научная статья по теме ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК НА ФОТОСИНТЕЗ МИКРОВОДОРОСЛЕЙ CHLAMYDOMONAS REINHARDTII С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ФЛУОРИМЕТРА М-РЕА2 Общие и комплексные проблемы естественных и точных наук

Текст научной статьи на тему «ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК НА ФОТОСИНТЕЗ МИКРОВОДОРОСЛЕЙ CHLAMYDOMONAS REINHARDTII С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ФЛУОРИМЕТРА М-РЕА2»

Маторин Д.Н., доктор биологических наук, профессор, ведущий научный сотрудник Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова Орлова В. С., доктор биологических наук, профессор (Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Российский университет дружбы народов) Заядан Б.К., доктор биологических наук, профессор, заведующий кафедрой Казахского национального университета им. аль-Фараби Гольцев В.Н., профессор, заведующий кафедрой Софийского Университета (Болгария)

Алексеев А.А., кандидат биологических наук, доцент Якутского государственного университета им. М.К. Аммосова Горячев С.Н., кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова

ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК НА ФОТОСИНТЕЗ МИКРОВОДОРОСЛЕЙ CHLAMYDOMONAS REINHARDTII С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ФЛУОРИМЕТРА М-РЕА2

Изучен токсикологический эффект углеродных нанотрубок на зеленые микроводоросли Chlamydomonas reinhardtii.

Ключевые слова: водоросли, флуоресценция хлорофилла, фотосинтез, углеродные нанотрубки, экология.

TOXIC EFFECTS OF CARBON NANOTUBES ON PHOTOSYNTHESIS IN MICROALGAE OF CHLAMYDOMONAS REINHARDTII

Studied the toxicological effects of carbon nanotubes on the green microalga Chlamydomonas reinhardtii.

Key words: algae, chlorophyll fluorescence, photosynthesis, carbon nanotubes, ecology.

В настоящее время приразвитии нанотехнологий вопросы потенциальных рисков использования наноматериалов представляется первостепенной задачей. Микроводоросли являются главными продуцентами в водоемах и мишенями для антропогенных загрязнений, поступающих в водные экосистемы. Водоросли рекомендованы как объект биотестирования [1,2]. Для выявления действия токсикантов на водоросли применяются методы измерения флуоресценции хлорофилла. Хлорофилл, находящийся в фотосинтетических мембранах, через флуоресценцию служит своего рода природным датчиком состояния клеток водорослей. В настоящей работе изучен токсический эффект углеродных нанотрубок на клетки микроводорослей штаммов Chlamydomonas reinhardtii Dang, из коллекции микроорганизмов КазНУ им. аль-Фараби [2]..

Материалы и методы исследования

В работе использовали одностенные углеродные нанотрубки (средний диаметр 1,2-1,4 нм), многостенные углеродные нанотрубки (средний диаметр 60-80 нм ) [4]. Измерения флуоресцентных показателей водорослей проводили на новом приборе М-РЕА2 фирма (HansaTech, Англия, http://www.hansatech-instruments.com) [3]. Этот прибор позволяет проводить одновременную регистрацию индукции быстрой и замедленной флуоресценции, а также изменение Р700 по поглощению при длине 820 нм. Прибор измеряет индукционные кинетики с высоким временным разрешением (начиная с 0.01 мс). Регистрация быстрой и замедленной флуоресценции производится при чередовании актиничного света (627нм, 5000 цЕ/м2с ) и темновых интервалов.

Измерения флуоресцентных показателей водорослей проводили также на импульсном флуориметре WaterPAM (Walz, Германия). Регистрировали световые зависимости параметров флуоресценции и рассчитывали - максимальный квантовый выход фотосистемы 2 (ФС 2)Fv/Fm, относительную скорость нециклического электронного транспорта и нефотохимическое тушение флуоресценции на свету.

Результаты исследований

Показано, что углеродные нанотрубки могут снижать скорость развития культуры водорослей Chlamydomonas reinhardtii и через сутки существенно изменять параметры флуоресценции хлорофилла, отражающие первичные процессы запасания световой энергии в фотосинтезе. Наблюдалось снижение квантового выхода фотохимического превращения световой энергии в фотосинтезе и относительной скорости нециклического электронного транспорта, рассчитанного по параметрам флуоресценции.

