CC BY
16Ученые записки Таврического национального университета им. В. И. Вернадского Серия «Биология, химия». Том 26 (65). 2013. № 2. С. 154-158.
УДК 543.395:582.26/.27
СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ДЕЙСТВИЯ АНИОННОГО И КАТИОННОГО ДЕТЕРГЕНТОВ НА РОСТ НАКОПИТЕЛЬНЫХ КУЛЬТУР МИКРОВОДОРОСЛИ PLATYMONAS VIRIDIS
Парфенова И.А.
Таврический национальный университет им. В. И. Вернадского, Симферополь, Украина
E-mail: [email protected]
Исследовали влияние катионных и анионных детергентов на состояние накопительных культур микроводорослей Platymonas viridis. В качестве анионного детергента применяли додецилсульфат натрия (SDS), а катионного - тетрадецилтриметаммоний бромид (ТБТМА) в концентрационном диапазоне 0-1 мг л-1. Показано, что TDTMA оказывает существенное влияние на темпы роста культуры Platymonas viridis: угнетение ростовых процессов отмечали при концентрации TDTMA 0.25 мг-л-1. При 0.50 мг-л-1 эффект приобретал достоверные значения. SDS в указанном концентрационном диапазоне не оказывал значимого влияния на состояние культур Platymonas viridis. Ключевые слова: морские микроводоросли, накопительные культуры, детергенты.
ВВЕДЕНИЕ
К категории детергентов относят различные химические вещества [1, 2]. По характеру поведения в водных средах их разделяют на три группы [3]. В первую группу входят ионогенные детергенты, диссоциирующие в воде на ионы. Среди ионогенных различают анионные, катионные и амфолитные (или амфотерные). Во второй группе ПАВ - неионогенные соединения, растворимость которых в воде обусловлена не диссоциацией, а образованием водородных связей между молекулами воды и кислородом ПАВ. Отдельную группу синтетических ПАВ составляют высокомолекулярные соединения, включающие большое количество звеньев, каждое из которых содержит как полярные, так и неполярные группы.
Особый интерес представляет изучение мембранотропного эффекта детергентов, который проявляется в нарушении структуры и повышении проницаемости биологических мембран клеток. Следствием этих изменений является как накопление в клетках водорослей посторонних соединений, так и выход наружу эндобиополимеров. В этой связи представляет интерес сравнить действие анионных и катионных детергентов, которые должны иметь различное сродство к цитоплазматическим мембранам клеток [4].
В настоящей работе представлены результаты сравнительных исследований действия анионного детергента додецилсульфата натрия (SDS) и катионного ПАВ -тетрадецилтриметаммоний бромида (ТDТМА) на рост микроводоросли Platymonas viridis в накопительной культуре.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
В работе использовали альгологически чистую культуру зеленой микроводоросли: Platymonas viridis, предоставленную отделом физиологии водорослей ИнБЮМ НАН Украины. В качестве инкубационной среды применяли среду Гольдберга в модификации Кабановой [5]. В количестве 40 мл ее вносили в конические колбы объемом 100 мл. Образцы, не содержащие детергентов, служили контролем, а в остальные добавляли SDS и TDTMA до конечных концентраций 0,25; 0,5 и 1,0 мг-л-1. Затем в инкубационные среды вносился инокулят маточной культуры в количестве 0.5 мл. Эксперименты выполнены в трехкратной повторности. Культивирование проводилось при температуре - 18-22 оС и круглосуточном освещении при помощи лампы дневного света SYLVANIA интенсивностью 1500 люкс. Экспозиция - 6-7 суток. Ежесуточно в культурах проводился контроль численности клеток путем измерения оптической плотности клеточной взвеси при 750 нм [6]. Расчет числа клеток осуществлялся по калибровочному графику. Результаты обработаны статистически с использованием критерия Стьюдента (t) и методов корреляционного и регрессионного анализов.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Действие SDS. Исходная плотность культуры после внесения инокулята составила 0.133 (103) клеток в мкл. При оптимальном освещении рост культуры происходил в течение всего периода наблюдений - 142 часов, однако он был неравномерен. В состоянии культуры можно было выделить две последовательные фазы: лаг-период и период устойчивого роста (рис. 1). Лаг-период наблюдался в течение 25-ти часов. Рост культуры в этот период времени был крайне незначительным. Оптические плотности были близки к исходным значениям. Период устойчивого роста культуры продолжался в течение последующих 25-142 часов. Рост культуры был равномерным на протяжении всего периода наблюдений. Динамика роста культуры описывалась уравнением линейной регрессии: y = ax + b (рис. 1). Значения коэффициентов a и b представлены в таблице 1.
