya angustisima 98±4 92±3
Microcystis pulverea 96±2 87±4
Воздействие гама-излучения на сообщество выявило сходные эффекты с наблюдаемыми при воздействии 226Ra, а именно - изменение структуры сообщества и устойчивость видов к радиационному воздействию (табл. 3). Можно предположить, что отсутствие выраженных эффектов радиационного воздействия на чисты культуры цианобактерий может указывать либо на сформированную в процессе эволюции устойчивость к воздействию радиации на уровне вида, либо на то, что цианобактерии в данном местообитании периодически или постоянно подвергаются радиационному воздействию, что привело к формированию устойчивости на уровне популяции. Это предположение требует дальнейшей проверки.
Таблица 3. Изменения в сообществе и в чистых культурах после воздействия гамма-излучения._
Вид Объем вида в культуре, % Чистые культуры, соотношение объема цианобактерий опыт/контроль, %
40 Гр 300 Гр 40 Гр 300 Гр
Leptolyngbya foveolarum 47,54±5,7 40,6±4,2 99±1 88±5
Leptolyngbya angustisima 32,79±3,5 31,58±4,2 97±2 82±4
Microcystis pulverea 19,67±1,4 27,82±2,7 98±2 87±6
Изменение структуры сообщества является простым и удобным признаком для разработки методов биоиндикации радиационного воздействия. Дальнейшее направление исследований планируется проводить в направлении установления диапазона устойчивости изученных видов цианобактерий к радиационному воздействию, а также установлению вариативности структуры сообщества в естественных местообитаниях. Таким образом можно отметить, что существует возможность использования исследованного сообщества цианобактерий в качестве индикатора радиационного воздействия.
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ
1. Голлербах, М.М. Определитель пресноводных водорослей СССР [Текст] / М.М. Голлербах, Е.К. Косинская, В.И. Полянский; ред. М.М. Голлербах, В.И. Полянский, В.П. Савич. - Москва: Советская наука, 1953. - Выпуск 2. Синезеленые водоросли. - 650 с.
2. Guiry M.D. and Guiry G.M. AlgaeBase. World-wide electronic publication, National University of Ireland, Galway. - 2021. www.algaebase.org: searched on 7 September 2021.
REFERENCES
1. Gollerbax, M.M. Opredelitef presnovodny'x vodoroslej SSSR [Tekst] / M.M. Gollerbax, E.K. Kosinskaya, V.I. Polyanskij; red. M.M. Gollerbax, V.I. Polyanskij, V.P. Savich. - Moskva: Sovetskaya nauka, 1953. - Vy'pusk 2. Sinezeleny'e vodorosli. - 650 s.
2. Guiry M.D. and Guiry G.M. AlgaeBase. World-wide electronic publication, National University of Ireland, Galway. - 2021. www.algaebase.org: searched on 7 September 2021.
Информация об авторах С.Е. Мазина — канд. биол. наук, с.н.с., доцент; Е.В. Козлова — канд. биол. наук, м.н.с.; Б.Р. Суандзара — аспирант;
3. У. Бенитсиафантука Элид Ульрих - аспирант; А.С. Федоров — аспирант;
А.В.Северин Александр Валерьевич4, канд. хим. наук, доцент; А.Л. Николаев Александр Львович4, канд. хим. наук, в.н.с.; А.В. Саранцев, аспирант.
Information about the authors
12 3
Svetlana E. Mazina , , — cand. Sci. (Biology), Senior Researcher, Associate Professor;
Ekaterina V. Kozlova 1 — cand. Sci. (Biology), Junior researcher;
Beandrona Rodlish Soanjara — post-graduate student;
Elide Ulrich Benitsiafantoka — post-graduate student;
Anton S. Fedorov — post-graduate student;
Alexander V.Severin — cand. Sci. (Chemistry), Associate Professor; Alexander L.Nikolaev — cand. Sci. (Chemistry), Leading Researcher; Alexey V. Sarantsev — post-graduate student.
