4. Устойчивость иммобилизованных клеток водорослей к модельному токсиканту (сульфату меди)

Действие ионов меди в различной концентрации исследовали на иммобилизованных клетках водорослей из МЭС-1, таксономический состав которых показан в таблице 3. Экспозиция составляла 2 и 5 суток. Результаты влияния ионов меди на флуоресценцию и фотохимическую активность показаны на рисунках 5,6,7.

Рис. 5 – Действие ионов меди на максимальный выход флуоресценции иммобилизованных клеток водорослей.

Рис. 6 – Действие ионов меди на максимальный квантовый выход флуоресценции иммобилизованных клеток водорослей.

Рис. 7 – Действие ионов меди на максимальную скорость фотосинтетического электронного транспорта иммобилизованных клеток водорослей.

Токсическое действие ионов меди проявилось во всех опытах, начиная с концентрации 510^‑5 М, и выражалось в снижении максимального выхода флуоресценции, максимального квантового выхода ФС2 и максимальной скорости фотосинтетического транспорта электронов. В отдельном опыте на 2 сутки культивирования клеток в присутствии ионов меди скорость транспорта электронов снизилась при концентрации 510^‑6 М (рис. 7). При концентрациях ионов меди менее 510^‑5 М клетки сохраняли высокую фотосинтетическую активность.

Установленные токсичные для иммобилизованных культур концентрации ионов меди значительно превосходили эти концентрации в отношении фотосинтетических показателей высшего растения элодея (Зотина и др., 2009). По максимальному уровню флуоресценции действие ионов меди на элодею проявилось на вторые сутки при концентрации 1,510^‑7 М.

Большая устойчивость к ионам меди у иммобилизованных культур может быть полезным при их использовании в биоремедиации водных экосистем.

ВЫВОДЫ

1. По физико-химическим характеристикам вспененный полиэтилен удовлетворяет требованиям, предъявляемым для материалов, используемых для иммобилизации клеток водорослей.

2. Клетки нитчатых синезеленых и зеленых водорослей, а также отдельные клетки диатомовых водорослей способны образовывать ассоциации на вспененном полиэтилене. Плотность заселения водорослями из МЭС кубиков из ВПЭ сопоставима с таковой для водорослей в составе фитоперифитона. Иммобилизованные на ВПЭ водоросли обладают высокой фотосинтетической активностью.

3. Зеленая водоросль хлорелла показала низкую способность к иммобилизации на кубиках из ВПЭ при использовании среды 1% Тамия.

4. Иммобилизованные клетки нитчатых синезеленых и зеленых водорослей, а также отдельные клетки диатомовых водорослей показали устойчивость фотосинтетических характеристик к ионам меди при концентрациях от 10^-7 до 10^-5 М. Это позволяет использовать иммобилизованные на ВПЭ клетки при фиторемедиации водной среды.

Список литературы

1. Nirupama Mallick. Immobilization of microalgae // Methods in Biotechnology: Immobilization of Enzymes and Cells, Second Edition, 2006.- V.22.- P. 373-391.

2. Ying Xia Li, Suo Zhou, Feng Juan Zhao, Yan Liu3, Pan Pan Fan, Gang Ce Wang. Physiological responses of Porphyra haitanesis to different copper and zinc concentrations // Brazilian Journal Of Oceanography, 2010.-58(4).-P. 261-267.

3. Muthukannan Satheesh Kumar, Kamaraj Rajeshwari, Shani Johnson, Nooruddin Thajuddin, Muthukumaran Gunasekaran. Removal of Pb (II) by Immobilized and Free Filaments of Marine Oscillatoria sp. Ntms01 and Phormidium Sp. Ntms02 // Bull Environ Contam Toxicol, 2011.-87.-P. 254–259.

4. John J. Tate, M. Teresa Gutierrez-Wing, Kelly A. Rusch, Michael G. Benton. The Effects of Plant Growth Substances and Mixed Cultures on Growth and Metabolite Production of Green Algae Chlorella sp.: A Review // Plant Growth Regul, 2013.-32.-P. 417-428

5. Rashid N., Lee K., Jong-in Han, Gross M. Hydrogen production by immobilized Chlorella vulgaris: optimizing pH, carbon source and light // Bioprocess Biosyst Eng, 2012.

