Диссертация (1154473), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Фотоингибированиефотосинтеза, связанное с развитием фотоокислительного стресса в клетках,подвергнутых интенсивному освещению, может усиливаться при действиинеблагоприятных факторов различной природы, в том числе при токсическомвоздействии тяжелых металлов (Габбасова с соавт., 2016).На рисунке 28 показаны изменения величины FV/FM культуры P. tricornutumпри повышенной освещенности и последующей темновой экспозиции клеток.Рисунок 28.
Изменения величины FV/FM в клетках суспензии P. tricornutumпри экспонировании в течение 25 мин на интенсивном свету (500 мкмольквантов·м-2·с-1) и с последующим темновым периодом: 1 - контрольный образец, 2– клетки инкубировали в присутствии K2Cr2O7 (5 мг/л). Интенсивный светвключали через 20 мин после добавления солей хрома (Габбасова с соавт., 2017).91Как видно из рисунка 28, в образцах, обработанных хромат-ионами в низкихконцентрациях, значительно усиливалось фотоингибирование и замедляласьскорость темнового восстановления величины FV/FM по сравнению с контролем.Этот результат свидетельствует о возможном подавлении хромат-ионамипроцесса репарации фотоповрежденных центров ФС II в клетках водорослей.Уменьшение величины FV/FM в присутствии хромат-ионов, вероятно, связано с ихвлиянием на биосинтез белка D1.
В работе с ряской Lemna gibba (Ali et al., 2006)было продемонстрировано уменьшение белка D1 в присутствии хромат-ионов.Последнее может играть существенную роль в снижении фотосинтетическойактивности клеток при действии низких концентраций ионов этих металлов вусловиях фотоокислительного стресса. В этой же работе (Ali et al., 2006) на ряскепоказано, что соли шестивалентного хрома генерируют появление активных формкислорода, разрушающих липиды тилакоидов, что и ведет к деструкции мембрани повреждению структуры белково-протеинового комплекса.Опыты с использованием различных световых режимов показали, чтоактивность ФС II у микроводорослей, выращенных в режиме день/ночь былаболее чувствительна к действию хрома, чем активность микроводорослей,Процентное соотношение, %выращенных при непрерывном освещении (Рисунок 29).1201 2100806040200контроль2,55101525Концентрация ионов хрома, мг/лРисунок 29.
Изменение значения параметра FV/FM в зависимости отконцентрации ионов хрома у микроводоросли P. tricornutum, выращенные принепрерывном освещении (1) и в режиме день/ночь (2), через 72 ч инкубации.92Ранее, с использованием зеленой водоросли Chlorella pyrenoisoda, былоустановлено, что влияние хрома зависит от режима освещения и тесно связано сокислительным стрессом и фотоингибированием ФС II (Horcsik et al., 2007).ИзвестнонесколькоэтаповфотоингибированияФСII,вчастностивосстановительный цикл светозависим (Mohanty et al., 2007). Например, делениеклеток, в естественных условиях, морской зеленой водоросли Ulva pseudocurvataи красных водорослей Porphyra umbilicalisвозрастает, когда процессыфотосинтеза снижаются и митоз достигает своего пика после 1 часа в темноте.
Вэти периоды суточного цикла, когда большая часть водорослевых клетокнаходится в фазе митоза, клетки могут стать более восприимчивы к поступлениюхрома (Didur et al., 2013). Вероятно цикл день/ночь, используемый дляводорослевых культур уменьшил способность клеток регулировать эффект хромана активность ФС II по сравнению с водорослями, выращенных при непрерывномосвещении.Этоисследованиепоказывает,чтосветовойрежим,модифицирующий клеточный цикл регулирования водорослей, может влиять натоксичный отклик в отношении к хрому (Габбасова с соавт., 2017).Таким образом, полученные данные показали, что хромат-ионы могут сильноингибироватьОбнаруженнаяскоростьростакорреляцияморскоймеждумикроводорослиизмерениямиP.tricornutum.численностиклетокмикроводорослей по параметру флуоресценции FO и прямым измерениемколичестваклетокподтверждаетперспективностьиспользованияметодафлуоресценции при биотестировании вместо длительного и трудоемкого процессаподсчета клеток под микроскопом.
Одновременная регистрация индукционныхкривых быстрой и замедленной флуоресценции, а также редокс-состояния Р700на приборе M-PEA-2 позволили выявить первичные стадии воздействия хроматионов на реакции фотосинтеза у морских водорослей.
Анализ индукционныхкривыхпоказал,чтоодноизпервыхмествоздействиясоединенийшестивалентного хрома локализовано на акцепторной части ФС II между Q А и QВ.Уменьшение квантового выхода электронного транспорта в ФС II приводит кингибированию значения индекса производительности (PIABS). Этот параметр93оказался более чувствительным к действию токсиканта по сравнению с FV/FM иможет быть рекомендован для биотестирования. Уменьшение количестваактивных РЦ и изменение электронного транспорта естественно приводят кнарастанию нефотохимических потерь, связанных с увеличением квантовойэффективностирассеиванияэнергии(DIО/RC)иΔpH-зависимогонефотохимического тушения (qE).
При анализе редокс-состояния Р700 (ФС I)обнаружено, что реакции окисления Р700 у морских водорослей менеечувствительны к соединениям шестивалентного хрома. При этом анализ кинетикитемнового восстановления Р700 показал, что ингибируется быстрая фазадонорства электронов от пластоцианина и ФС II.
