Реакция на соли тяжелых металлов 


a)

b)

c)
Рис. 6. Spirodella pollyrhiza. а) Контроль; b) Mn с концетрацией 0,1-0,025 мг/мл; c) Ba - 0,025 мг/мл.

На марганец (Mn) у трех видов, представленных в таблицах, зарегистрирована относительно одинаковая реакция: отмирание и отпадение корней. (РИСУНОК 6-7).


a)

b)

c)
 

d)
 
Рис. 7. Lemna minor. а) Контроль; b) Ba с концетрацией 0,001-0,0025 мг/мл; c) Co - 0,1-0,025 мг/мл; d) Mn - 0,125-0,025 мг/мл.

У многокоренника ответ на воздействие металла оказался выраженным наиболее сильно по сравнению с остальными рясками, о чем свидетельствует характер окраски листецов. Специфика действия многих тяжелых металлов заключается в том, что они являются биологически активными микроэлементами, необходимыми для нормального функционирования организма. В этой связи для многих из них нет барьеров поступления в организм и они обладают способностью накапливаться в тканях растения.

Выбранный тест-объект - водные растения семейства рясковых - отражают на наш взгляд наиболее полно спектр действия каждого металла. Рясковые характеризуются необычайной чувствительность к перемене состава воды, поскольку они поглощают все из воды всех своей поверхностью.

Практически все концентрации металлов, исследуемые в работе, вызывали замедление роста, а в ряде случаев - гибель растений.

При анализе влияния Cu, Mn, Co, Zn - как наиболее токсичных металлов, из всей группы обращает на себя внимание значительно более быстрая ответная реакция рясок на воздействие Cu. Через несколько часов все ряски рассоединились. Известно, что одним из механизмов токсического действия меди может быть связано с изменением конформационных характеристик белков в результате присоединения ионов Cu или же изменением внутриклеточных условий, вследствие вызываемого Cu нарушения проницаемости мембраны. По видимому, ионы меди нарушают белковую структуру мембраны, рвут дисульфидные связи, вследствие чего разрывается гиалиновая нить и распадаются группы листецов.

Относительно действия цинка на выживаемость и скорость роста водных макрофитов есть данные, что он может поглощаться в результате ионно-обменных процессов, так и с использованием метаболлических механизмов, требующих затрат энергии. Первичным объектом повреждения цинка, по-видимому, является нарушение фотосинтетического транспорта, о чем свидетельствует полное обесцвечивание листецов рясок.

Действия Сo, Ba, Mn на интегральные показатели рясок - скорость роста и выживаемость - отмечено на вторые сутки эксперимента: полное рассоединение листецов, отмиранием с краев и отпадание корней . Токсическое действие металлов, связано с воздействием на белковые структуры клеток, в результате чего нарушается проницаемость мембраны. Ионы Сo, Ba, Mn вызывают набухание органелл цитоплазмы, влекущее за собой разрыв мембраны клетки и разъединение связи между листецами.

В работе было использовано 5 видов рясок, что позволило подойти наиболее корректно к выбору индикаторного вида. По чувствительности рясок к металлам, на основании результатов работы виды расположились в следующей последовательности:

Ряска малая > Ряска горбатая > Многокоренник > Ряска тройчатая > Вольфия безкорневая (Рис. 8).


Вид очень чувствительный к загрязнению почвы и воды Реагирует на соли ТМ при концентрации: Cu (0,0001мг/мл) Zn (0,025 мг/мл), Ba (0,001 мг/мл), Co (0,0001 мг/мл), Mn (0,025 мг/мл).


Средне-чувствительные виды к загрязнению.


Слабо-чувствительные к загрязнению виды.
Рис. 8. Классификация видов рясок по чувствительности к солям тяжелых металлов.

На втором этапе работы реакция рясок на загрязнение поллютантами была изучена по тестам 4 и 5 более детально.

a) Норма

Положение хлоропластов в эпистрофном положении после освещения слабым светом.

