Регистрация / Вход
Прислать материал

Использование параметров быстрой флуоресценции хлорофилла для оценки влияния ионов хромата на микроводоросли

Сведения об участнике
ФИО
Габбасова Дилара Тагировна
ФИО (на английском языке)
Gabbasova Dilara Tagirovna
Название организации
МГУ им. М.В. Ломоносова
Тезисы
Название
Использование параметров быстрой флуоресценции хлорофилла для оценки влияния ионов хромата на микроводоросли
Название (на английском языке)
Use of parameters of fast chlorophyll fluorescence to evaluate the effect of chromium ions on microalgae
Соавторы (ФИО, организация, город, страна)
Протопопов Федор Федорович, Тимофеев Нюргун Петрович, Маторин Дмитрий Николаевич, МГУ им. М.В. Ломоносова, Москва, Россия
Соавторы (на английском языке)
Protopopov Fedor Fedorovich, Timofeev Nyurgun Petrovich, Matorin Dmitriy Nikolaevich, Lomonosov MSU, Moscow, Russia
Содержание

Использование параметров быстрой флуоресценции хлорофилла для оценки влияния ионов хромата на микроводоросли

Соединения хрома, особенно хромат-ионы, которые находят в составе сточных вод многих предприятий, являются токсичными для водных экосистем. Они также рекомендованы как эталонный токсикант для проверки чувствительности культуры водорослей в стандартных методах биотестирования (1).

Ранее показано, что при действии этого токсиканта на микроводоросли наблюдается нарушение механизмов согласования процессов метаболизма клеток, подавление двигательной активности микроводорослей, снижение их численности (5), снижение концентрации хлорофилла и нарушение фотосинтеза (7). Показано, что при ингибировании фотосинтеза ионами хромата нарушения затрагивают реакции второй фотосистемы (ФС II) (2, 3, 4, 6).

Изучено действие ионов хромата на культуру морской диатомовой микроводоросли — Phaeodactylum tricornutum с использованием флуориметра М–РЕА-2, позволяющий одновременно измерять в миллисекундном интервале индукционные кривые флуоресценции и окислительно-восстановительные превращения пигмента P700.

Для детальной оценки изменений фотосинтетической активности в клетках P. tricornutum измерены индукционные параметры быстрой и замедленной флуоресценции, а также редокс-состояния Р700. Флуоресцентные методы дают подробную информацию о начальных нарушениях активности фотосинтетического аппарата.

Для проведения количественного анализа характеристик первичных процессов фотосинтеза на основе параметров кинетической кривой O-J-I-P использовали «JIP-тест». JIP-тест использует следующие параметры кривой индукции флуоресценции: интенсивность при 20 мкс (FO), 2 мс (FJ), 30 мс (FI), 6 с (F6s), а также FP (FM), максимальная интенсивность флуоресценции) и M0 (площадь над кинетической кривой OJIP ниже уровня FM). Эти измеряемые величины использовали для расчета следующих параметров:

FV =FM-FO – Максимальная переменная флуоресценция;

FV/FM – Максимальный квантовый выход первичной фотохимической реакции в открытых реакционных центрах ФС II: FV/FMPo

φEo – Квантовый выход электронного транспорта (при t=0): φEo=1-(FO/FM)]*(1-VJ) где VJ=(FJ-FO)/FV

DI0/RC = (ABS/RC)-M0(1/VJ)– общее количество энергии, рассеиваемой одним реакционным центром (RC) в виде тепла, флуоресценции или переноса к другой фотосистеме, при t = 0;

ABS/RC – Поток энергии, поглощаемый одним активным реакционным центром (РЦ), характеризует относительный размер антенны (ABS): ABS/RC=M0/VJ(1/φPo)=(M0/VJ)/[(FM-FO)/FM)];

PIABS – Индекс производительности – показатель функциональной активности ФС II, отнесенный к поглощаемой энергии: PIABS=[1-(FO/FM)]/(M0/VJ)*[(FM-FO)/FO]*[(1-VJ)/VJ];

qE – Способность к рН-индуцированному нефотохимическому тушению флуоресценции: qE=(FM–F6s)/FV.

