CC BY
40
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ВОДНОЙ ВЫТЯЖКИ ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ СРЕДНЕГО ТЕЧЕНИЯ РЕКИ УРАЛ НА ПРОЯВЛЕНИЕ ФОРМ ПЛАЗМОЛИЗА И СКОРОСТЬ ДЕПЛАЗМОЛИЗА КЛЕТОК КОЖИЦЫ ЛУКА ALLIUM CEPA
© Кузнецова А.А., Осинкина Т.В.*, Кануникова Е.А., Тихомирова Г.М.
Оренбургский государственный медицинский университет, г. Оренбург
В работе проанализировано влияние водных вытяжек донных отложений отобранных с пяти участков среднего течения реки Урал на физиологическое состояние клеток кожицы лука Allium cepa и определено их выраженное плазмолитическое действие, что указывает на присутствие в донных отложениях компонентов различной химической природы, приводящих к нарушению тургорного давления растительных клеток. В ходе исследования определены участки, водные вытяжки донных отложений с которых обладали токсическим эффектом (сходным с характером воздействия высоких концентраций сахарозы), который оказывал влияние на физиологическое состояние растительных клеток и приводил к стойкому, затяжному плазмолизу.
Ключевые слова плазмолиз, деплазмолиз, водная вытяжка донных отложений, растительная клетка, токсикант.
В любой растительной клетке при обычных условиях существует тургорное давление. Оно возникает когда в клетку в ходе осмоса поступает вода и цитоплазма прижимается к клеточной стенке; это давление препятствует дальнейшему проникновению воды в клетку. Но при изменении условий, например при действии гипертонического раствора, нарушается нормальное физиологическое состояние, что приводит к возникновению явления плазмолиза.
Плазмолиз - отделение протопласта от клеточной стенки в гипертоническом растворе. Различают уголковый плазмолиз, при котором отрыв протопласта происходит на отдельных участках. Вогнутый плазмолиз, когда отслоение захватывает значительные участки плазмолеммы, и выпуклый, полный плазмолиз, при котором связи между соседними клетками разрушаются почти полностью. Формы уголкового, вогнутого и выпуклого плазмолиза обычно обратимы; в гипотоническом растворе клетки вновь восстанавливают потерянный баланс воды и происходит деплазмолиз. Выделяют также судорожный плазмолиз, подобный выпуклому но отличающийся от
Ассистент кафедры Биологии.
8
ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ И ПРИКЛАДНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
него тем, что сохраняются цитоплазматические нити, соединяющие сжавшуюся цитоплазму с клеточной стенкой [2].
При плазмолизе ткани становятся вялыми и дряблыми, замедляются физиологические и биохимические процессы, протекающие в них; возможно нарушение фотосинтеза и клеточного дыхания.
Если не вернуть клетку в состояние тургора, возможно возникновение стойкого плазмолиза, в ходе которого плазмолизированные клетки могут быть подвергнуты необратимым изменениям и отмиранию.
В природных наземных экосистемах явления плазмолиза обычно не происходит, за исключением случаев выпадения кислотных дождей и туманов. В этом случае обезвоживанию подвергаются участки растения (или отдельные клетки) на которые попали осадки, содержащие кислоты или другие губительные для растений формы токсикантов, что обычно не приводит к гибели всего растения. Что же касается гидробиоценозов, то поступающие в них поллютанты способны аккумулироваться в донных отложениях (илах) и служить для обитателей водоема источником постепенного вторичного загрязнения, отравляющее действие которого может сохраняться в течение длительного времени. Особое значение данный факт имеет для прикрепленных форм, в частности для растений.
В связи с выше изложенным представилось актуальным исследовать влияние водной вытяжки донных отложений среднего течения реки Урал на формы плазмолиза и скорость деплазмолиза клеток кожицы лука Allium cepa.
Задачи работы включали: 1) Изучить влияние водных вытяжек донных отложений на динамику плазмолиза клеток кожицы лука A. cepa; 2) Оценить время восстановления тургора клеток А. сера в ходе деплазмолиза; 3) Проанализировать характер воздействия водных вытяжек донных отложений среднего течения реки Урал на физиологические свойства растительных клеток.
Материалом исследования явились клетки кожицы лука А. сера и донные отложения, отобранные с 5 участков среднего течения реки Урал: «река Урал - Большой Водозабор», «река Урал - Автодорожный мост», «река Урал - Железнодорожный мост», «река Урал - Очистные сооружения», «река Урал - Чернореченский мост». Исследования плазмолиза проводились методом микроскопирования на приборе МИКМЕД - 5.
Результаты и их обсуждение Анализ полученных данных показал, что водные вытяжки донных отложений отобранные со всех пяти участков реки вызывают плазмолиз, отличающийся по динамике и длительности.
Водная вытяжка донных отложений со станции «река Урал - Большой водозабор», вызвала уголковый плазмолиз через 50 секунд после ее добавления. Остальных стадий (вогнутого, выпуклого и судорожного) не наблюдалось даже при добавлении избыточного количества водной вытяжки. Деплазмолиз наступил через 212 секунд (рис. 1).
