Гидробиология
Бойчук Т.В., аспирант Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова
ИЗМЕНЕНИЕ СТРУКТУРЫ ПОПУЛЯЦИИ
водоросли 8се№ве8ыт (¿илбтсливл
ПРИ РАЗНЫХ РЕЖИМАХ ИНТОКСИКАЦИИ СЕРЕБРОМ
Олигодинамическое действие серебра было известно еще с давних времен и поэтому оно широко используется в практической деятельности человека. Еще в 1883 г. Негели обнаружил, что пресноводные водоросли отмирают в сосуде с водой, на дне которого находятся предметы из серебра и меди. Позднее подобные опыты были поставлены с амебами, инфузориями, клетками высших растений и различными видами бактерий [1]. В настоящее время серебросодержащие соединения применяются для обеззараживания и стерилизации воды и продуктов бытового назначения.
Токсическое действие тяжелых металлов, в том числе и серебра, на микроводоросли в значительной степени зависит от их вида, состава среды выращивания, плотности популяции и других факторов. Одним из основных свойств любой популяции, определяющим ее существование и развитие, является гетерогенность. Особи, составляющие популяцию, отличаются по возрасту, размерам, физиологической активности, скоростям роста, а также по реакциям на изменение условий обитания. Именно неоднородность качественного состава популяции обеспечивает ее устойчивость и адаптацию к внешним условиям [2, 3]. Токсическая нагрузка позволяет, с одной стороны, оценить общую резистентность клеток, входящих в популяцию, а с другой стороны, модифицирует их жизнестойкость.
В связи с этим, целью работы было исследование гетерогенного состава популяции хло-рококковой водоросли 8еепеёе$ти$ quadricauda при действии ионов серебра.
Объектом исследования являлась лабораторная альгологически чистая культура пресноводной хлорококковой водоросли Scenedesmus quadricauda (Тигр.) БгеЬ. Культивирование водорослей проводили на среде Успенского № 1, в люминостате с интенсивностью света до 5 тыс. люкс, с чередованием "дня" и "ночи" (12:12 ч) и температурой 20-24 0С [4, 5]. Для экспериментов использовали однократно и дважды синхронизированные культуры водорослей, находящиеся на логарифмической и стационарной фазах роста.
Для синхронизации культуру, достигшую плотности не менее 2 млн. кл/мл, отстаивали в темноте при комнатной температуре в течение 3 суток. Затем верхний слой отстоявшейся культуры пересевали в чистую среду и подращивали 10-15 суток (однократно синхронизированная культура). Этим же способом затем была проведена повторная синхронизация, и в результате культура состояла исключительно из молодых, активно делящихся клеток (дважды синхронизированная культура). Испытания проводили в трех повторностях для каждой концентрации и контроля.
В качестве токсиканта использовали ион Л§+ в форме раствора соли Л§К03 в диапазоне концентраций от 0.0001 до 0.1 мг Л§/л.
Численность клеток определяли с помощью светового микроскопа в камере Горяева. Методом люминесцентной микроскопии оценивали соотношение живых и мертвых клеток [6,7]. Оценку гетерогенности популяции по способности клеток к выживанию и размножению проводили с помощью метода микрокультур [8, 9], позволяющего контролировать состояние и развитие одиночных клеток. Филенко О.Ф. с соавторами [8] было показано, что соотношение численности делящихся, покоящихся и отмерших клеток в микрокультуре соответствует соотношению численностей разных фракций клеток в макрокультурах (коэффициент корре-
ляции удельного прироста клеток в макро- и микрокультурах составлял 0.96). Дополнительно оценивали удельные рождаемость и смертность клеток по формулам:
Крод (кл/сут) = Крод / Кох * А! , Ксмерт (кл/сут) = к'отм / Ксх * А: , где
N род — общая численность размножившихся клеток; N отм — общая численность клеток, отмерших за время А!; Кисх — общая исходная численность клеток; А! — время наблюдения (3-е суток).
Статистическую обработку полученных результатов производили в соответствии с «Методическим руководством по биотестированию воды» [5].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Однократно синхронизированная культура водоросли Б. quadricauda, взятая в эксперимент на стационарной фазе развития, содержала только 66 % живых клеток. При действии нитрата серебра в концентрациях 0.0001 мг А§/л и 0.001 мг А§/л численность клеток в первую половину эксперимента была близкой к уровню контроля или незначительно его превышала, а затем наблюдалась стимуляция. Однако к концу опыта при данных концентрациях численность снова была на уровне контроля. При концентрации серебра 0.01 мг/л ингиби-рующий эффект наблюдался с 7-ых суток и до конца эксперимента.
Среда Успенского
160 £ 140
X Я 120 □ X 100
!Ь 80
о4
Я 60
I 40
20 0
0 5 10 15 20 25 30 35
Сутки
• контроль —■— 0,0001 мг/л ----а---- 0,001 мг/л —X— 0,01 мг/л
Рис. 1. Изменение численности клеток однократно синхронизированной культуры Б. quadricauda, взятой в эксперимент на стационарной фазе развития, при действии нитрата серебра (05.04 - 04.05.06)
Изменение численности клеток в дважды синхронизированной культуре Б. quadricauda, состоящей исключительно из молодых делящихся клеток, взятой в эксперимент на логарифмической фазе роста, в присутствии тех же концентраций (0.0001 и 0.001 мг А§/л) нитрата серебра шло в том же режиме, что и у однократно синхронизированной культуры, взятой в эксперимент на стационарной фазе роста (рис. 2). При 0.0001 и 0.001 мг А§/л численность клеток изменялась в пределах контроля, иногда с незначительной стимуляцией. При концентрации серебра 0.01 мг/л в также наблюдался ингибирующий эффект, наиболее четко проявившийся в период 8-11 суток. Однако в отличие от однократно синхронизированной культуры, взятой на стационарной фазе развития, после 11-ых суток опыта происходило нарастание численности клеток, но она была достоверно ниже контроля на 35-40 %.
