Л Богуславська, А Тихомиров - Вплив іонів важких металів на мітотичний індекс апікальної меристеми кореня кукурудзи zea maysl - страница 1

Страницы:
1 

ВІСНИК ЛЬВІВ. УН-ТУ

VISNYK OF L'VIV UNIV.

Серія біологічна. 2005. Вип. 40. С. 160-165    Biology series. 2005. Is. 40. P. 160-165

УДК 581.1+576.3+632.95.024

ВПЛИВ ІОНІВ ВАЖКИХ МЕТАЛІВ НА МІТОТИЧНИЙ ІНДЕКС АПІКАЛЬНОЇ МЕРИСТЕМИ КОРЕНЯ КУКУРУДЗИ (ZEA MAYSL.)

*НДІ біології та **кафедра біофізики та біохімії Дніпропетровський національний університет вул. Козакова, 24, 49050, м. Дніпропетровськ, Україна e-mail: bmi@ff.dsu.dp.ua, milbo@rambler.ru, artem_tykhomyrov@mail.ru

Вивчено вплив іонів кадмію та свинцю у концентраціях 2><10"3, 2><10"4, 2><10"5М на ріст коренів і розподіл клітин кореневої апікальної меристеми проростків кукурудзи (Zea mays L.). З'ясовано, що токсиканти інгібують ріст коренів, знижують мітотичну активність клітин меристеми.

Ключові слова: меристема, кукурудза, мітотичний індекс, іони важких металів.

Сьогодні забруднення навколишнього середовища викидами промислових під­приємств має такі масштаби, що дає підстави розглядати його як новий екологічний чинник [8]. Важкі метали посідають особливе місце серед численних забруднювачів підприємств металургійного комплексу. Іони важких металів та алюмінію поряд із зага­льною фітотоксичністю [3] виявляють і генотоксичні властивості, пошкоджують ядер­ний матеріал, порушують перебіг мітозу та цитокінезу [4, 5]. Складовими росту є поділ та розтяг клітин, які зумовлюють збільшення маси й розмірів окремих тканин, форму­вання продуктивності рослин [2]. З'ясування процесів клітинного росту та їхня взаємо­дія з деякими чинниками довкілля є актуальною проблемою, яку досліджують на різно­манітних біологічних об' єктах.

Більшість рослин, у тому числі й кукурудза, належать до винятків, які накопичу­ють метали переважно у підземних органах [9]. Першими з іонами важких металів взає­модіють саме кінчики коренів. Тому ми мали наметі вивчити зміни ростових показників коренів та оцінити мітотичну активність клітин апікальної меристеми проростків кукурудзи (Zea mays L.) після їхньої експозиції з іонами кадмію та свинцю.

Матеріалом для досліджень обрано проростки насіння кукурудзи гібриду Дніп-ровський-310 МВ на п'яту, сьому та дев'яту доби пророщування (и=30 у кожній групі). Насіння пророщували в затемненому термостаті при +27оС на водопровідній воді. Дво-добові проростки для подальшого росту пересаджували на розчини нітратів свинцю та кадмію у концентраціях 2>10-3, 2>10-4 та 2>10-5М. Відбір проводили на п' яту, сьому та дев' яту добу.

Для визначення рівня мітотичної активності клітин кореневої меристеми пророст­ків кукурудзи одразу після завершення пророщування матеріал фіксували в оцтовому алкоголі (3:1) протягом 18 год при +10 оС. Фіксований матеріал промивали в 96% етило­вому спирті та зберігали в 70% його розчині до забарвлення. Для цитологічного аналізу матеріал фарбували ацетоорсеїном. Протягом 48 год при кімнатній температурі зразки мацерували в HCl та готували тимчасові давлені препарати кореневих кінчиків пророст­ків кукурудзи, як описано раніше [7]. Мітотичний індекс визначали за формулою

Л. Богуславська, А. Тихомиров*

МІ =

(П + М + А + Т) І + П + М + А + Т

© Богуславська Л., Тихомиров А., 2005де П, М, А, Т, І - кількість клітин у профазі, метафазі, анафазі, телофазі та інтерфазі від­повідно. Дані опрацьовували статистично з використанням /-критерію Стьюдента (після перевірки гіпотез про нормальне розподілення та рівності генеральних дисперсій) та од-нофакторного дисперсійного аналізу [6].

