CC BY
16
Новикова И.П.1, Таран Н.Ю.2, Власенко В.В3. ©
'Ассистент; 2 д.б.н., профессор; 3 к.б.н., 1,2 кафедра физиологии и экологии растений, Киевский национальный университет имени Тараса Шевченко, 3Институт биоорганической
химии и нефтехимии НАН Украины
ВЛИЯНИЕ ШЕСТИВАЛЕНТНОГО ХРОМА НАПОДВИЖНОСТЬ КЛЕТОК
EUGLENAGRACILISKLEBS
Аннотация
Исследовано действие K2Cr2O7 (в концентрации от 0,05 (ПДК) до 135 мг/л) на подвижность высокосапробного вида зеленой микроскопической водоросли EuglenagracilisKlebs. Использовали метод (лазерная корреляционно-допплеровская спектрометрия) позволил исследовать динамику изменения скорости и энергетики движения клеток E. gracilis в зависимости от продолжительности контакта с хромом (1,4 и 7 сут). Установлено, что степень токсичности хрома существенно зависит не только от концентрации действующего микроэлемента, но и от продолжительности контакта с ним клеток.
Ключевые слова: хром, подвижность клеток. Keywords: chromium, cellmotility.
Введение. Хром относится к числу распространенных компонентов природных вод. Основными источниками его поступления в водоемы являются промышленные стоки гальванических цехов, кожевенных производств, машиностроительных, приборостроительных и металлургических предприятий. При производстве компакт-дисков для компьютеров на предприятиях формируются сточные воды с высоким содержанием ряда металлов: Ni+2- 0,1-10,0; Cr+3 - 0,1-25,0; Cr+6 - 0,1-25,0; Zn+2 - 0,1-50; Al+3- 1,0-200; Fe+3 - 1,0500 мг/л [1]. Например, на отдельных участках Южного Буга содержание Cr (VI) превышает его предельно допустимую концентрацию (ПДК) в 10-50 раз. В Днепре и его притоках в пределах Украины зарегистрировано содержание Cr (VI) на уровне 18 ПДК [2]. Учитывая факты столь высокой концентрации хрома в природных водах, большое значение имеет оценка его токсичности для микроскопических водорослей, как основных продуцентов органического вещества и кислорода в водных объектах. К числу важных модельных организмов для оценки токсичности металлов относят жгутиковую одноклеточную водоросль EuglenagracilisKlebs [3]. Целью нашей работы было изучение влияния концентрации шестивалентного хрома на подвижность EuglenagracilisKlebs.
В работе использовали бактериально чистую культуру Euglenagracilis Klebs,полученную в Институте биофизики Центральной Национальной лаборатории (Пиза, Италия). Для выращивания применяли среду, используемую для Euglena в Институте физиологии растений АН СССР [4]. Культивирование водоросли проводили в колбах Эрленмейера при температуре 20^2°С и освещенности 4500-5000 лк. В опытах использована культура на стационарной фазе роста.
Скорость движения клеток водорослей (мкм/с) и энергетику их движения (усл. ед.) определяли с помощью лазерного корреляционно-допплеровского спектрометра [5]. Экспериментальнополученные коррелограмы аппроксимируют модельной формой корреляционной функции по методу наименьших квадратов путем вариации значений скорости и доли подвижных клеток. Энергозатраты на движение в вязкой среде пропорциональны скорости подвижной клетки:
N = F*V, (1)
где V - скорость поступательного движения клеток; F-сила вязкого трения, которая рассчитывается по формуле:
© Новикова И.П., Таран Н.Ю., Власенко В.В., 2013 г.
F=6*n* n xrx V,(2)
где n-коэффициент вязкости среды, r - радиус клетки. Подставив (2) в (1), получим энергозатраты подвижной клетки, прямо пропорциональную квадрату скорости:
N = yx V2,(3)
где у - коэффициент пропорциональности, связанный сформой, размерами клетки и свойствами среды. При расчете энергозатрат клеточной популяции учитывали концентрацию водоросли и долю подвижных клеток в культуре. Cr (VI) добавляли в среду в виде К2СГ2О7 в концентрациях 0,05, 1, 15, 30, 45, 60, 75, 90, 105, 120, 135 мг/л. Измерение показателей развития водорослей проводили через 1, 4 и 7 суток контакта их с токсикантом. Для математической обработки полученных результатов использовали методы статистического анализа [6]. Выводы формулировали на основании критерия Стьюдента при доверительной вероятности Р = 0,95.
Результаты и обсуждение Скорость движения E.gracilis черезсутки контакта с К2Сг2О7свидетельствовала о том, что даже самые высокие концентрации токсикантаслабо ингибировали двигательную активность клеток. В этих условиях в среднем было отмечено снижение скорости движения клеток на 3,3-30,3% по сравнению с контролем (рис. 1). При увеличении времени контакта до 4 сут скорость движения еще сохранялась на высоком уровне. Однако при концентрациях выше 100 мг/л было отмечено резкое снижение и последующая потеря двигательной активности. Об этом свидетельствуют также литературные данные. При дальнейшем увеличении продолжительности контакта с К2Сг2О7(7 сут) скорость движения отдельных клеток иногда даже повышалась по сравнению с контролем. Однако при наиболее высоких уровнях исследуемых концентраций бихромата клетки теряли способность к движению. Оценка уровня энергозатрат на движение клеток E.gracilis(рис. 2) показала, что при непродолжительном контакте (1 сут) энергия движения клеток снижалась в среднем на 21,5-41,5 % по сравнению с контролем. С повышениемконцентрации токсиканта до 135 мг/л в среде движение клеток снижалось до 0. При контакте в течении 7 сут повышалась энергетика движения у сохранивших подвижность клеток по сравнению с контролем в среднем на 3,9-9,7 %. С увеличением времени контакта подвижность клеток значительно уменьшалась при концентрациях более 90 мг/л.