При этом увеличиваетсямедленная фаза, связанная с циклическим транспортом электронов и стромальныхакцепторов. Отмечено влияние на донорную часть ФС II при высокихконцентрациях хроматов, что также указывает на возможность воздействиясоединений шестивалентного хрома на этом участке кислородвыделяющегокомплекса. При сравнении различных световых циклах: цикл день/ночь и принепрерывном освещении было выявлено, что световой режим может влиять натоксичный отклик в отношении к хрому.
Показано усиление у P. tricornutum вприсутствиихромат-ионовфотоингибированияизамедлениереакцийвосстановления в темноте после прекращения фотоокислительного стресса, чтоподтверждает вероятное влияние хромат-ионов на биосинтез D1-белка РЦ ФС II.943.3. Изменение устойчивости микроводоросли Scenedesmus quadricauda придобавлении гуминовых веществ в присутствии ионов хромаВ качестве средств защиты от повреждающего воздействия токсикантовмогут выступать природные физиологически активные соединения, к которымотносятся гуминовые вещества (ГВ), содержащиеся во всех природных средах,включая природные воды, почвы, торфа, сапропели и угли.
ГВ выполняют рядважных экологических функций в биосфере: аккумулятивную, транспортную,регуляторную, физиологическую и защитную. Под защитным действием ГВподразумевают их способность помогать живым организмам противостоятьнеблагоприятным условиям (стрессовым факторам) окружающей среды спомощью связывания в прочные комплексы токсикантов в загрязненных водныхипочвенныхсредах(Якименко,2016;Kulikova,2005).Экологическиепоследствия такого связывания – изменение форм существования токсикантов иих миграционной способности, уменьшение биодоступности и токсичности(Куликова, 2008).
Вследствие того, что связанное вещество свою токсичностьтеряет, ГВ можно рассматривать как природные детоксиканты.Были проведены эксперименты по защитному действию ГВ на пресноводныемикроводоросли Scenedesmus quadricauda в присутствии ионов хрома. Присравнении изменений параметров флуоресценции в присутствии ионов хрома упресноводной микроводоросли S. quadricauda и морской микроводорослиPhaeodactylum tricornutum наблюдались аналогичные сайты воздействия напроцессы фотосинтеза.
Поэтому в качестве тест-объекта были выбранымикроводоросли S. quadricauda. При внесении ионов хрома наблюдалосьингибирование скорости роста микроводорослей по параметру флуоресценции FO(Рисунок 30). При добавлении ГВ (10 мг/л) к ионам хрома в концентрации 5 мг/лбыло обнаружено, что они обладают выраженным защитным действием, при 50 %ингибировании роста микроводорослей. В присутствии ГВ 50 % ингибированиироста наблюдалась только при концентрации ионов хрома 10 мг/л (Рисунок 30).95Можно предположить, что ГВ стимулируют скорость роста микроводорослей вприсутствии токсикантов.120%Концентрация ионов хрома – 5 мг/л100%Fo, % от контроля100%98%91%80%60%50%40%20%0%контроль120%Fo, в % от контроля100%ХромХром +ФКХром+ГККонцентрация ионов хрома -10 мг/л100%80%60%50%41%40%20%0%контрольХром+ГКХром +ФКРисунок 30.
Изменение количества клеток микроводоросли S. quadricauda попараметру FO при добавлении ГК и ФК черноземных почв (10 мг/л) и ионов хрома(5; 10 мг/л) через 72 часа инкубации.На рисунке 31 приведены кинетические кривые флуоресценции, а в таблице5 параметры флуоресценции при влиянии ионов хрома в сочетании с ГВчерноземных почв на микроводоросли S. quadricauda.Обнаружено, что хром влияет на донорную часть ФС II (FV/FO). Происходитуменьшение количества реакционных центров, что приводит к увеличениюразмера антенны на РЦ и следовательно к увеличению параметра ABS/RC.Уменьшение количества активных РЦ и изменение ЭТР (φEo) приводит кнарастанию нефотохимических потерь (DIО/RC). Параметр FV/FM представляетсобой безразмерную энергетическую характеристику фотосинтеза, аналогичную96коэффициенту полезного действия. Проведенные исследования на пресноводныхмикроводорослях S.
quadricauda, при действии различных концентраций хроматионов, показали снижение максимального квантового выхода первичныхфотохимических реакций FV/FM.1.611.42БФ, отн.ед.1.2130.80.640.40.200.010.1110Время, мс100100010000Рисунок 31. Кинетики индукции быстрой флуоресценции микроводоросли S.quadricauda при действии ионов хрома (5 мг/л) и ионов хрома при добавлении ГКи ФК черноземных почв (10 мг/л), после 24 ч инкубации. Где 1 – контроль, 2 –ионы хрома и ГК черноземных почв, 3 – ионы хрома и ФК черноземных почв, 4 –ионы хрома. Быстрая флуоресценция нормирована на FО.При добавлении ГВ наблюдали детоксифицирующий эффект (Таблица 5),причем ГК оказывали большее смягчающее воздействие, по сравнению с ФК.
Вприсутствии ГК наблюдали практически полное восстановление КВК (FV/FO), приминимальной концентрации ионов хрома – 2,5 мг/л. ФК показали аналогичноедействие, но с меньшим эффектом в сравнении с ГК. Это можно объяснитьналичием большего количества функциональных групп у ГК в отличие от ФК.Обобщающий параметр PIABS, являющийся показателем функциональнойактивности ФС II имел низкий показатель у обработанных хромат-ионамимикроводорослей и более высокий в присутствии ГВ, в особенности вприсутствии ГК черноземных почв, которые при малых концентрациях ионов97хрома (2,5 мг/л) достигали уровня контроля.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
