О Щербаченко, C Маєвська - Адаптивні реакції мохів на вплив іонів свинцю - страница 1

Страницы:
1 

ВІСНИК ЛЬВІВ. УН-ТУ VISNYK OF L'VIV UNIV.

Серія біологічна. 2006. Вип. 41. С. 137-141    Biology series. 2006. Is. 41. P. 137-141

УДК 582.32:54.06

АДАПТИВНІ РЕАКЦІЇ МОХІВ НА ВПЛИВ ІОНІВ СВИНЦЮ

О. Щербаченко, C. Маєвська

Інститут екології Карпат НАН України вул. Стефаника, 11, Львів, 79000, Україна e-mail: bryology@bryology.lviv.ua

Експериментально підтверджено здатність мохів Plagiomnium undu-latum (Hedw.) T. Kop і Drepanocladus aduncus (Hedw) Warnst. адаптуватися до токсичного впливу іонів свинцю. Тривале обприскування листкостеб-лових пагонів розчинами 0,1-100,0 мкмоль/л Pb(NO3)2 активувало регене­рацію ізольованих з них листків: P. undulatum на середовищах з концент­раціями металу 0,1-10,0 мкмоль/л, а D. aduncus - з 0,1-1,0 мкмоль/л. Під­вищення стійкості мохів до впливу іонів свинцю супроводжувалося збіль­шенням стійкості пігментної системи. Зроблено висновок, що адаптація досліджуваних видів до токсичної дії іонів свинцю відбувається у вузько­му діапазоні концентрацій, який для P. undulatum на порядок вищий, ніж для D. aduncus.

Ключові слова: адаптація, мохи, регенераційна здатність, люмінесценція хлорофілу.

Адаптація - складний комплекс процесів, що забезпечують виживання організмів за екстремальних умов. Завдяки адаптації зростає толерантність або знижується чутли­вість організму до повторної дії стресових чинників [7].

Проблема адаптації живих організмів до умов природного середовища набула осо­бливої актуальності з огляду на посилення впливу техногенного забруднення. До її голо­вних питань належать специфічність і неспецифічність реакцій-відповідей рослин на дію полютантів.

Під дією важких металів у рослин простежується порушення багатьох фізіологіч­них та біохімічних процесів, у тому числі фотосинтезу [2, 4]. Деякі автори вважають, що інтенсивність фотосинтезу знижується внаслідок пригнічення біосинтезу [13, 15] та поси­лення процесу деструкції хлорофілу [4], інші припускають, що під впливом стресових чинників відбувається гальмування утворення хлоропластів, але не пошкоджується меха­нізм біосинтезу хлорофілу [3].

Рослини здатні за певних умов адаптуватися до дії важких металів. Зокрема, перед-обробіток проростків ячменю свинцем і кадмієм сприяв підвищенню стійкості цих рос­лин до подальшого впливу металів [12]. А. А. Жученко [6] припускає, що рослини, які зазнали тривалого впливу токсичних речовин, мають онтогенетичну "пам'ять" про умови існування, яка виявляється під час їхнього вегетативного розмноження. Клітини і ткани­ни окремих органів у разі вегетативного розмноження здатні зберігати "пам'ять" про той стан, у якому вони перебували в цілісній рослині.

Свинець за фітотоксичністю посідає одне з перших місць серед важких металів і по-різному впливає на ростові процеси мохів: блокує генеративне розмноження і пророс­тання спор, але дещо стимулює вегетативне поновлення. Однак забруднення природного середовища важкими металами є для мохів не стільки якісно новим, скільки кількісно вагомим чинником, що значно перевищує адаптивні можливості рослин. Численні дослі­дження [1, 5, 9] свідчать про те, що будь-якому органу гаметофіта чи спорофіта мохів

© Щербаченко О., Маєвська C., 2006властива висока регенераційна здатність, тому вегетативне розмноження відіграло важ­ливу роль у виживанні та поширенні цієї групи рослин.

Ми мали на меті дослідити здатність мохів адаптуватися до токсичної дії свинцю, яку визначали за активністю ростових процесів і за зміною стану хлорофілу.