Полученные данные показали, что хромат-ионы могут сильно ингибировать скорость роста морских микроводорослей P. tricornutum. Обнаруженная корреляция между измерениями численности клеток микроводорослей по параметру флуоресценции FO и прямым измерением количества клеток подтверждает перспективность использования метода флуоресценции при биотестировании вместо длительного и трудоемкого процесса подсчета клеток под микроскопом.

Одновременная регистрация индукционных кривых быстрой и замедленной флуоресценции, а также редокс-состояния Р700 на приборе M-PEA-2 позволили выявить первичные стадии воздействия хромат-ионов на реакции фотосинтеза у морских водорослей. Анализ индукционных кривых показал, что одно из первых мест воздействия соединений шестивалентного хрома локализовано на акцепторной части ФС II между QА и QВ. Уменьшение квантового выхода электронного транспорта в ФСII, приводит к ингибированию значения индекса производительности (PIABS).Этот параметр оказался более чувствительный по сравнению с FV/FM  и может быть рекомендован для биотестирования.

Уменьшение количества активных РЦ и изменение электронного транспорта естественно приводят к нарастанию нефотохимических потерь связанных увеличением квантовой эффективности рассеивания энергии (DI0/RC) и ΔpH-зависимого нефотохимического тушения (qE).

В тоже время при анализе редокс-состояния Р700 (ФСI) обнаружено, что реакции окисления Р700 у морских водорослей менее чувствительны к соединениям шестивалентного хрома. При этом анализ кинетики темнового восстановления Р700 показал, что ингибируется быстрая фаза донирования электронов от пластоцианина и ФС II. В тоже время увеличивается медленная фаза, связанная с циклическим транспортом электронов и стромальных акцепторов. Отмечено влияние на донорную часть ФСII при высоких концентрациях, также указывает на возможность воздействия соединений шестивалентного хрома на этом участке КВК.

Таким образом, данные настоящей работы показывают, что изменение индукционных кривых быстрой и замедленной флуоресценции является одним из первых быстро регистрируемых параметров клеток микроводоросли после действия соединений шестивалентного хрома. Эти параметры могут быть весьма эффективно применены для диагностики состояния исследуемых объектов. Параметры могут быть полезными для использования флуоресценции хлорофилла микроводорослей в биотестировании качества воды в естественных и искусственных водоемах.

  1. Заядан Б.К., Маторин Д.Н. Биомониторинг водных экосистем на основе микроводорослей // М.: Изд-во"Альтекс". 2015. С. 252.
  2. Ali A.N., Dewez D., Didur O., Popovic R. Inhibition of photosystem II photochemistry by Cr is caused by the alteration of both D1 protein and oxygen evolving complex // Photosynthesis research. 2006. Т. 89. №. 2-3. P. 81-87.
  3. Appenroth K.J., Stöckel J., Srivastava A., Strasser R.J. Multiple effects of chromate on the photosynthetic apparatus of Spirodela polyrhiza as probed by OJIP chlorophyll a fluorescence measurements // Environmental Pollution. 2001. V. 115. №. 1. С. 49-64.
  4. Didur O., Dewez D., Popovic R. Alteration of chromium effect on photosystem II activity in Chlamydomonas reinhardtii cultures under different synchronized state of the cell cycle // Environmental Science and Pollution Research. 2013. V. 20. №. 3. P. 1870-1875.
  5. Giloni-Lima P.C., Delello D., Cremonez M.L., Éler M.N., Lima V.A., Espíndola E.L. A study of the effects of chromium exposure on the growth of Pseudokirchneriella subcapitata (Korshikov) hindak evaluated by central composite design and response surface methodology // Ecotoxicology. 2010. V. 19. №. 6. P. 1095-1101.
  6. Hörcsik Z.T., Kovács L., Láposi R., Mészáros I., Lakatos G., Garab G. Effect of chromium on photosystem 2 in the unicellular green alga, Chlorella pyrenoidosa // Photosynthetica. 2007. V. 45. №. 1. P. 65-69.
  7. Rai V., Vajpayee P., Singh S.N., Mehrotra S. Effect of chromium accumulation on photosynthetic pigments, oxidative stress defense system, nitrate reduction, proline level and eugenol content of Ocimum tenuiflorum L // Plant science. 2004. V. 167. №. 5. P. 1159-1169.

 

 

Благодарности
Не заполнено