Биологические науки
9
Рис. 1. Динамика плазмолиза / деплазмолиза клеток кожицы лукаА.сера под влиянием водных вытяжек донных отложений
Пробы, взятые с участка реки в районе Железнодорожного моста, также вызывали плазмолиз у клеток лука А. сера. При добавлении вытяжки уголковый плазмолиз наступил через 30 секунд, вогнутый через 122 секунды и выпуклый через 181 секунду. Полное восстановление клетки произошло лишь через 410 секунд. Подобные результаты наблюдались также на участке реки в районе Очистных сооружений (рис. 1).
Однако, следует отметить, что на двух участках реки, а именно в районах Автодорожного и Чернореченского мостов, восстановить тургор клетки не удалось - зафиксирован стойкий плазмолиз: деплазмолиз не наступал в течение 2-х часов, при этом исходная форма клетки не восстановилась -наблюдался частичный выход пигмента за её пределы: так как результатом данного явления, по-видимому, явилось разрушение клеток под действием поллютантов различной химической природы.
В настоящее время среди металлов-токсикантов выделяют приоритетную группу, в которую входят кадмий, медь, мышьяк, никель, ртуть, свинец, цинк и хром как опасные для живых организмов; из них ртуть, свинец и кадмий - наиболее токсичны [4]. Доказано, что именно они оказывают максимальный ингибирующий эффект в отношении ферментных систем и затрудняют клеточное дыхание большинства организмов. Кроме того, данные абиогенные элементы характеризуются многообразием форм миграции и выраженной способностью к аккумуляции в растительных и животных тканях [1].
Поскольку в водоемах и водотоках Оренбургской области обнаружены данные соединения [3], можно предположить, что токсический эффект, ока-
10
ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ И ПРИКЛАДНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
зываемый на клетку лука А. сера, проявившийся в стойком плазмолизе, вызван соединениями именно данной группы металлов или одним из них.
Следует отметить, что при высоких концентрациях биогенные металлы, неметаллы и их соединения также способны оказывать токсический эффект, что было выявлено при оценке влияния растворов сахарозы различной концентрации на состояние клеток кожицы лука A. cepa. Все растворы сахарозы концентрацией 1,0М; 1,5М; 2,0М; 2,5М; 3,0М; 3,5М; 4,0М приводили к плазмолизу растительных клеток (рис. 2). Растворы с концентрациями 1,0М; 1,5М; 2,0М; 2,5М вызывали все формы плазмолиза, которые были обратимы за короткий промежуток времени. Повышение концентрации сахарозы до 3,0М и выше приводило к затяжному, стойкому плазмолизу, который сопровождался разрушением цитоплазматической мембраны клетки и выходом пигмента за её пределы, т.е. наблюдался эффект сравнимый с действием водной вытяжки донных отложений со станций Автодорожный и Черноре-ченский мост.
Рис. 2. Динамика плазмолиза / деплазмолиза клеток кожицы лукаА.сера при воздействие сахарозы разных концентраций
В связи с этим, можно предположить, что сахароза при высоких концентрациях также оказывает выраженный токсический эффект на физиологическое состояние растительных клеток.
Таким образом, исходя из выше приведённых фактов можно сформулировать следующие выводы:
Во-первых, водные вытяжки донных отложений отобранные с пяти участков среднего течения реки Урал обладают выраженным плазмолитическим действием, что указывает на присутствие в них компонентов различной химической природы.
Биологические науки
11
Во-вторых, в ходе исследования определены участки, водные вытяжки донных отложений с которых обладали выраженным токсическим эффектом (сходным с характером воздействия высоких концентраций сахарозы), оказывающим влияние на физиологическое состояние растительных клеток и приводящим к необратимым последствиям.
В-третьих, стойкое выраженное нарушение физиологического состояния плазмолизированных клеток водного растения, вызываемое действием токсикантов, аккумулированных в донных отложениях водоёма способно привести к уменьшению продукции кислорода в водоёме, что может оказать негативное влияние на водную биоту и функционирование гидробиоценоза в целом. В связи с этим, полученные данные следует учитывать при мониторинговых исследованиях состояния пресноводных экосистем.
Список литературы:
1. Ахтямова Г.Г. Вклад техногенного фактора в загрязнение донных отложений бассейна р. Пахна ртутью / Г.Г. Ахтямова, Е.П. Янин, Ю.Г. Таций // Актуальные проблемы экологии и природопользования: сборн. науч. трудов. -М., 2011. - С. 22-26.
2. Воскресенская О.Л. Физиология растений: учебн. пособ. / О.Л. Воскресенская, Н.П. Грошева, УА. Скочилова. - Йошкар-Ола: Мар. гос. ун-т, 2008. - 148 с.
3. Минакова В.В. Двустворчатые моллюски родов Unio и Anodonta -компоненты биологических ресурсов р. Урал и участие их лизоцима в процессах регуляции бактериоценозов: дисс. / В.В. Минакова. - Оренбург., 2005. - 205 с.
4. Экологические проблемы Верхней Волги: коллективная монография / под общ. ред. А.И. Копылова. - Ярославль: изд-во ЯГТУ 2001. - 427 с.
