БИОЛОГИЯ МОРЯ, 2012, том 38, № 1, с. 86-88
УДК 576.311.342.+581.1+582.561 АЛЬГОЛОГИЯ
метаболическая активность клеток fucus vesiculosus linnaeus, 1753 (phaeophyta: fucales) из Баренцева моря в условиях нефтяного
загрязнения1
© 2012 г. и. В. рыжик
Учреждение Российской академии наук Мурманский морской биологический институт КНЦ РАН,
Мурманск 183010 e-mail: alaria@yandex.ru
Статья принята к печати 6.10.2011 г.
Исследована метаболическая активность клеток (МАК) бурой водоросли Fucus vesiculosus. Установлено, что МАК повышается при наличии нефтепродуктов в среде обитания. Период формирования ответной реакции на внесение токсиканта зависит от условий произрастания водоросли: у образцов из чистого района МАК увеличивалась в течение нескольких минут, у образцов из загрязненного нефтепродуктами района - на третьи сутки. Уровень МАК F. vesiculosus может служить показателем наличия стрессовых факторов в районе ее произрастания.
Ключевые слова: метаболическая активность, Fucus vesiculosus, нефтяное загрязнение.
Metabolic activity of cells of Fucus vesiculosus Linnaeus, 1753 (Phaeophyta: Fucales) from the Barents sea in conditions of oil pollution. I. V. Ryzhik (Murmansk Marine Biological Institute, Kola Scientific Center, Russian Academy of Sciences, Murmansk 183010)
The metabolic activity of cells (MAC) of the brown seaweed Fucus vesiculosus was studied. The МАС level of F. vesiculosus was increased in oil-polluted environment. The period of formation of response to the addition of toxicant depends on the habitat conditions of the alga. Metabolic activity increased within several minutes in plants taken from the clean area and on the 3rd day of exposure in plants from the oil-polluted area. The МАС level of F. vesiculosus can be used as an indicator of the presence of stressful factors in algal habitat. (Biologiya Morya, 2012, vol. 38, no. 1, pp. 86-88).
Key words: metabolic activity, Fucus vesiculosus, oil pollution.
В настоящее время загрязнение нефтепродуктами вод морей и океанов является глобальной экологической проблемой. Планируемая разработка нефтяных и газоконденсатных месторождений в арктическом регионе, развитие инфраструктуры городов и, как следствие, увеличение антропогенной нагрузки могут оказать негативное влияние на экологическую ситуацию и в прибрежье Баренцева моря.
Нефть и нефтепродукты являются неспецифическими токсикантами, негативно влияющими на биоту на разных уровнях ее организации - от субклеточного до популяцион-ного. При высокой концентрации нефти и нефтепродуктов в воде снижается интенсивность физиологических процессов макрофитов (фотосинтез, скорость роста) и сокращается продолжительность их жизни, подавляется развитие спор и ранних онтогенетических стадий, уменьшаются видовое разнообразие и проективное покрытие (Нельсон-Смит, 1977; Ярцева, 1979; Клочкова, Березовская, 2001; Driskell et al., 2001; Степаньян, 2002, 2003; Воскобойников и др., 2004; Степаньян, Воскобойников, 2006; Kawai et al., 2007). Например, было показано, что молодые растения погибают от непосредственного действия нефтепродуктов, тогда как биомасса водорослей старших возрастных групп может снижаться из-за гибели растительноядных беспозвоночных и массового развития эпифит-ных водорослей (Stekoll, Deysher, 2000), что наблюдалось при крушении танкера "Exxon Valdez" в 1989 г.
1 Работа выполнена при поддержке РФФИ (грант 10-04-98804север-а).
Водоросли-макрофиты, произрастающие на литорали, одними из первых подвергаются воздействию нефтепродуктов и активно участвуют в процессе очищения прибрежных вод, сорбируя нефтяную пленку и, возможно, утилизируя продукты ее разложения (Биологические аспекты..., 1988; Воскобойников и др., 2008). При наличии в среде нефтепродуктов или других токсикантов у водорослей повышается интенсивность дыхания, что связано с активацией репарационных или адаптационных процессов (Головко, 1999; Семихатова, Чиркова, 2001), и увеличивается метаболическая активность клеток (МАК) растений. Одним из способов оценки МАК является определение активности дегидрогеназ, которая значительно повышается в условиях стресса (Chang et al., 1999; Lu Fan еt al., 2006).
Цель данной работы - определение МАК Fucus vesiculosus из районов с разным уровнем загрязнения нефтепродуктами, а также оценка изменения МАК при внесении дизельного топлива в условиях эксперимента.
Материал и методика. Исследование выполнено в июле-августе 2008 г. на Дальнезеленецкой сезонной биостанции Мурманского морского биологического института КНЦ РАН. Одновозрастные растения Fucus vesiculosus (4-5 дихотомических ветвлений) отбирали в губах Зеленецкая и Ярнышная на участках литорали со сходными гидродинамическими условиями. Концентрацию нефтепродуктов
МЕТАБОЛИЧЕСКАЯ
87
Рис. 1. Метаболическая активность клеток Fucus vesiculosus из районов с разным уровнем загрязнения. а - природные условия, б - после акклимации к лабораторным условиям.
