БИОЛОГИЯ ВНУТРЕННИХ ВОД, 2014, № 4, с. 91-96
ВОДНАЯ ТОКСИКОЛОГИЯ
УДК 556.18:581.5
АНТИОКСИДАНТНЫЙ СТАТУС ГИДРОФИТОВ С РАЗЛИЧНОЙ АККУМУЛЯТИВНОЙ СПОСОБНОСТЬЮ (НА ПРИМЕРЕ Potamogeton alpinus Balb. И Batrachium trichophyllum (Chaix) Bosch.) © 2014 г. Н. В. Чукина, Г. Г. Борисова, М. Г. Малева
Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б.Н. Ельцина, 620000 г. Екатеринбург, ул. Ленина, 51, e-mail: nady_dicusar@mail.ru Поступила в редакцию 24.04.2013 г.
Изучена антиоксидантная активность двух широко распространенных видов высших водных растений (Batrachium trichophyllum (Chaix) Bosch. и Potamogeton alpinus Balb.) c различной "аккумулятивной стратегией". Показано, что листья Batrachium trichophyllum накапливали металлы в больших количествах и отличались более высокой интенсивностью про- и антиоксидантных процессов по сравнению с Potamogeton alpinus.
Ключевые слова: высшие водные растения, тяжелые металлы, аккумулятивная способность, антиок-сидантный статус.
Б01: 10.7868/80320965214040226
ВВЕДЕНИЕ
Погруженные высшие водные растения (гидрофиты), значительно различаясь поверхностью соприкосновения листьев с водой, характеризуются высокой поглотительной способностью [2, 9]. В процессе жизнедеятельности они извлекают из водных объектов не только биогенные элементы, но и различные токсические вещества, в том числе тяжелые металлы (ТМ) [6, 8, 18].
Избыток ТМ в среде обитания, как правило, приводит к их повышенному накоплению растительными организмами, однако величина и характер аккумуляции у разных видов растений имеют свою специфику [15]. В зависимости от "стратегии" поглощения металлов можно выделить виды-аккумуляторы, виды-индикаторы и виды-отражатели [19].
Тяжелые металлы в повышенных количествах вызывают накопление в клетках растений и других живых организмов активных форм кислорода (АФК), защиту от которых обеспечивают различные компоненты антиоксидантной системы [14].
Имеется немало данных об активности антиок-сидантных ферментов и содержании низкомолекулярных антиоксидантов у растений в условиях окислительного стресса, индуцированного действием ТМ [4, 11, 13]. В меньшей степени изучена зависимость между антиоксидантной активностью растений и их "аккумулятивной стратегией".
Выявление закономерностей проявления окислительного стресса и механизмов работы антиоксидантной системы (АОС) у растений представляется особенно актуальньным, поскольку функционирование этой системы — одним из путей неспецифической устойчивости к стрессовым воздействиям.
Цель работы — изучение антиоксидантного статуса у погруженных высших водных растений с различной способностью аккумулировать ТМ.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Объектами исследований были Batrachium trichophyllum (Chaix) Bosch. и Potamogeton alpinus Balb. — погруженные высшие водные растения с разной аккумулятивной способностью, которые отбирали из одного и того же местообитания.
Выбор объектов исследований для достижения поставленной цели проведен на основе сопоставления аккумулятивной способности наиболее распространенных в водоемах и водотоках Свердловской области видов гидрофитов. Установлено, что высокой аккумулятивной способностью по отношению к ТМ отличался Batrachium trichophyllum, в то время как наименьшее содержание в листьях ТМ было характерно для Potamogeton alpinus [15], поэтому именно эти виды выбраны в качестве объектов исследования.
Таблица 1. Содержание ТМ в поверхностных водах р. Ревда, листьях растений и коэффициенты биологического накопления
Показатель Си Fe Ni Zn Mn
Поверхностные воды
ТМ, мг/л 0.010 0.170 0.300 0.012 0.022
ПДК, мг/л 0.001 0.100 0.010 0.010 0.010
Листья Potamogeton alpinus
ТМ, мг на 1 кг сухой массы 11.8 558.9 10.8 110.3 370.5
КБН 1179 3288 36 9234 16842
Листья Batrachium trichophyllum
ТМ, мг на 1 кг сухой массы 85.3 14128.2 72.00 416.2 4804.0
КБН 8531 83107 240 34688 218366
Далее приведена краткая характеристика видов [7].
Batrachium trichophyllum (Chaix) Bosch. (Шел-ковник волосолистный). Темно-зеленое, опушенное в верхней части растение, листья подводные, сидячие, влагалищные, длиной 3—5 см, обычно троекратно трехраздельные, сегменты с широким и волосистым ложным влагалищем у основания листа. Цветки 12—15 мм в диаметре. Цветет летом. Встречается в реках и старицах.
Potamogeton alpinus Balb. (Рдест альпийский). Стебель ветвистый, листья стеблеобъемлющие, все погруженные в воду, тупые. Плоды снаружи острокилеватые. В сухом состоянии все части растения приобретают обычно красноватый оттенок, по которому его легко узнать. Растет в прудах, речках и болотах.
Гидрофиты для проведения исследований отбирали в июле 2011 г. в период их цветения из одного и того же местообитания — р. Ревда (Свердловская обл.). Одновременно взяты пробы воды путем смешивания разных образцов до глубины 0.5 м.
Река Ревда — левобережный приток р. Чусовой (бассейн р. Камы), образуется из слияния большого числа малых речек. Река используется как для снабжения населения питьевой водой, так и для обеспечения технической водой промышленных предприятий [3].