3 г
Контроль
3 г
y = 0.017 x - 0.256
0,25 мг л-1
3 г
y = 0.021 x - 0.504
0,50 мг л-1
y = 0.022 x - 0.518
3г 1,00 мг л-1
y = 0.016 x - 0.264
100
Время, ч
200
100
Время, ч
200
100
Время, ч
200
100
Время, ч
200
Рис. 1. Динамика роста накопительных культур Pl. viridis при различных концентрациях SDS в культуральной среде
2
2
2
2
0
0
0
0
0
0
0
0
Введение в питательную среду SDS в концентрациях 0.25-1.0 мг-л-1 не оказывало значимого влияния на темпы ее роста и величины конечной численности клеток в культуре. Значения коэффициентов а и b. рассчитанные для всех концентраций SDS, были близки к контрольным величинам. Имеющиеся различия не были статистически достоверны.
Таблица 1
Параметры уравнения роста культуры Pl. viridis при различных
концентрациях SDS
Концентрация SDS. мг -1 л Уравнение (у = ax + b)
a b
Контроль 0.017+0.002 -0,272+0,124
0.25 0,020+0,001 -0,442+0,066
0.50 0.019+0.001 -0,223+0,017
1.00 0,018+0,002 -0,232+0,024
Действие TDTMA. Исходная плотность клеток в культуре после внесения инокулята была ниже, чем в случае с SDS и составила 0.034-0.047 (103) клеток на мкл. В кривой роста также выделялся лаг-период длительностью 50 часов. Период интенсивного роста культуры наблюдали в течение 50-209 часов (рис. 2). Рост был равномерным на протяжении всего периода наблюдений. Динамика роста также описывалась уравнением линейной регрессии.
Контроль
0.25 мг л-1
0.50 мг л-1
1,00 мг л-
S 3
y = 0.020 x - 1.083
-ООО,
- 3
ё 1 т
0
y = 0.019 x - 1.015
J_I_I_I_I
S 3 i
y = 0.015 x - 0.723
S 3
1 §
а 2 f2 2
S1
т
0 100 200 300 0 100 200 300
Время, ч Время, ч
I_i_I_i_I_i_I
0 100 200 300 Время, ч
y = 0.015 x - 0.834
ООО/
I_I_I_I_I_I_I
0 100 200 300 Время, ч
4
4
4
4
2
2
2
1
1
0
0
0
Рис. 2. Динамика роста накопительных культур Pl. viridis при различных концентрациях ТDТМА в культуральной среде
В отличие от вариантов с SDS. внесение в культуральную среду ТDТМА оказывало негативное действие на состояние культур Pl. viridis. Это видно из значений углового коэффициента. которые проявляли обратную зависимость по отношению к концентрации детергента в среде. При концентрации ТDТМА 1.0 мг-
л 1 различия с контрольными культурами достигали статистически значимых величин (р<0,05).
Таблица 2
Параметры уравнения роста культуры Pl. viridis при различных _концентрациях TDTMA_
Концентрация TDTMA, -1 мг- л Уравнение y = ax + b)
a b
Контроль 0,021+0,001 -1,128+0,036
0.25 0,018+0,001 -0,973+0,029
0.50 0,016+0,002 -0,918+0,179
1.00 0,014+0,002 -1,069+0,188
Как отмечалось ранее, TDTMA и SDS относятся к ионогенной группе ПАВ. Известно, что эта группа детергентов оказывает неоднозначное влияние на культуры микроорганизмов. Эффект катионных ПАВ более выражен, чем анионных [3], что совпадает с результатами настоящей работы и позволяет предположить наличие общих механизмов токсического действия этих видов соединений на клеточные системы.
Анализ результатов проведенного исследования свидетельствует о том, что при равных концентрациях TDTMA и SDS в среде культивирования они проявляют разный характер действия на клетки микроводорослей. SDS не вызывает угнетение ростовых характеристик культуры Platymonas viridis при всех изученных концентрациях от 0 до 1 мг-л-1, но это не означает, что при более высоких концентрациях SDS эффект также будет отсутствовать. TDTMA, напротив, подавляет темпы клеточного деления культур Platymonas viridis при сохранении устойчивого характера их роста. При этом прослеживалась явно выраженная концентрационная зависимость: при концентрации TDTMA 0.25 мг-л-1 эффект был выражен слабо, тогда как при 0.5 и 1.0 мг-л-1 он пропорционально усиливался.