У лабораторних дослідженнях використовували культури мохів P. undulatum і D. aduncus. Рослини вирощували у горщиках з простерилізованим піском у контрольова­них умовах освітлення (2,0±0,2 тис. лк), температури (20оС) та 16-годинному світловому режимі. Для дослідження здатності мохів адаптуватися до впливу свинцю культури об­прискували один раз у тиждень упродовж двох-трьох місяців: контрольні - розчином Кнопа (1:5), дослідні - розчином Кнопа з 0,1, 1,0, 10,0 і 100,0 мкмоль/л Pb(NO3)2. Після цього з листкостеблових пагонів (гаметофорів) відокремлювали листки і пересаджували на середовища з 0,1-100,0 мкмоль/л концентраціями металу, через десять днів аналізува­ли їхню регенерацію [10].

Для кількісного порівняння регенераційної здатності ізольованих листків мохів використали метод Д. С. Уілкінса [16], який ґрунтується на обчисленні індексу толерант­ності !t:

It = L- х 100 %,

де ln - кількість регенерантів листкостеблових пагонів на середовищі з металом; lk - кіль­кість регенерантів листкостеблових пагонів на контрольному середовищі.

Вплив післядії свинцю на інтенсивність люмінесценції хлорофілу ізольованих лис­тків досліджували на цитофлуориметрі [5]. Для аналізу відбирали листки середньої час­тини пагона, вимірювання виконували в різних ділянках листка: клітинах жилки, облямі­вки і посередині між жилкою та облямівкою. Результати досліджень кількісного аналізу та інтенсивності люмінесценції хлорофілу опрацьовували статистично [8].

Ізольовані листки мохів P. undulatum та D. aduncus у лабораторних умовах регене­рували протонемою і/або листкостебловими пагонами (гаметофорами). Листки контроль­них варіантів (без обробітку) двох видів найліпше регенерували на середовищах без азо­тнокислого свинцю або з низьким його вмістом (0,1-1,0 мкмоль/л). За таких умов на про-тонемних регенерантах швидко формувалися бруньки гаметофорів. Низькі концентрації металу (0,1-1,0 мкмоль/л) навіть дещо стимулювали їхнє закладання, а високі (10,0 і 100,0 мкмоль/л) пригнічували утворення та ріст регенерантів (рис. 1). Крім того, у дослі­дних варіантах P. undulatum і D. aduncus частіше, ніж у контрольних, столони росли вверх і піднімалися над субстратом, що, мабуть, можна розглядати як негативний хемота­ксис на токсичну дію свинцю.

Для дослідження розвитку адаптації з пагонів мохів, які обприскували розчинами 0,1-100,0 мкмоль/л Pb(NO3)2, ізольовували листки і пересаджували їх на відповідні кон­центрації металу. Виявилося, що обробіток мохів 0,1 і 1,0 мкмоль/л розчинами свинцю активував регенерацію P. undulatum на концентраціях 0,1-10,0 мкмоль/л металу у середо­вищі, а D. aduncus - лише на 0,1 і 1,0 мкмоль/л. Якщо для D. aduncus індекс толерантнос­ті (It) на концентраціях 0,1 та 1,0 мкмоль/л становив близько 100%, то для P. undulatum -відповідно, 137 та 153%, що свідчить про вищий рівень адаптації цього виду. На підставі досліджень з' ясовано, що обприскування пагонів розчинами 0,1-1,0 мкмоль/л Pb(NO3)2 підвищує регенерацію ізольованих з них листків обох видів мохів та їхню адаптивну зда­тність.

160

140

5? 120

=

я о.

о

80

60

40

20

4-.

160

140

120

100

80

60

40

20

ПА □ Б ИВ ПГ ШД

1 2 3 4 5

Варіанти досліду

P. undulatum

12 3 4

Варіанти досліду

D. aduncus

Рис. 1. Вплив післядії свинцю (другий-п'ятий варіанти досліду) на індекси толерантності (%) ізольованих листків мохів, пересаджених на середовище (1 - контроль (без обробітку)) з 0,1 (2); - 1,0 (3); - 10,0 (4); - 100,0 (5). Вміст РЪ(ж>з)2, мкмоль/л: А - контроль; Б - 0,1; В - 1,0; Г - 10,0; Д - 100,0.

