Изолированное влияние хлорида меди на рост и физиологическое состояние Ch. vulgaris

Практически любая деятельность человека, от бытовой до производственной, приводит к загрязнению окружающей среды. Особенно опасны тяжелые металлы, присутствующие в промышленных выбросах и сбросах [1]. Высокие концентрации тяжелых металлов токсичны для микроорганизмов, подавляя их рост или вызывая гибель. Однако в малых дозах они необходимы для жизни, выступая в роли микроэлементов, участвующих в ключевых биологических процессах и поддержании гомеостаза.

Актуальность изучения влияния солей тяжелых металлов на живые организмы обусловлена тем, что промышленное развитие ведет к постоянному росту загрязнения окружающей среды этими веществами [3].

Целью данной работы является оценка изолированного влияния хлорида меди на рост и физиологическое состояние тест-культуры Chlorella vulgaris.

В качестве тест-объекта была использована одноклеточная водоросль Chlorella vulgaris благодаря ее короткому жизненному циклу, позволяющему оперативно наблюдать за изменениями [4].

Для определения ростовых характеристик использовали методику, основанную на измерении оптической плотности суспензии водорослей, выращенных в контролируемых условиях и в среде, содержащей токсичные вещества.

Для оценки токсичности хлорида меди использовались его концентрации от 0,00001 до 1 мг/л.

Для количественного определения физиологического состояния водоросли проводился спектрофотометрический анализ содержания фотосинтетических пигментов (хлорофилл a, хлорофилл b, каротиноиды) в клетках Ch. vulgaris. Анализ проводился на основе ацетоновых экстрактов из концентрированной культуры водоросли, прошедшей стадию фильтрации. Измерения оптической плотности проводились на четырех длинах волн (664, 647, 630, 750 нм) до и после подкисления экстракта. На основе полученных данных рассчитывались различные соотношения пигментов, включая пигментный индекс (ПИ) как показатель соотношения гетеротрофного к автотрофному метаболизму [2].

А. И. Фазлутдинова в своей работе показала, что при концентрации 0,01 мг/л хлорид меди начинал проявлять своё элиминирующее воздействие на водоросли. При этом даже малые дозы хлорида меди (0,001 мг/л) могли вызывать первые признаки плазмолиза клеток, что приводило к изменению их формы с шаровидной на эллиптическую форму, в то время как в нормальном состоянии клетки хлореллы имеют шаровидную форму [5, с. 23-29].

Результаты влияния CuCl₂ в концентрациях (мг/л): 0,0001, 0,001, 0,01, 0,1 и 1 мг/л на численность клеток водоросли представлены на рисунке.

Рис. Относительная разница между величинами тест-реакции для каждого разведения по сравнению с контролем (в %). *ЭКР – эффективная кратность разбавления; *ПДК – предельно допустимая концентрация

Эксперимент с использованием хлорида меди показал, что с увеличением концентрации ионов меди в растворе оптическая плотность суспензии водоросли снижается. Так снижение оптической плотности на 23% наблюдается в концентрации 0,0001 мг/л. Снижение оптической плотности на 30% происходит в растворе хлорида меди с концентрацией 0,0039 мг/л.

При концентрации, соответствующей ПДК для рыбохозяйственных водоемов по меди (0,001 мг/л) зафиксирован токсический эффект, отклонение оптической плотности от контроля составило 35,4%.

Таблица 1 содержит абсолютные значения содержания фотосинтетических пигментов в клетках водорослей при действии хлорида меди в диапазоне концентраций от 0,0001 до 1 мг/л.

Таблица 1

Содержание фотосинтетических пигментов в клетках водоросли Ch. vulgaris при действии хлорида меди

* Концентрация элемента, соответствующая ПДК для рыбохозяйственных водоемов

Из таблицы 1 можно увидеть, что наибольшее содержание хлорофилла а обнаружено в контрольной пробе и в растворе хлорида меди с концентрацией 0,001 мг/л, составляющем 271,83 и 291,27 мкг/дм³ соответственно. Наименьшее содержание было замечено в растворе с содержанием хлорида меди 0,01 мг/л и составило 113,73 мкг/дм³.

Контрольная проба содержит 40,77 мкг/дм³ каротиноидов. Содержание каротиноидов в диапазоне концентраций от 0,01 до 1 мг/л, в среднем, снизилось на 4,6 раз по сравнению с контрольной пробой.

Наблюдается высокое содержание феофитина в вариантах с содержанием хлорида меди 1, 0,1 и 0,001 мг/л, что говорит об угнетении фотосинтетической активности клеток водорослей.

Таблица 2

Соотношения между фотосинтетическими пигментами при действии хлорида меди

* Концентрация элемента, соответствующая ПДК для рыбохозяйственных водоемов

С учетом результатов исследования содержания хлорофиллов a и b было рассчитано их соотношение. Из данных таблицы 2 видно, что наибольшее значение этого показателя наблюдалось в образце с концентрацией 0,0001 мг/л хлорида меди. При увеличении концентрации CuCl₂ начиная с концентрации 0,001 мг/л соотношение снижается, что говорит об увеличении хлорофилла б в клетках водоросли.

В диапазоне концентраций от 0,001 до 1 мг/л соотношение концентраций хлорофилла а к концентрации феофитина меньше единицы. Это указывает на спад в развитии популяций фитопланктона.

Было проанализировано соотношение содержания хлорофилла а к содержанию пигментов группы каротиноидов. Данное соотношение колебалось в диапазоне от 0,21 до 0,32.

При старении популяции фитопланктона значения ПИ увеличиваются [2]. При увеличении концентрации хлорида меди увеличивается значение пигментного индекса с 2,01 в варианте с концентрацией хлорида меди 0,0001 мг/л до 8,85 в растворе хлорида меди с концентрацией 1 мг/л.

Полученные результаты исследований свидетельствуют о том, что хлорид меди в концентрациях от 0,01 до 1 мг/л может оказывать токсическое воздействие на микроводоросли, приводя к замедлению роста и развития ch. vulgaris.