в воде определяли в химической лаборатории Мурманского Росгидрометеоцентра с помощью флюориметра "Флюорат 02-3М" (Люмэкс, Россия).
Предварительно водоросли в течение 5 сут акклимирова-ли к лабораторным условиям (температура - 8°С, постоянное освещение, интенсивность ФАР - 100 Вт/м2). После акклимации целые талломы F. \esiculosus (масса 10-15 г) помещали в 5-литровые емкости с морской водой. В эксперименте в воду добавляли дизельное топливо в концентрации 0.2 мг/л - при данной концентрации F. \esiculosus сохраняет жизнеспособность (Степаньян, 2003). Контролем служили растения, содержавшиеся в емкостях с чистой морской водой. Длительность экспериментов составляла 5 сут. Исследование проводили в двух повторностях.
Метаболическую активность клеток апикальных участков таллома оценивали тетразолиевым методом (^йса et а1., 1991), модифицированным для фукусовых водорослей (Рыжик, 2008), основанным на определении интенсивности
восстановления тетразолиевых соединений НАД-зависимыми дегидрогеназами.
Статистическую обработку данных проводили с использованием программного пакета "Excel". Достоверность различий определяли с помощью коэффициента Стьюдента. На рисунках представлены средние арифметические значения и стандартные отклонения.
Результаты и обсуждение. В естественных условиях МАК Fucus vesiculosus возрастает при увеличении концентрации в воде нефтепродуктов. Так, у растений из чистого района (губа Ярнышная, концентрация нефтепродуктов 0.004 мг/л) этот показатель в 4 раза ниже, чем у растений из района со значительным загрязнением (возле причала в губе Зеленецкая; концентрация нефтепродуктов 0.26 мг/л, что в 5 раз превышает ПДК) (рис. 1а). При акклимации F. vesiculosus из губы Зеленецкая к лабораторным условиям (содержание в чистой воде) МАК водоросли снижалась и была сопоставима с активностью клеток образца из чистого района (рис. 1б).
Рис. 2. Динамика метаболической активности клеток Fucus vesiculosus из губ Ярнышная (а) и Зеленецкая (б) при воздействии дизельного топлива (А570 нм/г сыр. массы в час).
88
РЫЖИК
Проведенные эксперименты показали, что период формирования ответной реакции у F. vesiculosus на внесение в воду дизельного топлива зависит от наличия нефтепродуктов в исходной среде обитания. У фукуса из чистого района МАК увеличивалась в 2 раза в первые 30 мин, затем активность клеток снижалась и на 2-е сут эксперимента была сравнима с таковой в контроле (рис. 2а). Метаболическая активность клеток растений, ранее произраставших в загрязненном нефтепродуктами районе, наоборот, длительное время была сходна с МАК в контроле и возрастала только на 3-и сут (рис. 2б).
Изменение МАК может быть связано с активизацией репарационных процессов, направленных на восстановление целостности клеточных структур. Ранее было показано, что внесение в среду нефтепродуктов вызывает увеличение проницаемости клеточных мембран у Fucus serratus и Laminaria digitata. Углеводороды нефти также способны повреждать мембранный комплекс и структуру клеточного матрикса (Нельсон-Смит, 1977). В процессе восстановления увеличивается интенсивность дыхания, что подтверждается активной редукцией тетразолиевых соединений, происходящей не только в митохондриях (в электрон-транспортной цепи), но и в цитоплазме (Apoptosis..., 2004).
Известно, что некоторые макроводоросли способны в течение длительного времени находиться в среде, загрязненной нефтепродуктами, и накапливать (до определенного уровня) нефтяные углеводороды в клетке без видимых следов повреждения (Миронов, Щекатурина, 1976; Миронов, 1985). При длительном стрессовом воздействии (на протяжении нескольких поколений) водоросли, очевидно, приобретают устойчивость к нефтепродуктам, поскольку показано, что, несмотря на снижение скорости роста, F. vesiculosus способен произрастать в условиях постоянного и сильного загрязнения (Coelho еt al., 2000; Степаньян, 2003; Воскобойников и др., 2004).
В нашем исследовании повышенную МАК у образцов F. vesiculosus из загрязненного района в естественных условиях и более замедленную реакцию клеток на внесение токсиканта в экспериментах можно объяснить формированием у образцов адаптации к нефтяному загрязнению. Так как в губе Зеленецкая признаки загрязнения стали проявляться только в последние годы, мы предполагаем, что у растений, произрастающих в данном районе, генетически закрепленной адаптации не сформировалось, о чем может свидетельствовать снижение МАК в отсутствие стрессового фактора. Быстрое увеличение МАК у образцов F. vesiculosus из чистого района говорит о высокой скорости репарационных процессов в клетках при внесении токсиканта.
Данное исследование показало, что загрязнение среды нефтепродуктами вызывает увеличение МАК F. vesiculosus. Очевидно, это характерно и для других видов водорослей. Таким образом, уровень МАК водорослей может служить показателем наличия стрессовых факторов (нефтепродуктов или других токсикантов) в районе их произрастания.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Биологические аспекты загрязнения морской среды. Киев:
Изд-во Наукова думка. 1988. 156 с. Воскобойников Г.М., Матишов Г.Г., Быков О.Д. и др. Об устойчивости морских м
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.