1 .А......
■ / \ А..
» - у ♦ ✓ ,* / к ' ......Ш----
\ ' . ■
* - %
V > <._
* < _ _ х-.
<
Среда Успенского
¡5
140 120 100 80 60 40 20 0
1 1
- "" ""
\ X
>6Х \ >
\ - У к'
10
15 20 Сутки
25
30
35
• контроль
--■-- 0,0001 мг/л — X— 0,01 мг/л
----ж---- 0,001 мг/л
Рис. 2. Изменение численности клеток дважды синхронизированной культуры S. quadricauda, взятой в эксперимент на логарифмической фазе развития, при действии нитрата серебра (29.06 - 27.07.05)
Наблюдения за фракционным составом однократно синхронизированной культуры, взятой в эксперимент на стационарной фазе роста, показали, что в контроле преобладала фракция покоящихся клеток - 60-65 % (рис. 3).
а) без интоксикации (контроль)
100% 80% 60% 40% 20% 0%
0-3 7-10 14-17 21-24 сутки
100% 80% 60% 40% 20% 0%
б) 0,0001 мгАд/л
0-3 7-10 14-17 21-24 сутки
в) 0,001 мгАд/л
100% 80% 60% 40% 20% 0%
Ш
0-3 7-10 14-17 21-24 сутки
100% 80% 60% 40% 20% 0%
г) 0,01 мгАд/л
0-3 7-10 14-17 21-24 сутки
□ покоящиеся □ отмершие □ размножившиеся
Рис. 3. Фракционный состав однократно синхронизированной культуры Scenedesmus quadri-са^а, взятой в эксперимент на стационарной фазе развития, при действии нитрата серебра
0
5
При концентрации 0.0001 мг Л§/л фракционный состав популяции был сходен с контролем, кроме 14-17 суток, на которые число размножающихся клеток возросло до 50 %, при этом удельная рождаемость клеток была в 2 раза выше, чем в контроле, и составляла 0.3 кл/сут (табл. 1).
Таблица 1
Удельные рождаемость и смертность клеток однократно синхронизированной культуры S. quadricauda, взятой в эксперимент на стационарной фазе роста, при действии нитата серебра, кл/сут
Ag+, мг/л 0-3 сутки 7-10 сутки 14-17 сутки 21-24 сутки
уд. рожд. уд. смерт. уд. рожд. уд. смерт. уд. рожд. уд. смерт. уд. рожд. уд. смерт.
0 (контр) 0.17 0.14 0.42 0.06 0.17 0.06 0.11 0.06
0.0001 0.25 0.17 0.25 0.14 0.33 0.22 0.08 0.14
0.001 0.22 0.06 0.39 0.28 0.33 0.39 1.11 0.58
0.01 0.03 0.17 0.14 0.47 0.03 0.11 0.08 0.28
Фракционный состав популяции при 0.001 мг Л§/л в течение всего эксперимента менялся: фракция покоящихся клеток была наибольшей в период 14-17 суток (около 60 %), а на 21-24 сутки преобладала фракция размножающихся клеток (до 83 %). При 0.01 мг Л§/л популяция была представлена преимущественно покоящимися клетками (60-75 %). Только на 7-10 сутки наблюдения половину популяции составляла фракция отмерших клеток необходимо отметить, что на последние (21-24) сутки как в контроле, так и при концентрациях серебра 0.0001 и 0.01 мг/л фракционный состав был близким по всем трем фракциям клеток. Однако при 0.0001 мг Л§/л удельная смертность была выше, чем в контроле в 2 раза, а при 0.01 мг Л§/л — более чем в 4 раза (табл. 1). При концентрации же серебра 0.001 мг/л удельная смертность была почти в 10 раз выше, чем в контроле. Полученные данные свидетельствуют о том, что механизм действия ионов серебра при 0.001 мг Л^л будет отличным от действия двух других концентраций, что ведет к изменению фракционного состава популяции.
Фракционный состав дважды синхронизированной культуры, пересеянной на логарифмической фазе роста, был иным. В контроле и при концентрации 0.0001 мг Л§/л в течение всего эксперимента преобладала фракция размножающихся клеток (рис. 4).
Фракция покоящихся клеток была наиболее значимой в контроле в первые трое суток и в конце эксперимента, а при 0.0001 мг Л§/л — на 1-3 и 14-17 сутки. При концентрации 0.001 мг Л§/л фракция покоящихся клеток была высокой на 1-3 сутки (до 50 %), с 14 по 24 сутки преобладала фракция размножающихся клеток, но к концу опыта популяция состояла практически из покоящихся клеток (до 96 %), т. е. произошло торможение деления размножившихся клеток вследствие их перехода в покоящееся состояние. При концентрации 0.01 мг Л§/л число делящихся клеток было низким в первые 10 суток (8.3%), затем их численность увеличивалась до 75 % к концу опыта. Фракционный состав культуры при концентрации 0.0001 и 0.01 мг Л§/л в конце эксперимента был сходным: преобладала фракция размножившихся клеток.
а) без интоксикации (контроль)
100%
80% 60% 40% 20% 0%
ш
1
0-3 7-10 14-17 21-24 28-31 сутки
100% 80% 60% 40% 20% 0%
б) 0,0001 мгАд/л
1
ш
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.