Исследование влияния водной вытяжки донных отложений

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ВОДНОЙ ВЫТЯЖКИ
ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ СРЕДНЕГО ТЕЧЕНИЯ
РЕКИ УРАЛ НА ПРОЯВЛЕНИЕ ФОРМ ПЛАЗМОЛИЗА
И СКОРОСТЬ ДЕПЛАЗМОЛИЗА КЛЕТОК
КОЖИЦЫ ЛУКА ALLIUM CEPA
© Кузнецова А.А., Осинкина Т.В.,
Кануникова Е.А., Тихомирова Г.М.
Оренбургский государственный медицинский университет, г. Оренбург
В работе проанализировано влияние водных вытяжек донных отложений отобранных с пяти участков среднего течения реки Урал на физиологическое состояние клеток кожицы лука Allium cepa и определено
их выраженное плазмолитическое действие, что указывает на присутствие в донных отложениях компонентов различной химической природы, приводящих к нарушению тургорного давления растительных
клеток. В ходе исследования определены участки, водные вытяжки
донных отложений с которых обладали токсическим эффектом (сходным с характером воздействия высоких концентраций сахарозы), который оказывал влияние на физиологическое состояние растительных
клеток и приводил к стойкому, затяжному плазмолизу.
Ключевые слова: плазмолиз, деплазмолиз, водная вытяжка донных
отложений, растительная клетка, токсикант.
В любой растительной клетке при обычных условиях существует тургорное давление. Оно возникает когда в клетку в ходе осмоса поступает вода и цитоплазма прижимается к клеточной стенке; это давление препятствует дальнейшему проникновению воды в клетку. Но при изменении условий,
например при действии гипертонического раствора, нарушается нормальное физиологическое состояние, что приводит к возникновению явления
плазмолиза.
Плазмолиз – отделение протопласта от клеточной стенки в гипертоническом растворе. Различают уголковый плазмолиз, при котором отрыв протопласта происходит на отдельных участках. Вогнутый плазмолиз, когда
отслоение захватывает значительные участки плазмолеммы, и выпуклый,
полный плазмолиз, при котором связи между соседними клетками разрушаются почти полностью. Формы уголкового, вогнутого и выпуклого плазмолиза обычно обратимы; в гипотоническом растворе клетки вновь восстанавливают потерянный баланс воды и происходит деплазмолиз. Выделяют
также судорожный плазмолиз, подобный выпуклому но отличающийся от

Ассистент кафедры Биологии.
8
ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ И ПРИКЛАДНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
него тем, что сохраняются цитоплазматические нити, соединяющие сжавшуюся цитоплазму с клеточной стенкой [2].
При плазмолизе ткани становятся вялыми и дряблыми, замедляются
физиологические и биохимические процессы, протекающие в них; возможно нарушение фотосинтеза и клеточного дыхания.
Если не вернуть клетку в состояние тургора, возможно возникновение
стойкого плазмолиза, в ходе которого плазмолизированные клетки могут
быть подвергнуты необратимым изменениям и отмиранию.
В природных наземных экосистемах явления плазмолиза обычно не
происходит, за исключением случаев выпадения кислотных дождей и туманов. В этом случае обезвоживанию подвергаются участки растения (или отдельные клетки) на которые попали осадки, содержащие кислоты или другие губительные для растений формы токсикантов, что обычно не приводит
к гибели всего растения. Что же касается гидробиоценозов, то поступающие
в них поллютанты способны аккумулироваться в донных отложениях (илах)
и служить для обитателей водоема источником постепенного вторичного
загрязнения, отравляющее действие которого может сохраняться в течение
длительного времени. Особое значение данный факт имеет для прикрепленных форм, в частности для растений.
В связи с выше изложенным представилось актуальным исследовать
влияние водной вытяжки донных отложений среднего течения реки Урал на
формы плазмолиза и скорость деплазмолиза клеток кожицы лука Allium cepa.
Задачи работы включали: 1) Изучить влияние водных вытяжек донных
отложений на динамику плазмолиза клеток кожицы лука A. cepa; 2) Оценить
время восстановления тургора клеток А. сера в ходе деплазмолиза; 3) Проанализировать характер воздействия водных вытяжек донных отложений среднего
течения реки Урал на физиологические свойства растительных клеток.
Материалом исследования явились клетки кожицы лука А. сера и донные отложения, отобранные с 5 участков среднего течения реки Урал: «река
Урал – Большой Водозабор», «река Урал – Автодорожный мост», «река
Урал – Железнодорожный мост», «река Урал – Очистные сооружения», «река Урал – Чернореченский мост». Исследования плазмолиза проводились
методом микроскопирования на приборе МИКМЕД – 5.
Результаты и их обсуждение Анализ полученных данных показал, что
водные вытяжки донных отложений отобранные со всех пяти участков реки
вызывают плазмолиз, отличающийся по динамике и длительности.
Водная вытяжка донных отложений со станции «река Урал – Большой
водозабор», вызвала уголковый плазмолиз через 50 секунд после ее добавления. Остальных стадий (вогнутого, выпуклого и судорожного) не наблюдалось даже при добавлении избыточного количества водной вытяжки. Деплазмолиз наступил через 212 секунд (рис. 1).
