Влияние детергентов на подвижность культур микроводорослей

Размещено на http://www.allbest.ru/

влияние детергентов на подвижность культур микроводорослей

Ничкова Л.А., Чибисова Л.Б., Солдатов А.А.

Влияние детергентов на подвижность культур микроводорослей

Ключевые слова: поверхностно активные вещества, Exuviaella pussilla, Emiliania huxleyi, биотестирование.

В настоящей работе сравнили действие двух детергентов на культуры золотистых микроводорослей (Exuviaella pussilla и Emiliania huxleyi), со слабыми темпами клеточного деления. Неожиданно культуры золотистых водорослей оказались более чувствительными к действию SDS и TDTMA. Это выражалось в следующем:

- клетки утрачивали двигательную активность при незначительных концентрациях детергента в среде (0,2… 0,4 мг л -1);

- у клеток микроводорослей визуально наблюдались значительные морфологические изменения: деформация поверхности, фрагментация цитоплазмы, депигментация.

Nichkova L. A., Chibisova L.B., Soldatov A. A.

This article explores the way how two types of detergents affect cultures of golden microweeds ( Exuviaella pussilla и Emiliania huxleyi ) with moderate cell growth.

There is a surprising discovery that such cultures are more sensitive to SDS and TDTMA. It shows the following:

- cells lose their moving activity under small concentrations of detergents in the medium (0,2+0,4 mg l-1);

- microweeds' cells show significant morphological changes: surface deformation, fragmentation of cytoplasm, discoloration.

детергент микроводоросль синтетический подвижность

Антропогенная нагрузка на окружающую среду имеет ряд существенных негативных последствий, среди которых более всего выделяется проблема химического загрязнения водной среды.

Среди органических соединений, поступающих в водную среду и представляющих для нее значительную опасность, являются детергенты или поверхностно активные вещества (ПАВ), производство которых постоянно возрастает. Это связано с тем, что в воде большинство поллютантов находятся в растворенном состоянии, поэтому они легко переносятся с водными массами на значительные расстояния, охватывая большие акватории [1], и достаточно хорошо проникают в организм гидробионтов с последующей миграцией по трофическим цепям. Экологическая опасность этих соединений связана, по-видимому, с тем, что они способны воздействовать на цитоплазматические мембраны, изменяя их проницаемость. В результате наблюдается нарушение нормального течения метаболических процессов в клетках.

Водные экосистемы и, прежде всего их автотрофное звено, представленное в основном микроводорослями, безусловно, испытывает на себе влияние ПАВ. Известно, что повреждающий эффект поллютанта прямо зависит от пролиферативной активности клеточных структур, защитных свойств клеточной оболочки. В отношении ПАВ такая информация отсутствует. Известно, что при отборе культур микроводорослей в качестве объекта биотестирования важное значение имеет их чувствительность по отношению к факторам среды. Как уже отмечалось, чувствительность клеток в значительной степени определяется их пролиферативной активностью.

Токсичность действия ПАВ обычно оценивается в условиях острого или хронического эксперимента на организмах разных трофических уровней [2]. При этом сравнительный учет чувствительности организмов к данной группе поллютантов не проводился. В связи с этим изучение биологической активности ПАВ в отношении микроводорослей представляется интересным по двум причинам. Во-первых, данные формы жизни являются общепризнанными объектами биотестирования среды, а, во-вторых, они являются компонентами автотрофного звена любой экосистемы, и от их состояния зависит благополучие остальных трофических уровней.

Цель настоящей работы - сравнить в условиях эксперимента действие анионных и катионных ПАВ на культуры микроводорослей.

Задача исследования - изучить действие анионного детергента додецилсульфата натрия (SDS), входящего в состав большинства синтетических препаратов, на подвижность золотистых культур микроводорослей.

В настоящей статье представлены результаты изучения влияния SDS и TDTMA на культуры золотистых микроводорослей Exuviaella pussilla и Emiliania huxleyi 1. Изучение влияния SDS.

SDS относится к группе анионных детергентов и входит в состав большинства ПАВ препаратов. Изучение влияния данного соединения было выполнено на обеих культурах микроводорослей.

Таблица 1.

Влияние различных концентраций SDS на подвижность клеток в культуре Ex. pussilla по результатам эксперимента №1.

Примечание: «+++» - более 75% клеток культуры подвижны; «++» - около 50% клеток культуры подвижны; «+» - не более 25% клеток культуры подвижны; «-» - подвижны единичные клетки

1. Эксперименты на культуре Ex. pussilla

Эксперимент №1 (среда - морская вода). Культура микроводоросли Ex. pussilla, содержащаяся на среде Гольдберга, характеризуется достаточно высокой подвижностью клеток, которая в норме обычно превышает 75 %. При переносе инокулята из маточной среды в стерилизованную морскую воду отмечали существенное угнетение двигательной активности клеток. В контрольной культуре подвижность клеток в течение всего периода наблюдений находилась на уровне 50 % (таблица 1, рисунок 1).В присутствии SDS она существенно подавлялась. Степень подавления определялась концентрацией детергента. Во всех культурах с SDS она не превышала 25 %. Однако если в культуре с концентрацией детергента 0,1 мг л-1 она оставалась таковой на протяжении всего эксперимента (73,5 часа), то в остальных случаях она с течением времени угнеталась полностью.

