Введение к работе
Актуальность проблемы. В условиях современного постоянно возрастающего антропогенного воздействия на водные экосистемы остается актуальной проблема совершенствования методов биоиндикации и биотестирования состояния окружающей среды (Строганов, 1970; Филенко, 1988, 1990).
Для оценки токсических свойств веществ широко используют культуры микроводорослей (Bringmann, Kuhn, 1978; Boyle, 1984; Trainor, 1984; Calamari et al., 1985; Брагинский и др., 1987; Кожанова, Дмитриева, 1989; Schafer et al., 1994). Уровень воздействия токсикантов определяют по изменению численности водорослей в культуре. Проводят прямой подсчет клеток или используют интегральные оптические методы, основанные на поглощении и флуоресценции клеточных пигментов (Методики биологических исследований..., 1971; РД 118-02-90, 1991; Методические указания..., 1998). Считают, что варьирование количества клеток в популяции водоросли адекватно отражает ее состояние (van Leeuwen et al., 1985).
Однако, часто число клеток водорослей в популяции сложным образом изменяется в присутствии токсиканта в среде (Строганов, 1941, 1973; Филенко, Исакова, 1983; Александров, 1985; Филенко, 1990). Это связано с тем, что токсикант изменяет клеточный состав популяции, воздействуя на скорость размножения и гибели клеток, длительность клеточного цикла и функциональное состояние клеток. Очевидно, что для полноты характеристики состояния культуры микроводорослей в условиях токсического воздействия было бы полезным контролировать ее клеточный состав, то есть определять гетерогенность популяции. Но поскольку это достаточно трудоемкий процесс, в настоящее время анализ структуры популяции микроводорослей проводят редко.
Поэтому целью настоящей работы стало исследование закономерностей изменения размерно-возрастной структуры и функциональных характеристик клеток водоросли Scenedesmus quadricauda (Тигр.) Breb. под влиянием бихромата калия и фунгицида сульфата имазалила.
В задачи работы входило:
-
Исследовать динамику численности клеток водорослей при длительном воздействии различных концентраций бихромата калия и фунгицида сульфата имазалила;
-
Проследить за формированием размерно-возрастной структуры лабораторной популяции Sc. quadricauda в норме и при токсическом воздействии;
3. Выявить закономерности восстановления популяции 5с. quadricauda, подвергнутой, интоксикации разной степени, по размерно-возрастному составу и функциональным характеристикам клеток. Научная новизна. На основании наблюдения за изменением общего числа и доли мертвых клеток в культуре Sc. quadricauda, а также размерного спектра клеток и их функциональных характеристик в присутствии бихромата калия и сульфата имазалила в среде предложено новое объяснение трехфазной (бимодальной) зависимости ответа популяции водоросли на возрастающее количество токсикантов. Снижение относительной численности клеток при малых концентрациях токсикантов связано не с гибелью, а с торможением деления клеток. При средних концентрациях отсутствие эффекта ("мертвая" зона на дозовой кривой) или стимуляция роста культуры вызваны возобновлением деления клеток после временной задержки. Адаптация культуры водорослей обусловлена переходом клеток на новый режим функционирования, в котором их чувствительность к токсическим воздействиям понижена. Установлено, что культура Sc. quadricauda состоит из двух субпопуляций: "крупных" зрелых и "мелких" молодых клеток, отличающихся по функциональной активности. Анализ изменения размерно-возрастной структуры популяции в присутствии сульфата имазалила показал, что торможение деления клеток происходит на фазе Gi клеточного цикла, а гибель — в зависимости от возраста клеток либо в конце стадии G2 и при митозе, либо накануне фазы S. В популяции Scenedesmus определен размер пула "сверхрезистентных" клеток. Практическое значение работы. Результаты работы могут быть использованы для оценки состояния популяций микроводорослей в условиях токсического воздействия и прогнозирования опасности токсикантов для водных экосистем. Снижение относительной численности клеток в культуре, сопровождаемое появлением крупных клеток (и клеток-гигантов), указывает на то, что оно не связано с гибелью клеток, а вызвано задержкой клеточного деления. Появление в популяции клеток, размер которых меньше контрольных, в первые часы после интоксикации свидетельствует о присутствии в среде летальных количеств токсиканта. Визуальный контроль клеточного состава популяции можно использовать для качественной характеристики изменения ее состояния.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы были представлены на Международных конференциях студентов и аспирантов по фундаментальным наукам "Ломоносов-96", "Ломоносов-97" (Москва, 1996, 1997); Всероссийской конференции "Эколого-физиологические исследования водорослей и их значение для оценки состояния природных вод" (Борок, 1996); I Съезде токсикологов России (Москва, 1998);
II Международной конференции "Актуальные проблемы современной альгологии" (Киев, 1999); II съезде биофизиков России (Москва, 1999); IV Съезде физиологов растений России (Москва, 1999); Международной конференции «Микология и криптогамная ботаника в России: традиции и современность» (Санкт-Петербург, 2000), Результаты работы докладывались и обсуждались на семинарах лаборатории водной токсикологии кафедры Гидробиологии.
Объем и структура работы. Диссертация изложена на''«Заграницах машинописного текста и состоит из следующих разделов: введение, материалы и методы исследования, результаты и обсуждение, заключение, выводы, список литературы, включающий 243 источника, и приложение. РаботаиллюстрированаЗ^рисунками и-/ттаблицами. Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ, 5 находятся в печати.