6. Garbayo I., Forja E., Salguero A., Cuaresma M., Vega J.M., Vilchez C. Enhancement of photorespiration in immobilized Chlamydomonas reinhardtii cells // Biotechnology Letters, 2005.-27.-P. 265-267.

7. Correˆa A. X. R., Tamanaha M. S., Horita C. O., Radetski M. R., Correˆa R., Radetski C. M. Natural impacted freshwaters: in situ use of alginate immobilized algae to the assessment of algal response // Ecotoxicology, 2009.-18.-P. 464–469.

8. Jing Shi, Björn Podola, Michael Melkonian. Removal of nitrogen and phosphorus from wastewater using microalgae immobilized on twin layers: an experimental study // Appl Phycol, 2007.-19.-P. 417–423.

9. Pérez-Martínez C., Sánchez-Castillo P., Valle Jiménez-Pérez M. Utilization of immobilized benthic algal species for N and P removal // Appl Phycol, 2010.-22.-P. 277-282.

10. Pane L., Feletti M., Bertino C., Carli A. Viability of the marine microalga Tetraselmis suecica grown free and immobilized in alginate beads // Aquaculture International, 1998.- 6.-P. 411–420 .

11. Subhashree Pradhan, L.C. Rai. Copper removal by immobilized Microcystis aeruginosa in continuous flow columns at different bed heights: study of the adsorption/desorption cycle // World Journal of Microbiology & Biotechnology, 2001.-17.-P. 829–832.

12. Mohamed Sayed Abdel Hameed, Ola Hammouda Ebrahim. Biotechnological Potential Uses of Immobilized Algae // International Journal Of Agriculture & Biology, 2007.-09(1).-P. 183–192.

13. Sri Kumaran N., Sundaramanicam A., Bragadeeswaran S. Adsorption Studies on Heavy Metals by Isolated Cyanobacterial Strain (Nostoc sp.) From Uppanar Estuarine Water, Southeast Coast of INDIA // Journal of Applied Sciences Research, 2011.-7(11).-P. 1609-1615.

14. Mamta Awasthi, Debanghshu Narayan Das. Heavy metal stress on growth, photosynthesis and enzymatic activities of free and immobilized Chlorella vulgaris // Annals of Microbiology, 2005.-55(1).-P 1-7.

15. Fathi A. A., Zaki F. T., Ibraheim H. A. Response of tolerant and wild type strains of Chlorella vulgaris to copper with special references to copper uptake system // Protistology, 2005.-V.4 (1).-P. 73-78.

16. Dussault G.V., Kramer D.L. Food and feeding behavior of the guppy, Poecilia reticulate (Pisces Poecilidae) // Canadian Journal of Zoology, 1981.-59(4).-P. 684-701.

17. Jeffrey S. W. and Humphrey G. F. New spectrophotometric equations for determining chlorophylls a1, b1, c1 and c2 in higher plants, algae and natural phytoplankton. // Biochem. Physiol. Pflanzen, 1975.-P.167, 191–194.

18. Naessens M., Leclerc, J.-C., Tran-Minh, C., Fiber optic biosensor using Chlorella vulgaris for determination of toxic compounds // Ecotoxicol. Environ. Saf., 2000.- V.46.- P.181–185

19. Brzezinska E., Kozlowska M., Stachowiak J. Response of Three Conifer Species to Enhanced UV-B Radiation; Consequences for Photosynthesis // Polish J. of Environ. Stud., 2006.- V.15, N.4.-P. 531-536.

20. Genty B., Briantais J-M., Baker N.R. (1989) The relationship between the quantum yield of photosynthetic electron transport and quenching of chlorophyll fluorescence // Biochim Biophys Acta, 1989.-V.990.-P. 87–92.