Високу регенеративну здатність зафіксовано також в ізольованих листках обох видів, гаметофори яких обприскували розчином 10,0 мкмоль/л. Вона, як і нижчі концент­рації, стимулювала регенерацію листків P. undulatum на 0,1-10,0 мкмоль/л концентраціях металу у середовищі, тоді як D. aduncus - лише на 0,1-1,0.

Концентрація свинцю 100,0 мкмоль/л виявилася сублетальною для регенерації листків моху D. aduncus і не сприяла розвитку адаптивних реакцій у P. undulatum. Очеви­дно, що порушення функціональних і структурних систем концентраціями іонів свинцю перевищує потенційні можливості видів до адаптації.

Фізіологічну природу адаптивних реакцій мохів до дії іонів свинцю досліджували за допомогою люмінесцентного аналізу листків. У контрольному варіанті (без обробітку) листків D. aduncus рівень хлорофілу знижувався пропорційно до вмісту металу у середо­вищі, тоді як у P. undulatum - простежено його незначне зростання на 0,1-1,0 мкмоль/л РЪ(Шз)2 (рис. 2).

Подібні реакції пігментної системи на вплив свинцю зареєстровано для багатьох рослин [2-4, 15], і їх пов'язують з пригніченням біосинтезу хлорофілу [4] або посилен­ням його деструкції, яка може відбуватися внаслідок прямої дії металу на пігментний комплекс або опосередковано - через активацію вільнорадикального окиснення [7].

На підставі аналізування інтенсивності люмінесценції хлорофілу в листках дослід­них варіантів ми виявили, що обробіток пагонів моху P. undulatum розчинами 0,1­10,0 мкмоль/л Pb(NO3)2 сприяв підвищенню рівня хлорофілу. Це підтверджує отримані нами результати про стимулювальний ефект цих концентрацій металу на ростові процеси P. undulatum. Для D. aduncus люмінесцентний аналіз свідчить про незначний стимулюва-льний ефект від обприскування гаметофорів розчинами 0,1-1,0 мкмоль/л Pb(NO3)2 порів­няно з контролем. Ці дані підтверджують наше припущення про слабші адаптивні реакції ростових процесів D. aduncus, зокрема його регенераційну здатність.

0

0

60

60

.5 ■е-

о о.

о

ч

Я

Й

•Я

я

50

40

! 30

20

10

50

40

30

20

10

□ А ПБ

□ в

Г ШД

1 2 3 4 5

Варіанти досліду

P. undulatum

12 3 4

Варіанти досліду

D. aduncus

Рис. 2. Вплив післядії свинцю (другий-п'ятий варіанти досліду) на інтенсивність люмінесценції хлорофілу в ізольованих листках мохів, пересаджених на 0,1-100,0 мкмоль/л Pb(NO3)2. Позначення тіж, що й на рис. 1.

s

0

0

Отже, підвищення стійкості ростових процесів мохів до впливу іонів свинцю су­проводжується збільшенням стійкості пігментної системи. Виявлена нами закономірність узгоджується з даними інших авторів [11], які вважають хлорофіли носіями адаптивних властивостей фотосинтетичного апарату рослин за несприятливих умов середовища. Очевидно, іони свинцю, діючи на живі тканини листка, змінюють у ньому рівень хлоро­філу, що можна трактувати як "захисну" фазу гальмування, під час якої відбувається ін­тенсивне поновлення пігментів.

Обприскування листостеблових пагонів розчинами 0,1-100,0 мкмоль/л Pb(NO3)2 активувало регенерацію ізольованих з них листків: P. undulatum на середовищах з конце­нтраціями металу 0,1-10,0 мкмоль/л, а D. aduncus - з 0,1-1,0 мкмоль/л, що підтверджено даними люмінесцентного аналізу. Як бачимо, адаптація досліджуваних видів мохів до токсичної дії свинцю відбувається у вузькому діапазоні концентрацій, який для P. undula­tum на порядок вищий, ніж для D. aduncus. Не виключено, що особливості адаптації до­сліджуваних видів спричинені їхньою різною чутливістю до токсичної дії металу. На відміну від інших організмів, вегетативне поновлення мохів надає їм важливої переваги: завдяки високій регенеративній здатності їхній цикл розвитку від протонеми до закладан­ня бруньок і формування гаметофорів багаторазово повторюється у різних умовах, тобто практично сприяє розвиткові адаптивних реакцій.