Следует отметить, что оценку подвижности клеток культуры Ex. pussilla необходимо проводить сразу после заполнения камеры Горяева, поскольку в противном случае клетки быстро угнетается.

Эксперимент № 2 (среда Гольдберга). В данной среде культура Ex. pussilla сохраняла в отличие от предыдущего эксперимента свои свойства более стабильно, что позволило полнее изучить характеристику действия SDS на ее состояние.

Подвижность клеток. По сравнению с предыдущим экспериментом в среде Гольдберга подвижность клеток была существенно выше, как в контрольной, так и опытных сериях. Учет подвижности проводился по 4-х бальной шкале. Результаты оценки представлены на рисунке 1.

В контрольной серии подвижность клеток сохранялась на высоком уровне в течение всего периода наблюдений. Более 75 % клеток активно перемещались в толще инкубационной среды. Только на 170 час наблюдений было замечено некоторое ограничение активности. Подвижность сохраняли около 50 % клеток.

SDS заметно повлиял на подвижность клеток. Спустя 15 часов во всех пробах, содержащих детергент в различных концентрациях, отмечали подавление подвижности. Подвижность сохраняли не более 25 % клеток.

Негативное действие детергента, отмеченное в начальный момент, с течением времени компенсировалось культурой Ex. pussilla. Причем компенсация наблюдалась только при низких концентрациях SDS - 0,10 и 0,25 мг л -1. На 54 час эксперимента подвижность клеток в этих культурах совпадала с таковой у контрольной серии (более 75 %). При концентрации детергента в культуре 0,50 мг л -1 восстановление подвижности было частичным и находилось на уровне 50 % клеток. При концентрациях SDS 0,75 и 1,0 мг л -1 восстановление отсутствовало совсем. Необходимо отметить, что восстановление подвижности клеток в культурах с уровнем SDS 0,01… 0,50 мг л -1 было временным и утрачивалось уже на 78 час наблюдений. На 558 час экспозиции подвижность клеток в культурах с концентрацией детергента 0,25…1,00 мг л- 1 была полностью утрачена.

Механизм компенсации действия SDS представляет определенный интерес и требует специального изучения. Не следует также исключать из внимания возможность разрушения детергента в культуре с течением времени [3]. Однако этот момент в опыте не контролировался.

2. Эксперименты на культуре Em. huxleyi

Подвижность клеток. В контрольной культуре Em. huxleyi подвижности клеток сохранялась на уровне 50 % на протяжении всего эксперимента (таблица 2). Эта было характерно для обоих экспериментов. Аналогичная картина сохранялась и при концентрации SDS в инкубационной среде 0,2 мг л -1. Только на 75-ый час наблюдений отмечали некоторое угнетение подвижности до уровня 25 % (эксперимент № 2).

Концентрация SDS 0,4 мг л -1 оказала более выраженный эффект на культуру, особенно в эксперименте № 2. Так, если в первом эксперименте угнетение подвижности отмечалось лишь на 59-ый час до уровня 25 %, то во втором случае активность клеток падала до подобных значений уже на 23-ий час, а на 50-ый час и в последующий период наблюдений она полностью подавлялась.

Таблица 2.

Влияние различных концентраций SDS на подвижность клеток в культуре Em. Huxleyi.

Примечание: «+++» - более 75% клеток культуры подвижны; «++» - около 50% клеток культуры подвижны; «+» - не более 25% клеток культуры подвижны; «-» - подвижны единичные клетки

Действие концентраций 0,6 - 1,0 мг л -1 на культуру Em. huxleyi было более выраженным. В условиях первого эксперимента ограничение подвижности отмечали на 35-ый час наблюдений. Активность клеток находилась на уровне 25 %. Во втором эксперименте это уже происходило на 23-ий час действия SDS. Начиная с 50-го часа, подвижность полностью подавлялась.

Компенсации действия SDS, как это было в случае с культурой Ex. pussilla, не наблюдалась. Подвижность клеток в обоих экспериментах не восстанавливалась.

Таким образом, подводя итог экспериментам с культурами микроводорослей Ex. pussilla и Em. huxleyi можно заключить, что они оказались весьма чувствительными к действию SDS. Незначительные концентрации этого анионного детергента (0,1 - 0,2 мг л-1) вызывали выраженные изменения подвижности клеток, их пролиферативной активности.

