В последние десятилетия активизировались процессы адвентизации флоры, что представляет угрозу биоразнообразию. Адвентивные виды растений осваивают новые территории, включая трансформированные, вытесняя аборигенные виды. В связи с этим актуальным является изучение пределов толерантности чужеродных видов к высоким техногенным нагрузкам, что позволит оценить перспективы распространения адвентивных растений. Целью исследования было выявление ответных реакций адвентивного макрофита Lemna gibba L. на действие ионов меди в градиенте концентраций от 0 до 10 мг/л. Фронды ряски инкубировали в модельных системах в течение 6 суток при естественном освещении. Выявлена высокая положительная корреляция между содержанием меди в растворе и растениях . При этом рост накопления металла носил экспоненциальный характер. Обнаружено проявление фитотоксических эффектов меди с увеличением концентрации ≥ 0,5 мг/л, что выражалось в повышении содержания прооксидантов и депигментации фрондов за счет деградации фотосинтетических пигментов. При максимальной концентрации меди (10 мг/л) содержание хлорофиллов было ниже в 2,5 раза, а каротиноидов - в 11,5 раз по сравнению с контролем. Проведенное исследование позволило оценить пределы толерантности L. gibba к действию ионов меди и выявить физиолого-биохимические параметры, которые могут быть использованы в качестве биомаркеров токсичности.
адвентивная фракция флоры, тяжелые металлы, прооксидантные реакции, пигментный аппарат, биомаркеры токсичности
1. Виноградова Ю. К., Майоров С. Р., Хорун Л. В. Черная книга флоры Средней России: чужеродные виды растений в экосистемах Средней России. М.: ГЕОС, 2010.
2. Капитонова О. А. Материалы к биологии и экологии рясковых (Lemnaceae) Сибири // Проблемы ботаники Южной Сибири и Монголии. 2019. Т. 1. № 18. С. 127-131. https://doi.org/10.14258/pbssm.2019024
3. Борисова Г. Г., Малева М. Г., Некрасова Г. Ф., Чукина Н. В. Методы оценки антиоксидантного статуса растений. Екатеринбург, 2012.
4. Некрасова Г. Ф., Малева М. Г., Новачек О. И. Роль белков в связывании Cu, Cd, Ni листьями гидрофитов // Вестник Нижневартовского государственного университета. 2009. № 1. С. 3-15.
5. Новаковская Т. В., Дымова О. В. Видовое разнообразие и пигментный комплекс макрофитов водоёмов окрестностей г. Сыктывкара (Республика Коми) // Вестник Нижегородского университета им. Н. И. Лобачевского. 2012. № 5(1). С. 127-134.
6. Хорун Л. В. Проблемы инвазионной экологии растений в зарубежной научной литературе // Вестник Удмуртского университета. Серия «Биология. Науки о Земле». 2014. № 3. С. 64-77.
7. Шиленко Н. А., Соколова С. А., Анисова С. Н., Лесников Л. А., Лебедев А. Т., Семёнова И. В. Перечень рыбохозяйственных нормативов предельно-допустимых концентраций (ПДК) и ориентировочно безопасных уровней воздействия (ОБУВ) вредных веществ для воды водных объектов, имеющих рыбохозяйственное значение. М.: ВНИРО, 1999.
8. Ater M., Ali N., Kasmi H. Tolérance et accumulation du cuivre et du chrome chez deux espèces de lentilles d’eau: Lemna minor L. et Lemna gibba L // Journal of Water Science. 2006. V. 19. № 1. P. 57-67. https://doi.org/10.7202/012597ar
9. Ayala A., Muñoz M. F., Argüelles S. Lipid peroxidation: production, metabolism, and signaling mechanisms of malondialdehyde and 4-hydroxy-2-nonenal // Oxidative medicine and cellular longevity. 2014. V. 2014. https://doi.org/10.1155/2014/360438
10. Babu T. S., Tripuranthakam S., Greenberg B. M. Biochemical responses of the aquatic higher plant Lemna gibba to a mixture of copper and 1, 2-dihydroxyanthraquinone: Synergistic toxicity via reactive oxygen species //Environmental Toxicology and Chemistry: An International Journal. 2005. Т. 24. №. 12. С. 3030-3036. https://doi.org/10.1897/05-073R.1
11. Banu Doğanlar Z. Metal accumulation and physiological responses induced by copper and cadmium in Lemna gibba, L. minor and Spirodela polyrhiza // Chemical Speciation & Bioavailability. 2013. Vol. 25. № 2. P. 79-88. https://doi.org/10.3184/095422913X13706128469701
12. Clemens S. Toxic metal accumulation, responses to exposure and mechanisms of tolerance in plants // Biochimie. 2006. V. 88. № 11. P. 1707-1719. https://doi.org/10.1016/j.biochi.2006.07.003
13. Duman F., Leblebici Z., Aksoy A. Bioaccumulation of nickel, copper, and cadmium by Spirodela polyrhiza and Lemna gibba // Journal of Freshwater Ecology. 2009. V. 24. № 1. P. 177-179. https://doi.org/10.1080/02705060.2009.9664279
14. Galczynska M., Mankowska N., Milke J., Busko M. Possibilities and limitations of using Lemna minor, Hydrocharis morsus-ranae and Ceratophyllum demersum in removing metals with contaminated water // Journal of Water and Land Development. 2019. V. 40. № 1. P. 161-172. https://doi.org/10.2478/jwld-2019-0018
15. Hall J. L. Cellular mechanisms for heavy metal detoxification and tolerance // Journal of experimental botany. 2002. V. 53. № 366. P. 1-11. https://doi.org/10.1093/jexbot/53.366.1