1. Андреева Е.Н. Влияние атмосферного загрязнения на моховый покров северотаеж-ньгх лесов // Лесные экосистемы и атмосферное загрязнение. Л.: Наука, 1990. С. 159-172.

2. Бессонова В.П. Вплив важких металів на пігментну систему листка // Укр. ботан. журн. 1992. Т. 49. № 2. С. 63-66.

3. Горышина Т.К. Фотосинтетический аппарат растений и условия среды. Л.: Изд-во Ленинград. ун-та, 1989. 204 с.

4. Гуральчук Ж.З. Механизмы устойчивости растений к тяжелым металлам // Физио­логия и биохимия культурн. растений 1994. Т. 26. № 2. С. 107-117.

5. Демкив О.Т., СитникК.М. Морфогенез архегоніат. К.: Наук. думка, 1995. 203 с.

6. Жученко А.А. Адаптивный потенциал культурных растений (эколого-генетические основы). Кишинев: Штиница, 1988. С. 323-338.

7. Коршиков И.И. Адаптация растений к условиям техногенно загрязненной среды.

К.: Наук. думка, 1996. 237 с.

8. Лакин Г.Ф. Биометрия. М.: Высшая школа, 1990. 352 с.

9. Лобачевська О.В., Улична К.О., Демків О.Т. Особливості відновлення і вегетатив­ного розмноження Plagiomnium undulatum (Hedw.) Kop. (Mniaceae, Bryopsida) // Укр. ботан. журн. 1986. Т. 43. № 3. С. 30-34.

10. Лобачевська О.В., Демків Л.О., Кардаш О.Р. Вплив свинцю на ріст і розвиток мо­хів // Укр. ботан. журн. 1992. Т. 49. № 2. С. 50-56.

11. Соловченко А.Е., Чивкунова О.Б., Мерзляк М.Н., Решетникова И.В. Спектрофото-метрический анализ пигментов в плодах яблони // Физиология и биохимия культу­рных растений. 2001. Т. 48. № 5. С. 801-808.

12. Таланова В. В, Титов А.Ф., Ботева Н.П. Влияние свинца и кадмия на проростки ячменя // Физиология и биохимия культурных растений. 2001. Т. 33. № 1. С. 33-37.

13. Pacyna J.M. Estimation of the atmospheric emission of trace elements from anthropo­genic sources in Europe // Atmospheric Environment. 1984. Vol. 18. N 1. P. 41-50.

14. Pais I. Criteria of essentiality, beneficiality and toxicity of chemical elements // Acta alimentaria. 1992. Vol. 21. N 2. Р. 145-152.

15. Taylor G.I. Exclusion of metals from the tolerance in higher plants // J. Plant. Nutr. 1987. Vol. 10. P. 1213-1222.

16. Wilkins D.S. The measurement of tolerance to edaphic factors by means of root growth // New Phytol. 1978. Vol. 80. N 3. P. 623-633.

ADAPTIVE REACTIONS OF MOSSES ON THE EFFECT OF LEAD IONS.

О. Scherbachenko, S. Mayevska

Institute of Ecology of the Carpathians National Academy of Sciences of Ukraine Stefanyk Str., 11, Lviv, 79000 Ukraine e-mail: bryology@bryology.lviv.ua

The capability of Plagiomnium undulatum (Hedw.) T. Kop. and Dre-panocladus aduncus (Hedw.) Warnst. mosses to adapt for effect of lead ions has been confirmed experimentaly. Durable spraying of the shoots with 0,1-100,0 mM Pb(NO3)2 solutions activated the regeneration of isolated leaves of P. undu-latum under 0,1-10,0 mM metal concentration, and D. aduncus - under 0,1-1,0 mM. The increase of mosses stableness for effect of lead ions has been accom­panied by the increase of pigmental system stableness. The conclusion was drawn that adaptation of the investigated species for influence of lead ions oc­curs in different range of concentration wrich is wider for P. undulatum than for D. aduncus.

Key words: adaptation, mosses, lead ions, regeneration ability, luminescence of chlorophyll.

Стаття надійшла до редколегії 18.07.05 Прийнята до друку 09.09.05

Страницы:
1 


Похожие статьи

О Щербаченко, C Маєвська - Адаптивні реакції мохів на вплив іонів свинцю