Оценка токсического воздействия ионов меди на показатели состояния бентосной диатомовой водоросли Actinocyclus subtilis (W.Gregory) Ralfs 1861 в эксперименте

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Введение. Загрязнение морских прибрежных акваторий обусловливает актуальность экомониторинга на основе биотестирования с использованием микроводорослей с различной видоспецифической устойчивостью к действию поллютантов, что расширяет их применение в качестве биоиндикаторов.

Цель работы — определение пороговой концентрации ионов меди (Cu2+) для выживания и прироста численности клеток бентосной диатомовой водоросли Actinocyclus subtilis Ralfs 1861 под воздействием широкого диапазона концентрации токсиканта в ходе 10-суточных экспериментов.

Материал и методы. Изучена реакция клоновой культуры A. subtilis на воздействие возрастающих концентраций сульфата меди (от 16 до 1024 мкг/л в пересчёте на ионы Cu2+). В соответствии с разработанным протоколом, оценены следующие показатели: абсолютная численность и доля (%) живых клеток в тест-культуре, а также удельный прирост численности клеток при разных концентрациях токсиканта. Подсчет живых и мертвых клеток проведен по микрофотографиям для 12–15 случайных полей зрения под световым микроскопом Nikon Eclipse.

Результаты. В контроле и при концентрации ионов меди 16 мкг/л прирост численности клеток в культуре описывается сигмоидной кривой отклика. В контроле фаза экспоненциального роста приходится на 5–7-е сутки, а при концентрации 16 мкг/л — на 3–5-е сутки. Определена пороговая концентрация ионов меди (32 мкг/л) для выживания A. subtilis, что в 3–7 раз ниже, чем для других видов бентосных диатомовых. При концентрации 32 мкг/л на кривой численности отсутствуют фазы ускорения и экспоненциального роста, а доля живых клеток снижается до 80% от контроля уже на 3-и сутки и до 39% — к 10-м суткам. При концентрациях Cu2+ 64 мкг/л и выше наблюдается угнетение и гибель культуры уже в 1–3-и сутки. В период 1–5-х суток отмечен положительный удельный прирост культуры A. subtilis при концентрации 16 и 32 мкг/л, при концентрации 64 мкг/л и выше наблюдается отмирание культуры. Для периода 5–10-х суток получены отрицательные значения удельного прироста культуры при всех концентрациях токсиканта.

Ограничения исследования. По результатам 10-суточных экспериментов с культурой морской бентосной диатомовой A. subtilis изучено влияние 8 концентраций сульфата меди. Для каждой концентрации учитывалось по 3 повторности, всего выполнено более 1350 измерений, что представляет достаточную выборку для статистически надежного определения видоспецифичных пороговых значений токсичности ионов меди.

Заключение. Полученные результаты позволяют рекомендовать A. subtilis в качестве нового высокочувствительного объекта для токсикологических экспериментов, а также при экологическом мониторинге акваторий, подверженных техногенному загрязнению.

Соблюдение этических стандартов. Исследование не требует представления заключения комитета по биомедицинской этике или иных документов, так как все эксперименты проводились на массовых одноклеточных нетоксичных водорослях, что не нарушает запреты, связанные с ущербом для экологической среды, жизненного пространства биологических сообществ, а также не приводит к необратимым изменениям в биологической (генетической) природе и здоровье человека.

Участие авторов. Все соавторы подтверждают соответствие своего авторства международным критериям ICMJE (все авторы внесли существенный вклад в разработку концепции, проведение исследования и подготовку статьи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией).

Благодарность. Авторы выражают благодарность С.А. Трофимову и Ю.И. Литвину за помощь при содержании клоновых культур и проведение экспериментов, а также В.Н. Лишаеву за микрофотографирование на СЭМ Hitachi SU3500.

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Финансирование. Работа проведена в отделе Экологии бентоса ФГБУН «ФИЦ "Институт биологии южных морей им. А.О. Ковалевского РАН"» в рамках Государственного задания по теме № 121030100028-02.

