Жизнестойкость популяции scenedesmus quadricauda при разных режимах интоксикации серебром

Дмитриева А.Г., Бойчук Т.В., Филенко О.Ф. (ofilenko@mail.ru)

Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова

Одним из основных свойств любой популяции, определяющим ее существование и развитие, является гетерогенность. Особи, составляющие популяцию, отличаются по возрасту, размерам, физиологической активности, скоростям роста, а также по реакциям на изменение условий обитания. Именно неоднородность качественного состава популяции обеспечивает ее устойчивость и адаптацию к внешним условиям [1, 2, 3].

Важной динамической переменной является уровень жизненной активности каждого отдельного организма (клетки), оценка которой дает основание судить о функциональной гетерогенности популяции. При помощи люминесцентной микроскопии, как известно, можно выявить жизненное состояние клетки (живая, мертвая, отмирающая), а для оценки способности клеток к выживанию и размножению был разработан метод микрокультур [4, 5], позволяющий выявить возможные перестройки в популяции как в норме, так и при интоксикации. Токсическая нагрузка позволяет, с одной стороны, оценить общую резистентность клеток, входящих в популяцию, а с другой стороны, модифицирует их жизнестойкость.

В качестве токсиканта мы использовали нитрат серебра, как представителя группы тяжелых металлов. Соединения серебра давно используются для обеззараживания воды. Олигодинамическое действие серебра на клетки водорослей и бактерий было известно еще исследователям XIX века. В 1883 г. Негели обнаружил, что пресноводные водоросли отмирают в сосуде с водой, на дне которого находятся предметы из серебра и меди. Позднее подобные опыты были поставлены с амебами, инфузориями, клетками высших растений и различными видами бактерий. Результаты таких исследований отражены, в частности, в обзоре А. Г. Дмитриевой с соавторами [6]. Серебросодержащие соединения применяются для стерилизации воды [7]. Токсическое действие тяжелых металлов, в том числе и

серебра, на микроводоросли в значительной степени зависит от их вида, состава среды выращивания, плотности популяции и других факторов.

В связи с вышесказанным, целью нашей работы было исследование структуры культуры водорослей при действии ионов серебра и возможности ее восстановления после продолжительного токсического воздействия.

Объектом исследования являлась лабораторная альгологически чистая культура зеленой хлорококковой водоросли Scenedesmus quadricauda (Turp.) Breb. Культивирование водорослей проводили в колбах Эрленмейера на среде Успенского № 1 в люминостате при интенсивности света до 5 тыс. люкс со сменой дня и ночи (12:12 ч) и температуре 20-24 0С. Во избежание оседания клеток водорослей и для обогащения культуры СО2 содержимое колб перемешивали 1-2 раза в сутки [8, 9].

Для синхронизации культуру, достигшую плотности не менее 2 млн. кл/мл, отстаивали в темноте при комнатной температуре в течение 3 суток. Затем верхний слой отстоявшейся культуры пересевали в чистую среду и подращивали 10-15 суток. Этим же способом затем была проведена повторная синхронизация, и в результате культура состояла исключительно из молодых, активно делящихся клеток. Для опытов использовали культуру, находящуюся в начальной фазе логарифмического роста (возраст - 7-10 суток) при исходной плотности 100-200 тыс. кл/мл. В качестве токсиканта использовали соль AgNO3 в концентрациях 0,0001; 0,001; 0,01 мг Ag/л. Испытания при каждой концентрации проводили в трех повторностях.

После 30-суточной экспозиции при концентрации 0,01 мг Ag/л (I этап) водоросли отфильтровывали через мембранные фильтры № 4 при помощи водоструйного насоса, доводили численность клеток до исходной и перемещали в среду с концентрацией нитрата серебра 0,1 мг Ag/л. Через 30 суток (II этап) клетки в очередной раз отмывались и заново перемещались в такую же концентрацию (III этап). После 30-суточной повторной экспозиции при концентрации 0,1 мг Ag/л водоросли снова были отфильтрованы, отмыты дистиллированной водой и для оценки возможности восстановления культуры пересеяны в чистую среду, не содержащую токсиканта (IV этап).

Таким образом, общая схема опыта включала следующие этапы:

III

- 0,1 мг Ag/л 30 сут

IV

- Чистая среда 30 сут

Численность клеток определяли с помощью светового микроскопа в камере Горяева [10]. Соотношение живых и мертвых клеток определяли с помощью метода люминесцентной микроскопии [11, 12]. Оценку гетерогенности популяции по способности клеток к выживанию и размножению проводили с помощью метода микрокультур, позволяющего контролировать состояние и развитие одиночных клеток. Основным показателем служило соотношение численности делящихся, покоящихся и отмерших клеток в микрокультуре, что соответствует соотношению численностей в макрокультурах (коэффициент корреляции удельного прироста клеток в макро- и микрокультурах составлял 0,96). Статистическую обработку полученных результатов производили в соответствии с «Методическим руководством по биотестированию воды» [9].

Влияние серебра в разных концентрациях на рост культур водоросли показано на рис. 1.

о4

140

120 Н

100

80 60

40 20 0

0

5

10

25

контроль

15 20

сутки

0,0001 мг/л - •- -0,001 мг/л

30

35

0,01 мг/л

Рис. 1 Относительная численность клеток Scenedesmus quadricauda в дважды синхронизированной культуре при действии нитрата серебра

Существенное подавление роста отмечено только при концентрации серебра 0,01 мг/л, в то время как при 0,0001 и 0,001 мг Ag/л наблюдалась стимуляция. Очевидно это связано с тем, что при малых концентрациях эффект металла