Ингибирование роста водорослей под влиянием детергентов может быть следствием ряда нарушений их структур и метаболизма [3]. Во-первых, ПАВ относятся к числу устойчивых органических соединений, характеризуемых токсичностью и высокими коэффициентами биологической аккумуляции. Во-вторых, детергенты могут оказывать влияние на пигментный комплекс водорослей и его фотосинтетическую активность. Какой из этих процессов является определяющим, сказать на данный момент сложно, и это требует дальнейшего изучения. Известно, что действие ПАВ реализуется преимущественно на уровне клеточных мембран [3]. Высокая чувствительность культуры Platymonas viridis к катионному детергенту позволяет предположить, что на поверхности оболочек ее клеток должны доминировать отрицательно заряженные химические группы, способствующие ассоциации катионного детергента с клеткой.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Катионный ионогенный детергент - тетрадецилтриметаммоний бромид, подавляет темпы роста накопительной культуры микроводоросли Platymonas viridis в концентрационном диапазоне от 0 до 1 мг-л-1 пропорционально увеличению его содержания в питательной среде.
2. Действие анионного ионогенный детергента - додецилсульфата натрия, в сходном концентрационном диапазоне на накопительную культуру микроводоросли Platymonas viridis не было выражено.
3. Синтетические препараты ПАВ, содержащие катионные ионогенные соединения, с экологической точки зрения, должны быть более опасными, чем анионные.
Список литературы
1. Остроумов С.А. Введение в биохимическую экологию / С.А. Остроумов. - М.: Изд-во МГУ, 1986. -176 с.
2. Поверхностные явления и поверхностно-активные вещества (справочник). - Л. : Химия, 1984. -392 с.
3. Паршикова Т.В. Влияние ПАВ на водоросли / Т.В. Паршикова, С.Ф. Негрудский // Гидробиол. ж. -1988. - Т.24, N6. - С. 46-57.
4. Гроздов А.О. Биотестирование поверхностно-активных веществ / А.О. Гроздов, М.В. Переладов, А.И. Старцева // Биотест. природ. и сточ. вод. - М.: Наука, 1981.- С. 64-69.
5. Кабанова Ю.Г. Органический фосфор, как источник питания фитопланктона / Ю.Г. Кабанова // Тр. Инта Океанологии. -1968. -Вып. 1. -С. 16-24.
6. Минюк Г.С. Влияние селена на рост микроводоросли Spirulina platensis (Nords.) в накопительной и квазинепрерывной культурах / Г.С. Минюк, Р.П. Тренкеншу, А.В. Алисиевич, И.В. Дробецкая // Экология моря. -2000. Вып. 54. -С. 42-49.
Парфьонова I.O. Порiвняльна оцшка дй ашонного i катшнного детергентов на зростання накопичувальних культур мжроводорост Platymonas viridis / I. О. Парфьонова // Вчеш записки Тавршського нацюнального ушверситету iм. В.1. Вернадського. Сeрiя „Бюлопя, хiмiя". - 2013. - Т. 26 (65), № 2. - С. 154-158.
Дослщжували вплив катюнних i анюнних детергентов на стан накопичувальних культур мкроводоростей Platymonas viridis. Як анюнний детергент застосовували додецилсульфат натрш (SDS), а катюнний - тетрадецилтрiметаммонiй бромщ (ТЭТМА) в концентрацшному дiапазонi 0-1 мг-л-1. Показано, що TDTMA значно впливае на темпи зростання культури Platymonas viridis. Пригноблення ростових процеЫв вщзначали при концентрацп TDTMA 0.25 мг-л-1. При 0.50 мг-л-1 ефект був статистично виражений. SDS у вказаному концентрацшному дiапазонi не чинив значимого впливу на стан культур Platymonas viridis.
Ключовi слова: морсью мкроводороси, накопичувальш культури, детергенти.
Parfenova I.A. Comparative assessment of anionic and cationic detergent on the growth of cumulative microalgae cultures Platymonas viridis / I.A. Parfenova // Scientific Notes OF Taurida V.Vernadsky National University. - Series: Biology, chemistry. - 2013. - Vol. 26 (65), No. 2. - Р. 154-158. Influence of cationic and anionic detergents on the accumulation of cultures of microalgae Platymonas viridis. As anionic detergent used sodium dodecilsulfat (SDS) and cation-tetradeciltrimetammonium bromide (TDTMA) in the concentration range of 0-1 mg-l-1. It was shown, that TDTMA has a significant impact on the growth of a culture of Platymonas viridis. Oppression growth processes observed at a concentration of 0.25 mg-l-1 TDTMA. When 0.50 mg-l-1 the effect was statistically expressed. SDS in a specified concentration range had no significant effects on the cultures of Platymonas viridis. Keywords: морские микроводоросли, накопительные культуры, детергенты.
Поступила в редакцию 16.03.2013 г.