Поступила в редакцию: 09 июня 2023 / Принята к печати: 19 октября 2023 / Опубликована: 30 октября 202

Об авторах

Алексей Николаевич Петров

ФГБУН «Федеральный исследовательский центр "Институт биологии южных морей имени А.О. Ковалевского РАН"

Автор, ответственный за переписку.
Email: alexpet-14@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-0137-486X

Кандидат биол. наук, вед. науч. сотр., зав. отделом Экологии бентоса ФГБУН «ФИЦ "Институт биологии южных морей им. А.О. Ковалевского РАН"», 299011, Севастополь, Российская Федерация.

e-mail: alexpet-14@mail.ru

https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=8973404400

Россия

Елена Л. Неврова

ФГБУН «Федеральный исследовательский центр "Институт биологии южных морей имени А.О. Ковалевского РАН"

Email: el_nevrova@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-9963-4967

Доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник отдела экологии бентоса ФГБУН «ФИЦ "Институт биологии южных морей им. А.О. Ковалевского РАН"», 299011, Севастополь, Российская Федерация.

e-mail: el_nevrova@mail.ru

https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=35277386100

Россия

Список литературы

  1. Капков В.И. Водоросли как биомаркеры загрязнения тяжелыми металлами морских прибрежных экосистем: Автореф. дис. … д-ра биол. наук. М.; 2003.
  2. Капков В.И., Шошина Е.В., Беленикина О.А. Использование морских одноклеточных водорослей в биологическом мониторинге. Вестник МГТУ. 2017; 20(2): 308–15. https://doi.org/10.21443/1560-9278-2017-20-2-308-315
  3. Boyle T.P. The effect of environmental contaminations on aquatic algae. In: Algae as ecological indicators. Shubert L.T. (Ed.). London: Academic Press, 1984: 237–56.
  4. Ahalya N., Ramachandra T.V., Kanamadi N. Biosorption of heavy metals. Research Journal of Chemical & Environmental Sciences. 2003; 7(4): 71–9.
  5. Капков В.И., Беленикина О.А. Исследование устойчивости массовых видов морских водорослей к тяжёлым металлам. Вестник Московского университета. Сер. 16. Биология. 2007; 1: 35–8.
  6. Miazek K., Iwanek W., Remacle C., Richel A., Goffin D. Effect of metals, metalloids and metallic nanoparticles on microalgae growth and industrial products biosynthesis: A review. International Journal of Molecular Sciences. 2015; 16(10): 23929–69. https://doi.org/10.3390/ijms161023929
  7. Ali H., Khan E., Ilahi I. Environmental chemistry and ecotoxicology of hazardous heavy metals: environmental persistence, toxicity, and bioaccumulation. Journal of Chemistry. 2019; 19: 6730305. https://doi.org/10.1155/2019/6730305
  8. Маркина Ж.В., Айздайчер Н.А. Влияние меди на численность, морфологию клеток и содержание фотосинтетических пигментов микроводоросли. Porphyridium purpureum. Морской биологический журнал. 2019; 4(4): 34–40. https://doi.org/10.21072/mbj.2019.04.4.03
  9. Crespo E., Losano P., Blasco J., Moreno-Garrido I. Effect of copper, irgarol and atrazine on epiphytes attached to artificial devices for coastal ecotoxicology bioassays. Bull of Environmental Contamination & Toxicology. 2013; 91(6): 656–700. https://doi.org/10.1007/s00128-013-1122-4
  10. Неврова Е.Л., Снигирева А.А., Петров А.Н., Ковалева Г.В. Руководство по изучению морского микрофитобентоса и его применению для контроля качества среды. Симферополь: Н.Орiанда; 2015. https://www.researchgate.net/publication/291148289
  11. Овсяный Е.И., Романов А.С., Игнатьева О.Г. Распределение тяжёлых металлов в поверхностном слое донных осадков Севастопольской бухты (Чёрное море). Морской экологический журнал. 2003; 2(2): 85–101.
  12. Петров А.Н., Неврова Е.Л. Сравнительный анализ структуры таксоцена донных диатомовых (Bacillariophyta) в районах с различным уровнем техногенного загрязнения (Чёрное море, Крым). Морской экологический журнал. 2004; 3(2): 72–83.
  13. Burgess R.M., Ho K.T., Terletskaya A.V., Milyukin M.V., Demchenko V.Y., Petrov A.N., Bogoslavskaya T.A. и др. Concentration and distribution of hydrophobic organic contaminants and metals in the estuaries of Ukraine. Maine Pollution Bulletin. 2009; 58 (8): 1103–15. https://doi.org/ 10.1016/j.marpolbul.2009.04.013