После обработки водорослей углеродными нанотрубками существенно изменяются и параметры OJIP-кинетике индукции флуоресценции, которая может также быть диагностическим параметром. Быстрая фаза индукции флуоресценции хлорофилла включает в себя изменения интенсивности сигнала флуоресценции до достижения максимального пика Р. Уровни всех четырех пиков O-J-I-P обозначаются как соответственно F0, FJ, FI и Fm( часто Fm обозначают как FP,.). F0 - интенсивность флуоресценции хлорофилла при «открытых» РЦ ФС2, когда все QA окислены. Временной интервал достижения этой точки - до 0,1 мс. Fm -интенсивность флуоресценции при «закрытых» РЦ ФС2, когда все QA восстановлены и не могут принимать электрон от РЦ; Fj - точка кривой ИФХ, определяемая количеством QB-невосстанавливающих ФС2, у которых отсутствует контакт между двумя последовательными акцепторами QA и QB; Fi - точка кривой ИФХ, определяемая эффективностью донорной части ФС2 (системы фотолиза воды); ф 0,5 - время достижения половины значения флуоресценции Fm. Для анализа использовались расчетные показатели (индексация адаптирована к OJIP-кинетике): Fv=Fm-F0 - переменная флуоресценция; Fv/Fm - эффективность ФС2; Vj=(Fj-F0)/Fv - доля QB-невосстанавливающих ФС2 (обратная величине QB-восстанавливающих); Vjp=(Fj-F0)/ Fm - эффективность разделения заряда, величина, характеризующая качество ССК и РЦ ФС2; Phi_Eo=(Fm-Fj)/Fm =(Fm-Fj)/Fm - эффективность электронтранспортной цепи (ЭТЦ). Мо=4х^300цз-Р0)^ . Параметр MO отражает начальный наклон кривой роста ИФХ. Величина MO пропорциональна скорости восстановления QA в условиях, когда QB и пул ПХ находится преимущественно в окисленном состоянии. Sm=(Area)/Fv - нормированная величина площади между OJIP кривой и величиной Fm, отражающая число оборотов ФС 2 во время OJIP фазы роста выхода флуоресценции. Для оценки эффективности донорной стороны ФС2 используют показатель Vpi=( Fm-F0)/Fi=Fv/Fi -эффективность фотолиза воды на до-норной стороне ФС2.

Обнаружено, что уменьшение эффективности ФС2 при обработке нанотрубками что сопряжено со увеличением доли QB-невосстанавливающих систем, уменьшением эффективно-

сти разделения заряда, эффективности ЭТЦ и эффективности фотолиза. Одновременная регистрация индукции быстрой и замедленной флуоресценции, а также изменений Р700 на флуориметреМ-РЕА2 позволила следить за отдельными реакциями накопления восстановленных переносчиков между фотосистемами, включением фотосистемы 1 и кинетикой элек-трохимическиого градиента протонов на тиллакоидной мембране. Обнаружено, что реакции Р700 мало изменяются, но отмечалось ингибирование электрохимического градиента протонов, участвующего в синтезе АТФ.

Таким образом, исследования указывают на возможность использования индукционных зависимостей флуоресценции для экспрессного обнаружения в водной среде наноматериалов в достаточно низких концентрациях. Делается вывод о перспективности использования высокочувствительных штаммов C. reinhardtii для оценки действия современных наноматериа-лов. Работа выполнена при поддержке Минобрнауки -02.740.11/06993.

ЛИТЕРАТУРA

1. Маторин Д.Н., Осипов В.А., Рубин А.Б. Методика измерений обилия и индикации изменения состояния фитопланктона в природных водах флуоресцентным методом. Теоретические и практические аспекты// Учебно-методическое пособие. М.: Альтрекс. 2012. 131 с.

2. Заядан Б.К. Экологическая биотехнология фототрофных микроорганизмов / Монография. - Алматы: Изд-во «Арыс», 2011. - 368 с.

3.Goltsev V., Zaharieva I., Chernev P., Strasser R.J. Delayed fluorescence in photosynthesis // Photosynth. Res. 2009. V. 101. P. 217-232.

4. Маторин Д.Н., Каратеева А.В.,Осипов В.А., Лукашев Е.П., Сейфуллина Н.Х., Рубин А.Б. Влияние углеродных нанотрубок на параметры флуоресценции хлорофилла зеленой водоросли Chlamydomonas reinhardtii.- Российскиенанотехнологии, 2010. Т. 5. - С. 321-328.

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.

Показать целиком