Реакція рослин кукурудзи на дію нітратів свинцю та кадмію залежала від їхньої дози та термінів пророщування. У разі дії іонів свинцю спостерігали дозозалежний вплив на довжину коренів. Найбільше абсолютне зниження довжини порівняно з контролем зафіксовано при концентрації 2><10-3М на п'яту, сьому та дев'яту доби пророщування. Відносний приріст помітно знижувався при 2>10-3М. Між сьомою та дев'ятою добами показано зменшення приросту (рис. 1, 3).

У випадку дії іонів кадмію значне суттєве зниження абсолютної довжини кореня простежене при 2>10-3М (достовірно на п' яту, сьому та дев' яту доби). Відносний приріст був мінімальний на п'яту та сьому доби проростання у дозі 2>10-4М, на сьому та дев'яту - при 2>10-5М. Концентрація 2>10-5М викликала достовірне збільшення довжини кореня у порівнянні з контролем на п' яту та сьому доби, але загальний приріст у разі дії цієї кон­центрації був мінімальний (рис. 2, 4). Поряд з інгібуванням кореневого росту іонами кад­мію у 2>10-3М зафіксовано затемнення меристематичних ділянок коренів, що може свід­чити про некроз клітин меристеми.

Показник сили впливу іонів Cd2+, що дорівнює 88,2, 93,9, 94,5% на п'яту, сьому та дев'яту доби відповідно, та іонів Pb2+ - 86,4, 96,0, 95,3% на п'яту, сьому та дев'яту доби, відповідно, засвідчує наявність пролонгованого ефекту впливу іонів кадмію та свинцю, що більше позначається на фізіологічних характеристиках росту на пізніших етапах про­ростання.

Оскільки ріст кореня у довжину залежить від інтенсивності поділу клітин та їхньо­го переходу до розтягу та збільшення розмірів, то аналіз цих процесів у разі впливу ток-

м

,ів ні

е р

ко

а н

в

вДо

120-

 

100-

 

80-

 

% 60-

 

40-

 

20 0

 

Доби росту 4

Рис. 1. Зміни морфометричних параметрів коренів проростків кукурудзи в разі дії іонів свинцю: 1- контроль; 2-4 - вміст свинцю 2>10- (2), 2>10-4 (3) та 2>10- M (4). * Достовірна різниця щодо до контролю (р<0,05).

220 200 180 160 1 140] ~ 120 100 -

80 60

40 -

20 0

Дні проростання

4

Рис. 2. Зміни морфометричних параметрів коренів проростків кукурудзи в разі дії іонів кадмію: 1- контроль; 2-4 - вміст кадмію 2*10-3 (2), 2*10-4 (3) та 2*10-5 M (4). * Достовірна різниця щодо до контролю (р<0,05).

%

90 80 70 60 50 40 30 20 10

0

V-VII

VII-IX

V-IX

Термін росту, доби

*

*

*

*

*

7

5

9

3

2

Рис. 3. Відносний приріст довжини кореня (%) контрольних проростків та проростків за умов впливу нітрату свинцю. Позначення ті ж, що й на рис. 1.

Рис. 4. Відносний приріст довжини кореня (%) контрольних проростків та проростків за умов впливу нітрату кадмію. Позначення ті ж, що й на рис. 2

Доби росту

Рис. 5. Мітотичний індекс у відсотках до контролю меристематичних клітин коренів кукурудзи в залежності від віку рослин та концентрації свинцю. Позначення ті ж, що й на рис. 1.

5 7 9

Доби ро сту

Рис. 6. Мітотичний індекс у відсотках до контролю меристематичних клітин коренів кукурудзи в залежності від віку рослин та концентрації кадмію. Позначення ті ж, що й на рис. 2.