Рис. 1. Изменение скорости движения клеток Euglenagracilis Klebs через 1сут (1), 4 сут (2) и 7 сут
(3) контакта с К2СГ2О7.
Важным разделом экспериментальной и теоретической биофизики является токсикология и экологическая биофизика [7-14]. В данной работе установлено что степень токсичности К2Сг2О7 существенно зависит не только от его концентрации в среде, но и от продолжительности контакта клетки с токсикантом: чем он продолжительнее, тем существеннее негативная реакция водоросли. ФикЪировалась полная остановка клеток при концентрации 120; 135 мг/л по сравнению -с^дайными, которые отмечались после 1 сут контакта. Доля подвижных клеток при увеличении времени контакта с К2Сг2О7до 7 сутуменьшалась на 4-30% соответственно для концентраций 60-105 мг/л.
Si
5.0 4.5
3 40
> 3.5 of
I 3.0 £
S 2.5 Ш
: 20 s
fc. 1.5 £
о 1.0
0.5 0.0
Контр. 0,05 1
15 30 45 60 75 90 105 120 135
Концентрация Cr(VI), мг/л
Рис.2. ВлияниеК2Сг207 на энергетику движения клеток Euglenagracilis Klebs через 1 сут(1), 4
сут(2) и 7 сут(3) контакта с К2Сг207
Литература
1. Калиниченко К.П. - Оценка токсичности солей некоторых металлов методом бактериального тестирования // HyraBi записки Терн. нац. пед.ушв.- 2005. - 3. - С.190-192.
2. Гандзюра В.П. - Продуктившсть бюсистем за токсичного забруднення середовища важкими металами. - К., ВГЛ "Обрш", 2002. - 248с.
3. Данилов Р. А., Нильс Г. А. - Адаптация фотосинтетического аппарата Euglenagracilis Klebs к условиям различной концентрации токсических веществ // Альгология. 2000. - Т.10 - С. 244-249.
4. Владимирова М.Г., Маркелова А.Г. - Коллекция культур одноклеточных водорослей Института физиологии растений АН СССР // Культивирование коллекционных штаммов водорослей. -1983. - 74 с.
5. Власенко В.В. и др. - Способ определения токсического воздействия химических веществ, содержащихся в водной среде на культуру планктонных гидробионтов. А.С. N 1822261. - 1992. -5c.
6. Лапач С.Н. и др. - Статистические методы в медико-биологических исследованиях с использованием EXCEL. - К.: МОРИОН, 2000. - 320с.
7. Gudkov S.V., Bruskov V.I., Chernikov A.V. et al. - Oxygen-dependent auto-oscillations of water luminescence triggered by the 1264 nm radiation // Journal of Physical Chemistry B. - 2011. - Т.115. -№23. - С. 7693-7698.
8. Chernikov A.V., Gudkov S.V., Shtarkman I.N. et al. - Oxygen effect in heat-induced DNA damage // Biophysics. - 2007. - Т.52. - №2. - С.185-190.
9. Shtarkman I.N., Gudkov S.V. et al. - Effect of amino acids on x-ray-induced hydrogen peroxide and hydroxyl radical formation in water and 8-oxoguanine in DNA// Biochemistry (Moscow). - 2008. -Т.73. - С. 470-478.
10. Гудков СВ., Карп О.Э., Гармаш СА. и др.- Образование активных форм кислорода в воде под действием видимого и инфракрасного излучений в полосах поглощения молекулярного кислорода // Биофизика. - 2012. - Т.57. - №1. - С. 5-13.
11. Gudkov S.V., Garmash S.A., Shtarkman I.N., Chernikov A.V., Karp O.E., Bruskov V.I. - Long-lived protein radicals induced by x-ray irradiation are the source of reactive oxygen species in aqueous medium // Doklady Biochemistry and Biophysics. - 2010. - Т.430. - №1. - С. 1-4.
12. Asadullina N.R., Usacheva A.M., Smirnova V.S. et al. - Antioxidative and radiation modulating properties of guanosine-5'- monophosphate // Nucl. Nucl. Nucleic Acids. - 2010. - Т.29. - №10. -С.786-799.
13. Белостудцев К.Н., Гаpмаш CA., Белоcлyдцева Н.В. и др. - Исследование механизмов цитотоксического действия уранилнитрата // Биофизика. - 2012. - Т.57. - №5. - С. 789-795.
14. Гудков С.В., Черников А.В., Брусков В.И. - Влияние физиологически значимых анионов на образование активных форм кислорода в воде под действием тепла // Вода. Химия и Экология. -2013. - №10. - C. 88-92.