Биологические науки
9
Рис. 1. Динамика плазмолиза / деплазмолиза клеток кожицы лука А.сера
под влиянием водных вытяжек донных отложений
Пробы, взятые с участка реки в районе Железнодорожного моста, также
вызывали плазмолиз у клеток лука А. сера. При добавлении вытяжки уголковый плазмолиз наступил через 30 секунд, вогнутый через 122 секунды и
выпуклый через 181 секунду. Полное восстановление клетки произошло
лишь через 410 секунд. Подобные результаты наблюдались также на участке реки в районе Очистных сооружений (рис. 1).
Однако, следует отметить, что на двух участках реки, а именно в районах Автодорожного и Чернореченского мостов, восстановить тургор клетки не удалось – зафиксирован стойкий плазмолиз: деплазмолиз не наступал
в течение 2-х часов, при этом исходная форма клетки не восстановилась –
наблюдался частичный выход пигмента за еѐ пределы: так как результатом
данного явления, по-видимому, явилось разрушение клеток под действием
поллютантов различной химической природы.
В настоящее время среди металлов-токсикантов выделяют приоритетную группу, в которую входят кадмий, медь, мышьяк, никель, ртуть, свинец,
цинк и хром как опасные для живых организмов; из них ртуть, свинец и кадмий – наиболее токсичны [4]. Доказано, что именно они оказывают максимальный ингибирующий эффект в отношении ферментных систем и затрудняют клеточное дыхание большинства организмов. Кроме того, данные абиогенные элементы характеризуются многообразием форм миграции и выраженной способностью к аккумуляции в растительных и животных тканях [1].
Поскольку в водоемах и водотоках Оренбургской области обнаружены
данные соединения [3], можно предположить, что токсический эффект, ока-
10
ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ И ПРИКЛАДНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
зываемый на клетку лука А. сера, проявившийся в стойком плазмолизе, вызван соединениями именно данной группы металлов или одним из них.
Следует отметить, что при высоких концентрациях биогенные металлы,
неметаллы и их соединения также способны оказывать токсический эффект,
что было выявлено при оценке влияния растворов сахарозы различной концентрации на состояние клеток кожицы лука A. cepa. Все растворы сахарозы концентрацией 1,0М; 1,5М; 2,0М; 2,5М; 3,0М; 3,5М; 4,0М приводили к
плазмолизу растительных клеток (рис. 2). Растворы с концентрациями 1,0М;
1,5М; 2,0М; 2,5М вызывали все формы плазмолиза, которые были обратимы
за короткий промежуток времени. Повышение концентрации сахарозы до
3,0М и выше приводило к затяжному, стойкому плазмолизу, который сопровождался разрушением цитоплазматической мембраны клетки и выходом
пигмента за еѐ пределы, т.е. наблюдался эффект сравнимый с действием
водной вытяжки донных отложений со станций Автодорожный и Чернореченский мост.
Рис. 2. Динамика плазмолиза / деплазмолиза клеток кожицы лука А.сера
при воздействие сахарозы разных концентраций
В связи с этим, можно предположить, что сахароза при высоких концентрациях также оказывает выраженный токсический эффект на физиологическое состояние растительных клеток.
Таким образом, исходя из выше приведѐнных фактов можно сформулировать следующие выводы:
Во-первых, водные вытяжки донных отложений отобранные с пяти участков среднего течения реки Урал обладают выраженным плазмолитическим действием, что указывает на присутствие в них компонентов различной химической природы.
Биологические науки
11
Во-вторых, в ходе исследования определены участки, водные вытяжки
донных отложений с которых обладали выраженным токсическим эффектом
(сходным с характером воздействия высоких концентраций сахарозы), оказывающим влияние на физиологическое состояние растительных клеток и
приводящим к необратимым последствиям.
В-третьих, стойкое выраженное нарушение физиологического состояния плазмолизированных клеток водного растения, вызываемое действием
токсикантов, аккумулированных в донных отложениях водоѐма способно
привести к уменьшению продукции кислорода в водоѐме, что может оказать
негативное влияние на водную биоту и функционирование гидробиоценоза
в целом. В связи с этим, полученные данные следует учитывать при мониторинговых исследованиях состояния пресноводных экосистем.
Список литературы:
1. Ахтямова Г.Г. Вклад техногенного фактора в загрязнение донных отложений бассейна р. Пахна ртутью / Г.Г. Ахтямова, Е.П. Янин, Ю.Г. Таций //
Актуальные проблемы экологии и природопользования: сборн. науч. трудов. –
М., 2011. – С. 22-26.
2. Воскресенская О.Л. Физиология растений: учебн. пособ. / О.Л. Воскресенская, Н.П. Грошева, У.А. Скочилова. – Йошкар-Ола: Мар. гос. ун-т,
2008. – 148 с.
3. Минакова В.В. Двустворчатые моллюски родов Unio и Anodonta –
компоненты биологических ресурсов р. Урал и участие их лизоцима в процессах регуляции бактериоценозов: дисс. / В.В. Минакова. – Оренбург.,
2005. – 205 с.
4. Экологические проблемы Верхней Волги: коллективная монография /
под общ. ред. А.И. Копылова. – Ярославль: изд-во ЯГТУ, 2001. – 427 с.