сичних агентів дає змогу зрозуміти причини пригнічення кореневого росту [4]. Відомо, що за надлишку важких металів у середовищі пророщування насіння знижується інтенсив­ність розтягу клітин, які закінчили ріст у зоні елонгації [1]. Довжина клітин, що завершили ріст, за умов впливу важких металів була суттєве меншою, ніж у контрольних проростків. Проте вплив надлишкових кількостей цих елементів на мітотичну активність клітин апіка­льної меристеми кореня вивчено недостатньо [4]. Для розкриття аналізу механізму інгібу-вальної дії важких металів на ріст необхідно дослідити їхній вплив на процес ділення клітин. Зміна значень мітотичного індексу меристематичних клітин коренів кукурудзи після обробки нітратами кадмію та свинцю засвідчила, що вони спричинюють зниження мітотичної активності більш ніж у два рази (рис. 5, 6).

Навіть при концентраціях, далеких від летальних, зниження мітотичного індексу спостерігали вже на перші дві доби після початку експерименту, тобто під час перших мітотичних циклів. Також іони означених металів зумовлювали появу мітотичних пору­шень, що призводило до зменшення кількості усіх фаз мітозу (крім інтерфази). За над­лишкового вмісту нітрату кадмію у середовищі проростання на препаратах виявлено клітини, інтерфазні ядра яких були "роз'їдені". Пікноз ядерного матеріалу може свідчи­ти про розвиток некротичних процесів у пошкодженій тканині.

Отже, на підставі одержаних результатів можна зробити висновок, що іони кад­мію та свинцю інгібують ріст коренів унаслідок зниження, насамперед, мітотичної акти­вності меристема-тичних клітин.

1.    Бессонова В.П. Клеточный анализ роста корней Lathyrus odratus L. при действии тяжелых металлов // Цитология и генетика. 1991. Т. 25. № 6. С. 18-22.

2. Григорюк І.П., Жук О.І. Ріст пшениці і кукурудзи в умовах посухи та його регуля­ція. К.: Наук. світ, 2002. 118 с.

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

4. Довгалюк Л.И., Калиняк Т.Б., Блюм Я.Б. Оценка фито- и цитотоксической активно­сти соединений тяжелых металлов и алюминия с помощью корневой апикальной меристемы лука // Цитология и генетика. 2001. Т. 35. № 1. С. 3-7.

5. Довгалюк Л.И., Калиняк Т.Б., Блюм Я.Б. Цитогенетические эффекты солей токсиче­ских металлов в клетках апикальной меристемы корней проростков Allium cepa

L. // Цитология и генетика. 2001. Т. 35. № 2. С. 3-9.

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

7. Паушева З.П. Практикум по цитологии растений. М.: Агропромиздат, 1988. 271 с.

8. Усманов И.Р., Рахманкулова З.Ф., Кулагин А.Ю. Экологическая физиология расте­ний. М.: Логос, 2001. 224 с.

9. BakerA.J.M. Accumulators and Excluders Strategies in the Response of Plants to Heavy Metals // J. Plant Nutr. 1981. Vol. 3. P. 643-654.

INFLUENCE OF HEAVY METAL IONS ON MITOTIC INDEX OF APICAL MERISTEM OF MAIZE ROOTS

L. Boguslavskaya, A. Tykhomyrov

*Institute of biology, Dnepropetrovsk National University **Department of biophysics and biochemistry Dnepropetrovsk National University Kazakova St. 24, UA-49050 Dnepropetrovsk, Ukraine

Effect of cadmium and lead ions in concentrations 2><10-3М; 2><10-4М; 2х10-5М on the root growth and cell division of seedling of Zea mays L. has been investigated. It has been shown that both metals inhibit root growth by reducing mitotic activity of meristem cells in the highest dose.

Key words: meristem, maize, mititic index, heavy metal ions.

Стаття надійшла до редколегії 16.03.2005 Прийнята до друку 10.05.2005

Страницы:
1 


Похожие статьи

Л Богуславська, А Тихомиров - Вплив іонів важких металів на мітотичний індекс апікальної меристеми кореня кукурудзи zea maysl