  14. Levy J., Stauber J.L., Jolley D.F. Sensitivity of marine macroalgae to copper: the effect of biotic factors on copper absorption and toxicity. Science of the total environments. 2007; 387 (1–3): 141–54. https://doi.org/10.1016/j.scototenv.2007.07.016
  15. Liu G., Chai X., Shao Y., Hu L., Xie Q., Wu H. Toxicity of copper, lead, and cadmium on the motility of two marine microalgae Isochrysis galbana and Tetraselmis chui. J Environ Sci. 2011; 23(2): 330–5. https://doi.org/10.1016/S1001-0742(10)60410-X
  16. Гелашвили Д.Б., ред. Принципы и методы экологической токсикологии. Нижний Новгород: Изд-во ННГУ; 2016.
  17. Leung P.T.Y., Yi A.X., Ip J.C.H., Mak S.S.T., Leung K.M.Y. Photosynthetic and transcriptional responses of the marine diatom Thalassiosira pseudonana to the combined effect of temperature stress and copper exposure. Mar. Pol. Bull. 2017; 124(2): 938–45. https//doi.org/10.1016/j.marpolbul.2017.03.038
  18. Ипатова В.И., Дмитриева А.Г., Филенко О.Ф., Дрозденко Т.В. О некоторых особенностях физиологической гетерогенности популяции Scenedesmus quadricauda (Turp.) Breb. в присутствии низких концентраций металлов. Токсикологический вестник. 2018; 149(2): 34–43.
  19. Maltsev Y.I., Maltseva S.Y., Kulikovskiy M.S. Toxic effect of copper on soil microalgae: experimental data and critical review. International Journal of Environmental Science and Technology. 2023. https://doi.org/10.1007/s13762-023-04766-3
  20. Stauber J.L., Florence T.M. Mechanism of toxicity of ionic copper and copper complexes to algae. Marine Biology. 1987; 94(4): 511–9.
  21. Horvatić J., Peršić V. The effect of Ni2+, Co2+, Zn2+, Cd2+ and Hg2+ on the growth rate of marine diatom Phaeodactylum tricornutum Bohlin: microplate growth inhibition test. Bull. Environ. Contam. Toxicol. 2007; 79: 494–8. https://doi.org/10.1007/S00128-007-9291-7
  22. Cid A., Herrero C., Torres E., Abalde J. Copper toxicity on the marine microalga Phaeodactylum tricornutum: effects on photosynthesis and related parameters. Aquatic toxicology. 1995; 31(2): 165–74.
  23. Маркина Ж.В., Айздайчер Н.А. Оценка качества вод Амурского залива Японского моря на основе биотестирования с применением одноклеточной водоросли Pheodactylum tricornutum Bohlin. Сибирский экологический журнал. 2011; 1: 99–105.
  24. Филенко О.Ф., Марушкина Е.В., Дмитриева А.Г. Оценка воздействия меди на модельную популяцию водоросли Scenedesmus quadricauda (Turp.) Bréb. методом микрокультур. Гидробиологический журнал. 2007; 42(6): 53–61.
  25. Романова Д.Ю., Петров А.Н., Неврова Е.Л. Действие сульфата меди на рост и морфологию клеток клоновых культур четырёх видов бентосных диатомовых водорослей (Bacillariophyta) Чёрного моря. Морской биологический журнал. 2017; 2(3): 53–67. https://doi.org/10.21072/mbj.2017.02.3.05
  26. Nevrova E.L, Petrov A.N. Evaluation of the threshold tolerance of marine benthic diatom Pleurosigma aestuarii (Bréb. In Kkütz.) W. Smith 1853 (Bacillariophyta) under the copper (II) ions impact. Vodnye bioresursy i sreda obitaniya. 2023; 6(1): 73–81. https://doi.org/10.47921/2619-1024-2023-6-1-73
  27. Andersen R.A., Berges J.A., Harrison P.J., Watanabe M.M. Recipes for freshwater and seawater media. In: Algal culturing techniques. Andersen R.A., еd. Elsevier Academic Press, 2005: 429–538.
  28. Петров А.Н., Неврова Е.Л. Оценка неоднородности распределения клеток при токсикологических экспериментах с клоновыми культурами бентосных диатомовых водорослей. Морской биологический журнал. 2020; 5(2): 76–87. https://doi.org/10.21072/mbj.2020.05.2.07
  29. Неврова Е.Л., Петров А.Н. Динамика роста бентосной диатомовой водоросли Ardissonea crystallina (C.Agardh) Grunow, 1880 (Bacillariophyta) при воздействии ионов меди. Морской биологический журнал. 2022; 7(4): 31–45. https://10.21072/mbj.2022.07.4.03 https://elibrary.ru/ngurdh
  30. Петров А.Н., Неврова Е.Л. Экспериментальная оценка токсикорезистентности бентосной микроводоросли Thalassiosira excentrica Cleve 1903 (Bacillariophyta) при воздействии ионов меди. Вестник МГТУ. 2023; 26(1): 78–87. https://doi.org/10.21443/1560-9278-2023-26-1-78-87

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Петров А.Н., Неврова Е.Л., 2023


СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: серия ПИ № ФС 77 - 81728 от 11 декабря 2013.