Особенности функционирования десмидиевой водоросли Cosmarium Polygonum var. Acutius в условиях воздействия фенолкарбоновых кислот - Статья

Особенности функционирования десмидиевой водоросли ОСОБЕННОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ДЕСМИДИЕВОЙ ВОДОРОСЛИ COSMARIUM POLYGONUM VAR. Десмидиевая водоросль Cosmarium polygonum (Nageli) Arch. var. acutius Messik. отличается толерантностью по отношению к фенолкарбоновым кислотам (галловой, бензойной и кофейной) в концентрациях, угнетающих ростовые процессы у представителей Cyanoprokaryota.Они принадлежат к числу биологически активных веществ (БАВ), способных, как и другие фенольные соединения, подавлять ростовые процессы у микроводорослей (Струбицкий, 1987; Сакевич, Усенко, 2008; Nakai Satoshi et al., 2000). В работе использовали культуру Cosmarium polygonum var. acutius IBASU-A 438 из коллекции Института ботаники НАН Украины. Сухую массу водорослей определяли стандартным весовым методом (Методы ..., 1975), содержание хлорофилла а и суммы каротиноидов - спектрофотометрически с использованием уравнений (Parsons, Strickland, 1963; Jeffrey, Humphrey, 1975), продукты перекисного окисления липидов - по методам: Современные …, 1977, активность каталазы (КФ 1.11.1.6) в биомассе - по: Починок, 1976. trialьтаты и обсуждение По мере роста культуры Cosmarium polygonum var. acutius в контроле и во всех вариантах опыта происходило постепенное увеличение биомассы водоросли. Так, средняя величина содержания хлорофилла а в сухой массе водоросли в контроле составляла 8,36 0,68, а в вариантах с добавками галловой, бензойной и кофейной кислот - 9,39 0,78; 9,51 0,80 и 8,53 0,69 мкг/мг соответственно.Показатели сухой массы, содержания хлорофилла а, количества продуктов ПОЛ в условиях роста Cosmarium polygonum var. acutius с добавленим ФКК в концентрациях, угнетающих ростовые процессы у представителей Cyanoprokaryota, существенно не отличались от таковых в контроле.

Из многочисленных фенольных соединений, выделяемых растениями в воду, одними из наиболее активных являются фенолкарбоновые кислоты (ФКК). Они принадлежат к числу биологически активных веществ (БАВ), способных, как и другие фенольные соединения, подавлять ростовые процессы у микроводорослей (Струбицкий, 1987; Сакевич, Усенко, 2008; Nakai Satoshi et al., 2000). Высшие водные растения, по сравнению с водорослями, экскретируют в водную среду большое количество разнообразных ФКК (Сакевич, Усенко, 2008). При этом различные представители альгофлоры неодинаково чувствительны к действию ФКК. Наиболее толерантны к ним диатомовые и зеленые водоросли, наименее — планктонные синезеленые (Струбицкий, 1987; Сакевич, Усенко, 2008; Nakai Satoshi et al., 2000; Zhy Jingin et al., 2010). В литературе нет сведений о чувствительности к ФКК представителей Desmidiaceae. Однако они входят в число ведущих семейств фитоперифитона высших водных растений (Шевченко, 2011).

Цель данной работы — исследование изменения активности каталазы (фермента, участвующего в дезактивации активних форм кислорода), интенсивности процессов ПОЛ (перекисное окисление липидов), содержания хлорофилла а и каротиноидов (редуктантов свободных радикалов) в клетках десмидиевой водоросли Cosmarium polygonum var. acutius под влиянием кофейной, галловой и бензойной кислот.

Материалы и методы

В работе использовали культуру Cosmarium polygonum var. acutius IBASU—A 438 из коллекции Института ботаники НАН Украины. Водоросль выращивали на среде Болда (Beakes et al., 1988) при температуре 25?27 ?C и интенсивности освещения 2500 лк. ФКК в культуру водоросли вносили в концентрацих 1 мг/л

© А.В. Курейшевич, В.А. Медведь, И.Н. Незбрицкая, 2014

288 ISSN 0868-8540. Algologia. 2014, 24(3)

А.В. Курейшевич, В.А. Медведь, И.Н. Незбрицкая

(кофейная), 3 мг/л (бензойная), 5 мг/л (галловая), учитывая их различную активность по отношению к микроводорослям (Сакевич, Усенко, 2008). Сухую массу водорослей определяли стандартным весовым методом (Методы ..., 1975), содержание хлорофилла а и суммы каротиноидов — спектрофотометрически с использованием уравнений (Parsons, Strickland, 1963; Jeffrey, Humphrey, 1975), продукты перекисного окисления липидов — по методам: Современные …, 1977, активность каталазы (КФ 1.11.1.6) в биомассе — по: Починок, 1976. trialьтаты и обсуждение

По мере роста культуры Cosmarium polygonum var. acutius в контроле и во всех вариантах опыта происходило постепенное увеличение биомассы водоросли. При этом показатели сухой массы, а также содержание хлорофилла а в единице объема культуральной среды в условиях роста с добавленим всех ФКК существенно не отличались от таковых в контроле (рисунок, А, Б). Так, средняя величина содержания хлорофилла а в сухой массе водоросли в контроле составляла 8,36 0,68, а в вариантах с добавками галловой, бензойной и кофейной кислот — 9,39 0,78; 9,51 0,80 и 8,53 0,69 мкг/мг соответственно. В то же время отмечена тенденция повышения в культуре водоросли с добавками ФКК суммарного содержания каротиноидов в расчете на единицу сухой массы, особенно к 20—24-м суткам опыта (см. рисунок, В). Являясь компонентами неферментативной антиоксидантной системы, каротиноиды выполняют защитную функцию в клетках растений.