16. Kabata-Pendias A., Mukherjee A. B. Trace elements from soil to human. Heidelberg: Springer-Verlag, 2007.
17. Kabata-Pendias A., Pendias H. Trace elements in soils and plants. Florida: CRC Press, 2001.
18. Kanoun-Boulé M., Vicente J. A., Nabais C., Prasad M. N. V., Freitas H. Ecophysiological tolerance of duckweeds exposed to copper // Aquatic toxicology. 2009. V. 91. № 1. P. 1-9. https://doi.org/10.1016/j.aquatox.2008.09.009
19. Krämer U., Talke I. N., Hanikenne M. Transition metal transport // FEBS letters. 2007. V. 581. № 12. P. 2263-2272. https://doi.org/10.1016/j.febslet.2007.04.010
20. Landolt E. Morphological differentiation and geographical distribution of the Lemna gibba-Lemna minor group // Aquatic Botany. 1975. V. 1. P. 345-363. https://doi.org/10.1016/0304-3770(75)90036-4
21. Lichtenthaler H. K. Chlorophylls and carotenoids: pigments of photosynthetic biomembranes // Methods in enzymology. 1987. V. 148. P. 350-382. http://dx.doi.org/10.1016/0076-6879(87)48036-1
22. Maksymiec W. Effect of copper on cellular processes in higher plants // Photosynthetica. 1997. V. 34. P. 321-342. https://doi.org/10.1023/A:1006818815528
23. Megateli S., Semsari S., Couderchet M. Toxicity and removal of heavy metals (cadmium, copper, and zinc) by Lemna gibba // Ecotoxicology and Environmental Safety. 2009. Vol. 72. № 6. P. 1774-1780. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2009.05.004
24. Mkandawire M., Taubert B., Dudel E.G. Capacity of Lemna gibba L. (duckweed) for uranium and arsenic phytoremediation in mine tailing waters // International Journal of Phytoremediation. 2004. Vol. 6. № 4. P. 347-362. https://doi.org/10.1080/16226510490888884
25. Perreault F., Samadani M., Dewez D. Effect of soluble copper released from copper oxide nanoparticles solubilisation on growth and photosynthetic processes of Lemna gibba L. // Nanotoxicology. 2014. Vol. 8. № 4. P. 374-382. https://doi.org/10.3109/17435390.2013.789936
26. Prasad M. N. V., Malec P., Waloszek A., Bojko M., Strzałka K. Physiological responses of Lemna trisulca L.(duckweed) to cadmium and copper bioaccumulation // Plant Science. 2001. Vol. 161. № 5. P. 881-889. https://doi.org/10.1016/S0168-9452(01)00478-2
27. Rejmánková E. Comparison of Lemna gibba and Lemna minor from the production ecological viewpoint // Aquatic Botany. 1975. Vol. 1. P. 423-427. https://doi.org/10.1016/0304-3770(75)90042-X
28. Sasmaz A., Dogan I. M., Sasmaz M. Removal of Cr, Ni, and Co in the water of chromium mining areas by using Lemna gibba L. and Lemna minor L. // Water and Environment Journal. 2016. Vol. 30. № 3-4. P. 235-242. https://doi.org/10.1111/wej.12185
29. Sasmaz M., Topal E. I. A., Obek E., Sasmaz A. The potential of Lemna gibba L. and Lemna minor L. to remove Cu, Pb, Zn, and As in gallery water in a mining area in Keban, Turkey // Journal of environmental management. 2015. Vol. 163. P. 246-253. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2015.08.029
30. Scheffer M., Szabo S., Gragnani A., Van Nes E. H., Rinaldi S., Kautsky N., Franken R. J. Floating plant dominance as a stable state // Proceedings of the national academy of sciences. 2003. Vol. 100. № 7. P. 4040-4045. https://doi.org/10.1073/pnas.0737918100
31. Yilmaz D. D. Effects of salinity on growth and nickel accumulation capacity of Lemna gibba (Lemnaceae) // Journal of Hazardous Materials. 2007. Vol. 147. № 1-2. P. 74-77. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2006.12.047