3. Изучение влияния TDTMA

Тетрадецилтриметиламмоний бромид (TDTMA) также, как и SDS входит в группу поверхностно-активных препаратов, но относится к группе не анионных, а катионных соединений. Поэтому воздействие его на клетки микроводорослей может быть иным. Влияние TDTMA было изучено только на культуре Em. huxleyi.

Подвижность клеток. Подвижность клеток в культуре была изучена в двух экспериментальных сериях. В первой серии контрольная культура обладала низкой активностью. В поле зрения микроскопа перемещалось не более 25 % клеток. На протяжении опыта данный уровень подвижности не претерпевал существенных изменений. Внесение в культуру детергента оказало выраженный негативный эффект [4]. При концентрациях TDTMA 0,2 - 0,4 мг л -1 подвижность клеток сохранялась только на момент внесения препарата. В дальнейшем она полностью подавлялась. В культурах, где концентрация TDTMA составила 0,6…1,0 мг л-1, двигательная активность клеток не обнаруживалась совсем.

Во второй экспериментальной серии подвижность клеток в контрольной культуре составляла около 50 % и была устойчива в течение всего периода наблюдений. Такая же подвижность сохранялась в культурах с концентрацией TDTMA 0,2 … 0,6 мг л -1 на момент внесения детергента. Однако в ходе эксперимента она явно угнеталась до уровня 25 %. При 0,2 мг л-1 угнетение наступало на 46-ой час экспозиции, а при 0,4 - 0,6 мг л-1 на 22-ой час экспозиции. Затем подвижность клеток полностью подавлялась. В культурах с концентрацией TDTMA 0,2…0,4 мг л -1 это наступало на 70-ый час, а с концентрацией 0,6 мг л -1 на 46-ой час эксперимента. Концентрации TDTMA 0,8…1,0 мг л -1 оказывали более выраженное действие. Угнетение подвижности клеток до уровня 25 % наблюдалось уже на момент внесения препарата. На 22-ой час (концентрация 1,0 мг л -1) и 46-ой час эксперимента (концентрация 0,8 мг л -1) движение клеток в среде вообще не обнаруживалось.

Таблица 3.

Влияние различных концентраций TDTMA на подвижность клеток в культуре Em. huxleyi

Примечание: «+++» - более 75 % клеток культуры подвижны; «++» - около 50 % клеток культуры подвижны; «+» - не более 25 % клеток культуры подвижны; «-» - подвижны единичные клетки.

Таким образом, действие TDTMA на культуру Em. huxleyi качественно совпадало с таковым, отмеченным для SDS, и выражалось в угнетении подвижности. Однако влияние это было более значительным. Оно наблюдалось при более низких концентрациях детергента, развивалось в более короткие промежутки времени и затрагивало больший процент клеток.

Высокая чувствительность культур золотистых микроводорослей к детергентам, по-видимому, определялась особенностями структуры их наружного слоя клетки. Известно, что они не имеют настоящей клеточной стенки, как зеленые микроводоросли. Наружный слой у них представлен пелликулой или текой с теми или иными видоизменениями [5]. Это должно делать более доступной мембрану этих клеток к действию детергента, что, по всей видимости, и имело место.

Сравнительная оценка действия анионного (SDS) и катионного (TDTMA) детергентов показала более высокую эффективность последнего соединения, которое вызывало наиболее серьезные изменения в состоянии культур вплоть до их полной деградации. Известно, что действие ПАВ реализуется преимущественно на уровне клеточных мембран. Чувствительность их к катионному детергенту позволяет предположить, что на поверхности оболочек микроводорослей должны доминировать отрицательно заряженные химические группы, способствующие ассоциации катионного детергента с клеткой.

Следует отметить, что нормы сброса ПАВ в водоемы определяются на основании их способности к биологическому разложению без учета особенностей их действия на биообъекты. Однако более корректно устанавливать эти нормы с учетом комплексного влияния ПАВ на водную экосистему, которые рассмотрены в данной работе.

Литература

1. Паршикова Т.В., НегрудскийС.Ф. Влияние ПАВ на водоросли // Гидробиол. журн. - 1988. -Т.24. № 6. - С. 46-57.

2. Остроумов С.А. Деградация водорослей при загрязнении водной среды ПАВ этонием // Экология. -1988. -№ 6. - С.165-168.

3. Остроумов С.А. Воздействие загрязнения среды катионным ПАВ на водоросли и проростки Fagohyrum esculentum // Экология. -1990. -№ 2. -С.43-46.

4. Bayne A., Newell N. Physiologikal energetics of marine molluscs // Mollusca / Eds: K.M.Wilbur. - New York; London: Academie press. 1983. - № 4. - P. 407-515.

5. Николаев И.И. Планктонные водоросли // Жизнь растений.-Т.3. М.: Просвещение, 1977. - С. 44-54.

Размещено на Allbest.ru