Содержание металлов в листьях гидрофитов и нефильтрованной речной воде определяли методом атомно-абсорбционной спектроскопии после мокрого озоления 70%-ной азотной кислотой [5]. Коэффициент биологического накопления (КБН) рассчитывали как отношение содержания металла в биомассе растения к валовой концентрации этого металла в воде.
Содержание растворимого белка в листьях растений определяли по методу Шактерле [23]. Интенсивность процессов перекисного окисления липидов (ПОЛ) и активность антиоксидант-
ных ферментов определяли в усредненных пробах листьев (масса навески 0.5 г), которые гомогенизировали на холоде в 0.1 М К/Ыа-фосфатном буфере (рН 7.4) и центрифугировали. Полученный супернатант использовали для определения ПОЛ, активности супероксиддисмутазы (СОД) и гваякол-специфичной пероксидазы (ГП).
Определение интенсивности ПОЛ проводили в бутанольном экстракте по содержанию продуктов, реагирующих с тиобарбитуровой кислотой (ТБК-реагирующих продуктов) [24]. Активность СОД определяли методом, основанным на измерении ингибирования фотохимического восстановления нитросинего тетразолия [21]. Активность ГП оценивали по увеличению оптической плотности реакционной среды при длине волны 470 нм в результате окисления гваякола [22].
Содержание пролина определяли по общепринятой методике [20] с использованием ациднин-гидринового реактива. Определение аскорбиновой кислоты и глутатиона проводили из одной усредненной навески листьев трилонометриче-ским методом путем параллельного титрования 2,6-дихлорфенолиндофенолом и йодатом калия [17]. Содержание флавоноидов определяли в спиртовой (96%-ный этанол) вытяжке с использованием лимоннокислого борного реактива на спектрофотометре при длине волны 420 нм [12].
Достоверность различий оценивали по непараметрическому критерию Манна—Уитни прир < < 0.05. В таблицах представлены средние арифметические значения из трех биологических по-вторностей и их стандартные ошибки.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Результаты определения содержания ТМ в поверхностных водах и коэффициентов их биологического накопления в листьях исследованных гидрофитов р. Ревда приведены в табл. 1.
Таблица 2. Содержание растворимого белка, интенсивность ПОЛ и активность ферментов АОС в листьях исследованных гидрофитов
Вид растения Содержание растворимого белка, мг на 1 г сухой массы Интенсивность ПОЛ, мкмоль на 1 г сухой массы Активность СОД, гд. на 1 г сухой массы в минуту Активность ГП, мкмоль на 1 г сухой массы в минуту
Potamogeton а1ртт БаШсЫит tricкopкyllum 63.3 ± 2.1 159.3 ± 6.8 90 ± 4.0 1300 ±20 383 ± 42 1282 ± 34 518 ± 13 811 ± 33
Таблица 3. Содержание неферментативных антиоксидантов в листьях исследованных гидрофитов
Вид растения Флавоноиды, мг на 1 г сухой массы Аскорбат Глутатион Пролин
мкг на 1 г сухой массы
Potamogeton а1ртт БаШсЫит МсЫркуНит 9.8 ± 0.8 70.5 ± 1.0 179.1 ± 12.8 319.7 ± 22.0 812.3 ± 12.2 2296.4 ± 55.0 279.0 ± 5.8 585.5 ± 9.0
В период проведения исследований концентрации исследованных металлов в водах реки превышали предельно допустимые значения концентраций (ПДК) для водных объектов рыбохо-зяйственного назначения. В наибольшей степени это характерно для соединений меди и никеля, кратность превышения по которым составила соответственно 10 и 30 ПДК.
Результаты оценки накопления ТМ в листьях исследованных гидрофитов отражают значительные различия между двумя видами: количество всех изученных металлов в листьях БаШсЫит М-скоркуНит было в несколько раз (либо на порядок) выше, чем в листьях Potamogeton а1ртт (табл. 1). Кратность превышения по цинку составила 4, по меди и никелю — 7, по марганцу — 13, по железу — 25.
Интенсивность процессов ПОЛ в листьях БаШскшт МскоркуНит была на порядок выше, чем таковая у Potamogeton а1ртш (табл. 2).
Активность СОД и ГП — ключевых ферментов антиоксидантной системы, в листьях БаШскшт Мс^ркуНит была существенно выше (соответственно в 3.4 и 1.6 раза) (табл. 2). Содержание растворимого белка в листьях этого вида растений также в 2.5 раза превышало его количество в листьях Potamogeton а1ртт.
Содержание неферментативных антиоксидан-тов в листьях водных растений различно (табл. 3). БаШсЫит Мс^ркуНит — гидрофит с высокой аккумулятивной способностью, отличался от Potamogeton а1ртт значительно более высоким содержанием всех исследованных низкомолекулярных компонентов антиоксидантной системы растений. Так, содержание аскорбата в листьях БаШ-сЫит Мс^ркуНит было выше в 1.8, пролина —
в 2, глутатиона — в 2.8, флавоноидов — в 7 раз, чем в листьях Potamogeton а1ртт.
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
Физиолого-биохимические эффекты окислительного стресса, индуцированного действием ТМ, и способы защиты от него с помощью антиок-сидантных систем активно изучаются. Результаты проведенных теоретических и экспериментальных исследований свидетельствуют о значительном разнообразии антиоксидантных механизмов живых систем, что обеспечивает их устойчивость и надежность функционирования.
Характер взаимодействия между ко
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.