21. Saravia L.A. , Giorgi A., Momo F.R. A photographic method for estimating chlorophyll in periphyton on artificial substrata // Aquatic Ecology, 1999.-V. 33.-P. 325–330.

22. Kursar T.A., Van Der Meer J., Alberte R.S. Light-harvesting system of the red alga Gracilaria tikvahiael I. Biochemical analysis of pigment mutation // Plant Physiol, 1983.-V. 73.-P. 353-360.

23. Wilhelm C., Kramer P., Wiedemann I. Die Lichtsammelkomplexe der verschiedenen Algenstämme . Phylogenetische Vielfalt eukaryotischer Photosynthese apparate // Biologie inunserer Zeit, 1987,Nr. 5, p.138-143

24. Yentsch C.S., Phinney D.A. Spectral fluorescence: atoxonomic tool for studying the structure of phytoplankton population // J. Plankton Reas., 1985.-V.7.-N.5. P. 671-632.

25. Шлык А.А. Определение хлорофиллов и каротиноидов в экстрактах зеленых листьев // Биохимические методы в физиологии растений. М., Наука, 1971.-с.154.

26. Электронный ресурс: Вспененный полиэтилен http://www.polyairpack.ru/production/?id=19; http://www.avalot.ru/product/2.html.

27. Ануфриева Т.Н., Гаевский Н.А., Горбанева Т.Б., Коваленко Н.Е. Фитоперифитон реки Енисей в условиях комплексного антропогенного воздействия // Экология, 2003.

28. Апонасенко А.Д., Щур Л.А., Лопатин В.Н. Связь содержания хлорофилла с биомассой и дисперсной структурой фитопланктона // Докл. РАН, 2007.-Т. 412.- № 5.- С. 710–712.

29. Бульон В.В. Первичная продукция планктона внутренних водоемов. // Л.: Наука, 1983. 150 с.

30. Гольд В.М., Гаевский Н.А., Шатров И.Ю., Попельницкий В.А.. Рыбцов С.А. Опыт использования флуоресценции для дифференциальной оценки содержания хлорофилла а у планктонных водорослей // Гидробиологический журнал, 1986.-Т.22.-№3.-с.80-85

31. Горбанева Т.Б., Гаевский Н.А., Ануфриева Т.Н., Хакимьянова Л.Т. Определение первичной продукции фитоперифитона озера Шира (Хакасия) на основе флуоресцентного метода // Вестник КрасГУ, 2006.- С.48-51.

32. Зотина Т.А., Гаевский Н.А., Радионова Е.А. Оценка токсичности тяжелых металлов для водного растения Elodea canadensis // Журнал Сибирского федерального университета. Биология, 2009.-N.2.-с.226-236

33. Китаев С.П. Экологические основы биопродуктивности озер разных природных зон // М.:Наука,1984 - 207 с.

34. Кумулайнен С.Ф., Круглова А.Н., Барышев И.А. Сообщества гидробионтов малых рек северо-западной части Кольского полуострова // Сохранение биологического разнообразия наземных и морских экосистем в условиях высоких широт: Материалы Международной научно-практической конференции. Мурманск, 13-15 апреля 2009 г. / Науч. ред. Н.В. Василевская - Мурманск: МГПУ, 2009. C. 114-117.

35. Медведев С.С. Физиология растений // СПб.: БХВ-Петербург, 2013.-512с.

36. Оксиюк О.П., Жукинский В.Н., Брагинский Л.П. и др. Комплексная экологическая классификация качества поверхностных вод суши // Гидробиологический журнал, 1993.- Т.29. -№ 4.- С. 62-77.

37. Рабинович Е. Фотосинтез // М.: Изд-во ИЛ, 1951, Т. 1. С. 410-412.

38. Ратушняк А.А., Абрамова К.И., Муравьёва А.С., Иванов Д.В. К вопросу о некоторых адаптационных физиолого-биохимических и анатомо-морфологических перестройках Typha angustifolia L. В условиях нагрузки по азоту // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского, 2008.-№.3, с. 98–104.

39