Как известно, процессы ПОЛ характеризуют состояние биомембран клеток, которые первыми воспринимают влияние экологических факторов, поэтому, оценивая интенсивность пероксидации мембранных липидов, можно контролировать первичные процессы адаптации растений к различным негативным воздействиям (Кияк, 2010). В экспериментах с C. polygonum var. acutius мы столкнулись с методическими трудностями при накоплении ее биомассы для биохимических исследований изза сильного ослизнения культуры. Поэтому опыты по изучению влияния ФКК на содержание продуктов ПОЛ проводились лишь с кофейной кислотой. Установлено, что при добавлении ее в культуру (стационарная фаза роста) у C. polygonum var. acutius содержание продуктов ПОЛ увеличивается незначительно.

Так, количество диеновых конъюгатов (ДК) возросло в опытном варианте по сравнению с контролем в 1,1 раза, гидроперекисей липидов (ГПЛ) в 1,4 раза, малонового альдегида (МА) в 1,1 раз (см. таблицу).

Содержание продуктов ПОЛ у Cosmarium polygonum var. acutius на 3-й день после добавления кофейной кислоты (1 мг/л)

Вариант

Содержание продуктов ПОЛ, М±m

ДК, МКМ /мг липидов ГПЛ, у.е./мг липидов МА, МКМ/мг липидов

Контроль

Опыт

0,268±0,003

0,308±0,004

2,212±0,211

3,108±0,361

0,0333±0,002

0,0369±0,003

Для сравнения, при добавлении ФКК в той же концентрации к культурам Cyanoprokaryota, находящимся на стационарной фазе роста (Anabaena variabilis Kutz., Nostoc punctiforme (Kutz.) Hariot, Aphanocapsa planctonica (G.M. Sm.) Komarek

ISSN 0868-8540. Альгология. 2014, 24(3) 289

Особенности функционирования десмидиевой водоросли et Anagn., Microcystis pulverea (Woodw.) Forti emend. Elenkin, M. aeruginosa Kutz. emend. Elenkin), содержание продуктов ПОЛ увеличивалось у них значительно больше (ДК — в 1,5—2,5, ГПЛ — в 1,2—3,5, МА — в 2,5—3,2 раза), чем у С. polygonum var. acutius (Курейшевич и др., 2012). Отмечено угнетение ростовых процессов у исследованных культур Cyanoprokaryota с добавками кофейной кислоты.

Изменение сухой массы (А), содержания хлорофилла а (Б), суммы каротиноидов (В) и активности каталазы (Г) у Cosmarium polygonum var. acutius в условиях роста культуры с галловой (I), бензойной (II) и кофейной (III) кислотами. К — контроль

Учитывая, что степень липидной пероксидации у растений наиболее часто коррелирует с накопленим МА — конечного стабильного продукта ПОЛ (Россихина-Галича, 2013), очевидно, что С. polygonum var. acutius достаточно толерантен к исследуемой концентрации кофейной кислоты. После ее добавления в культуру водоросли показатели сухой массы, концентрации хлорофилла а и суммы каротиноидов в единице объема культуральной среды практически не изменились по сравнению с контролем.

Как известно, каталаза — фермент системы антиоксидантной защиты, участвующий в расщеплении пероксида водорода в клетках живых организмов. Поэтому интересно было исследовать, как изменяется его активность у C. polygonum var. acutius при воздействии ФКК. Как видно из рисунка (Г), в культуре с добавками галловой кислоты АК на протяжении всего опыта была выше, чем в контроле. При добавлении бензойной и кофейной кислот этот

290 ISSN 0868-8540. Algologia. 2014, 24(3)

А.В. Курейшевич, В.А. Медведь, И.Н. Незбрицкая показатель в большинстве случаев также был выше по сравнению с контролем или сравним с ним (за исключением 13-х суток).

Таким образом, у C. polygonum var. acutius при внесении в культуру ФКК в большинстве случаев наблюдается повышение АК (по сравнению с контролем), что может быть, наряду с увеличением суммарного содержания каротиноидов, одним из механизмов защиты клеток от окислительного стресса. В то же время, на наш взгляд, важным фактором в защите клеток десмидиевых водорослей от проникновения в них токсичных соединений и БАВ является специфическое строение их клеточной оболочки, состоящей из нескольких слоев, и наличие большого количества слизи.