Положение хлоропластов в парастрофном положении после освещения сильным светом.
б) Варианты с загрязнением

Положение хлоропластов в эпистрофном положении после освещения слабым светом.

Положение хлоропластов в парастрофном положении после освещения сильным светом.
Рис. 9. Торможение фототаксиса хлоропластов в листецах ряски Lemna minor L. в контроле и вариантах с загрязнением почвы токсикантами.

Тест 4 - ингибирование фототаксиса. Хлоропласты при исследуемых концентрациях не расходились к краям клетки. В среднем число хлоропластов, приходящихся на одну клетку, колеблется от 20 до 23. В контроле после интенсивного освещения все хлоропласты или 97% от общего числа переходили в парастрофное состояние, т.е. выстраивались по клеточной стенке. (Рис 9). С уменьшением концентрации металлов снижается их отрицательное влияние на фототаксис (Табл. 4).



Таблица 4.
Летальные дозы токсических элементов для Lemna minor L.
Металл Значение токсических концентраций, мг/л *10-6
LD50 LD95
Cu180038700
Co160073500
Zn290076700
Pb310077300
Mn280078400
Ba260076700


Примечание. Оценка летальных доз дана по значению хлоропластов в эпистрофном положении.

По степени токсичности для тест-объекта металлы распределяются следующим образом: Co К Cu К Ba К Mn К Zn К Pb. .

Тест 5 - витальное окрашивание. С помощью визуальной оценки при малых концентрациях металлов не всегда удается определить жизнеспособность листецов. Метод витального окрашивания позволяет просмотреть большое количество листецов сразу и увидеть степень повреждения всего растения. На анализ одного образца требуется 5- 7 мин. В эталоне окрашенными оказались до 10% клеток от всей площади листеца. При большой концентрации металла старые листецы окрашивались полностью, с уменьшением концентрации живыми, т.е. неокрашенными, остались только точки роста. При некоторых концентрациях зелеными были лишь части листеца (Рис 10).

Cu
Co
Zn
Pb
Mn
Ba
Рис. 10. Витальное окрашивание листьев ряски. Красный фон - окрашенные, желтый - зеленые или неокрашенные клетки личтеца. В верхнем углу - указаны концентрации металла, в нижнем - % окрашенных (т.е. погибших клеток). Контроль - 0-10% окрашенных клеток.

Как видно из рисунка, при малых концентрациях металлов (0,001; 0,0001 мг/мл) жизнеспособным остается молодой листец и это дает возможность объекту размножаться дальше.

Выводы

Таким образом, представленные в работе данные по чувствительности рясок к загрязнителям позволяют сделать следующие выводы:

  1. Медь, по сравнению с Zn, Co, Ba, Mn, Fe обладает наиболее сильным токсическим действием и ее реакция проявляется через 3 - 5 часов при концентрациях: 0,1; 0,25; 0,025; 0,001; 0,0001 мг/мл.
  2. Cu, Co, Ba, Mn - вызывают полное рассоединение листецов рясок, при концентрациях 0,1 - 0,25 - 0,025 мг/мл. Mn - отмирание корней и их разрыв с листецом.
  3. Исследованные металлы обладают токсическим действием, что сказывается на приостановке роста рясок и их выживаемости.
  4. Ряска малая, ряска горбатая и многокоренник - являются наиболее чувствительными тестерами к действию тяжелых металлов, чем ряска тройчатая и вольфия безкорневая, что по-видимому объясняется интенсивным прохождением обменных процессов в самих растениях.
  5. Pясковые - как фитотестеры, обладают высокой чувствительностью к действию токсикантов, т.к. способны реагировать на металлы при их концентрации в диапазоне от 0,1 до 0,0001 мг/мл и могут быть успешно использоваться при тестирования загрязнения поллютантами компонентов агроценоза.
Главная       Реакция на пестициды Биотестирование почвы
Краснодар, 2000