1. Показатели сухой массы, содержания хлорофилла а, количества продуктов ПОЛ в условиях роста Cosmarium polygonum var. acutius с добавленим ФКК в концентрациях, угнетающих ростовые процессы у представителей Cyanoprokaryota, существенно не отличались от таковых в контроле.

2. Одним из механизмов защиты водоросли от окислительного стресса, наблюдаемого при воздействии этих соединений может быть увеличение активности фермента каталазы и суммарного содержания каротиноидов в опытных вариантах по сравнению с контролем.

Кияк Н., Микієвич І. Вплив абіотичних стресових факторів на інтенсивність ПОЛ і активність супероксиддисмутази у пагонах водного моху Fontinalis antipyretica Hedw. // Вісн. Львів. ун-ту. Сер. Біол. — 2010. — Вип. 53. — С. 181—187.

Курейшевич А.В., Потрохов А.С., Зиньковский О.Г. и др. Антиоксидантная активность некоторых видов Chlorophyta и Cyanoprokaryota как фактор их устойчивости к фенолкарбоновым кислотам // Гидробиол. журн. — 2012. — 48(5). — С. 66—81.

Методы физиолого-биохимического исследования водорослей в гидробиологической практике / Л.А. Сиренко, А.И. Сакевич, Л.Ф. Осипов и др. — Киев: Наук. думка, 1975. — 247 с.

Починок Х.Н. Методы биохимического анализа растений. — Киев: Наук. думка, 1976. — 334 с.

Россихіна-Галича Г. Компоненти прооксидантно-антиоксидантної системи вегетативних органів рослин кукурудзи як показники їх реакції на дію гербіцидів // Вісн. Львів. ун-ту. Сер. Біол. — 2013. — Вип. 62. — С. 315—324.

Сакевич О.Й, Усенко О.М. Алелопатія в гідроекосистемах. — К.: Логос, 2008. — 304 с. Современные методы в биохимии. — М.: Медицина, 1977. — 392 с.

Струбицкий И.В. Регуляция системой "фенольные соединения: ферредоксин: тиоредоксин" ферментов энергетического обмена Microcystis aeruginosa Kutz. emend. Elenk. // Гидробиол. журн. — 1987. — 23(4). — С. 45—54.

Шевченко Т.Ф. Распределение водорослей перифитона днепровских водохранилищ в зависимости от типа субстрата // Там же. — 2011. — 47(13). — С. 3—15.

Beakes G., Canter H.M., Jaworski G.H.M. Zoospores ultrastructure of Zygorhizidium affluens Canter and Z. planktonicum Canter, two chytrids parasitizing the diatom Asterionella formosa Hassall. // Can. J. Bot. — 1988. — 66(6). — P. 1054?1067.

ISSN 0868-8540. Альгология. 2014, 24(3) 291

Особенности функционирования десмидиевой водоросли

Jeffrey S.W., Humphrey F.H. New spectrophotometric equations for determining chlorophyll a, b, c1 and c2 in higher plants, algae and natural phytoplankton // Biochem. Physiol. Pflanz. — 1975. — Bd 167. — P. 171—194.

Nakai Satoshi, Yamane Sayuki, Hosomi Masaaki. Algal growth inhibition effects of Myriophyllum spicatum — releasing four allelopathic polyphenols // J. Jap. Soc. Water Environ. — 2000. — 23(1). — P. 726—734.

Parsons T.R., Strickland J.D.H. Discussion of spectrophotometric determination of marine-plant pigments and carotinoids // J. Mar. Res. — 1963. — 21(3). — P. 155—163.

Zhy Jingin, Liu Biyun, Wang Jing, Gao Yunni, Wu Zhwengig. Study on the mechanism of allelopathic influence on Cyanobacteria and chlorophytes by submerging macrophyte (Myrio-phylum spicatum) and its secretion // Aquat. Toxycol. — 2010. — 98(2). — P. 196—203.

Подписала в печать Е.И. Шнюкова

A.V. Kureishevich, V.A. Medved, I.N. Nezbritskaya Institute of Hydrobiology, NAS of Ukraine, 12, Heroev Stalingrada Av., 04210 Kiev, Ukraine

e-mail: ALISCHUK@rambler.ru, vika_med@i.ua, inna.nezbrytska@mail.ru

FEATURES OF FUNCTIONING OF DESMID ALGA COSMARIUM POLYGONUM VAR. ACUTIUS (STREPTOPHYTA) EXPOSURE TO PHENOL CARBONIC ACIDS

The desmid alga Cosmarium polygonum (Nageli) Arch. var. acutius Messik. is characterized by tolerance to the influence of phenolcarboxylic acids (gallic, benzoic and caffeic) in concentrations which depress the growth processes of some Cyanoprokaryota. An increase of catalase enzyme activity and total carotenoid content in the experimental variants in comparison with control was observed.

Keywords: Cosmarium polygonum var. acutius, phenolcarboxylic acids, chlorophyll а, carotenoids, catalase activity, products of lipid peroxidation.

292 ISSN 0868-8540. Algologia. 2014, 24(3)