ВЛИЯНИЕ ВЕЩЕСТВ, СВЯЗЫВАЮЩИХ ИОНЫ МЕДИ, НА ТОКСИЧНОСТЬ РАСТВОРОВ СУЛЬФАТА МЕДИ(II)

Целью работы было исследование влияния сульфата меди(II) в присутствии гуминовых веществ, восстановленного глутатиона и цеолита на биохимические показатели почвенных цианобактерий Nostoc paludosum 18. В качестве показателей выбрано содержание тиоловых соединений в микроорганизмах, дегидрогеназная активность культуры и содержание меди в биомассе. Явный отклик изучаемых показателей отмечен для концентрации ионов меди(II) равной 0,5 мг/дм 3 . При этом снижается дегидрогеназная активность и усиливается накопление металла культурой. Однозначно судить о биопротекторном действии можно только по дегидрогеназной активности.

Ключевые слова: цианобактерии, медь, биопротекторы.

В окружающей среде редко встречаются монокомпонентные системы. Поэтому актуальным является исследование токсического процесса, развивающегося под действием поллютантов в присутствии различных веществ. В качестве объектов исследования интерес представляют соединения меди. Большую роль в формировании токсичности растворов солей металла играют вещества, изменяющие эффективную концентрацию и физиологическую активность его ионов, в частности Cu 2+ . К таким агентам относятся вещества – потенциальные биопротекторы: гуминовые вещества (ГВ), глутатион восстановленный (GSH) и цеолит (Ц). Существует много литературных данных о структуре соединений, которые они образуют с ионами меди(II). Есть сведения, указывающие на снижение активной концентрации ионов Cu 2+ , однако данные о токсическом процессе, обусловленном солями меди(II) в присутствии ГВ, GSH и Ц малочисленны.

Одними из живых организмов, присутствие и биохимический статус которых отражает состояние окружающей среды, являются почвенные цианобактерии (ЦБ). Поэтому целью данной работы было исследование влияния сульфата меди(II) в присутствии гуминовых веществ, восстановленного глутатиона и цеолита на биохимические показатели почвенных цианобактерий Nostoc paludosum 18.

Методы исследований

Культуру почвенных цианобактерий Nostoc paludosum 18 (возраст 3 месяца) гомогенизировали в течение 2-х минут с помощью гомогенизатора марки HG-15А-Set-A при 30 тыс. об. / мин. Помещали в растворы CuSO4 (окончательный титр микроорганизмов составил 2·10 7 кл/см 3 ) с концентрациями ионов Cu 2+ равными 0,1 и 0,5 мг/дм 3 , что равно одному и пяти ПДК меди в питьевой воде соответственно. К растворам добавляли GSH, ГВ (выделены из торфа) и Ц. GSH добавляли до молярных соотношений Cu 2+ :GSH равных 1:4. ГВ добавляли к растворам CuSO4 в массовых количествах равных тому количеству, сколько добавлено в аналогичных вариантах с GSH. Цеолит был добавлен в оба варианта растворов CuSO4 в массовых соотношениях Ц : масса раствора равных 1:40. В качестве контроля использовали дистиллированную воду и индивидуальные растворы, содержащие ГВ, GSH и Ц без добавки CuSO4. Через двое суток определяли биохимические показатели: содержание тиоловых соединений в культуре микроорганизмов спектрофотометрическим методом с реактивом Эллмана [2, с. 487], дегидрогеназную активность ЦБ – методом прямого счета клеток ЦБ с кристаллами формазана под микроскопом [3, С. 31–41], содержание меди в биомассе ЦБ – методом инверсионной вольтамперометрии [1].

Результаты и обсуждение

В присутствии ТМ в организмах образуются соединения, способные связывать и тем самым снижать токсичность ионов ТМ. Увеличение содержания таких соединений может быть маркерным признаком токсичности. В вариантах без внесения СuSO4 содержание тиоловых соединений в ЦБ возросло в три раза в присутствии ГВ и в 1,5 раза в присутствии GSH по сравнению с контролем. Данное явление весьма логично, так как в GSH и в ГВ есть тиоловые группы. Проникновение ГВ и GSH внутрь клеток микроорганизмов привело к их определению в дальнейшем с реактивом Эллмана. Внесение в раствор ионов Cu 2+ в количестве равном 1 ПДК не привело к достоверному увеличению содержания SH-соединений в ЦБ по сравнению с контролем ни в одном из вариантов с данной концентрацией Cu 2+ . Внесение в раствор ионов Cu 2+ в количестве равном 5 ПДК без добавления биопротекторов привело к увеличению содержания SH-соединений в ЦБ по сравнению с контролем. Высоким содержанием SH-групп отличается вариант 5 ПДК Сu-ГВ (рис. 1).

Рисунок 1. Влияние металлсвязывающих агентов и CuSO4 на содержание в ЦБ соединений, содержащих тиоловую группу (в пересчете на GSH)

Присутствие в среде соединений меди может влиять не только на появление тиоловых соединений, но и на активность клеточных дегидрогеназ, которые являются очень чувствительными к действию различных токсикантов, что служит основой тест-систем. Об активности дегидрогеназ судили по количеству клеток с кристаллами формазана в культуре ЦБ, которые в свою очередь образуются под действием клеточных дегидрогеназ из 2,3,5-трифенилтетразолия хлорида. За токсичность принимаются варианты, где доля клеток с формазаном менее 50 %.

Доля клеток (%) с кристаллами формазана в вариантах без внесения сульфата меди(II) приближалась к 100 %, не считая цеолитсодержащего варианта, между значениями в первые и вторые сутки отсутствует достоверная разница. В остальных вариантах доля клеток с формазаном меньше, чем в контроле. С увеличением концентрации ионов Cu 2+ доля клеток с формазаном уменьшается, что говорит об усилении токсичности растворов. Присутствие агентов, связывающих Cu 2+ , снижает токсичность, однако не позволяет достигать контрольных значений. На вторые сутки токсичность растворов, содержащих Cu 2+ , увеличивается, в том числе в вариантах, содержащих потенциальные биопротекторы.

Рисунок 2. Влияние металлсвязывающих агентов и CuSO4 на дегидрогеназную активность ЦБ

В вариантах, содержащих ионы Cu 2+ в присутствии ГВ, GSH и Ц, в первые сутки не было диагностировано токсичности, по сравнению с вариантом, где потенциальных биопротекторов не было. На вторые сутки токсичным стал раствор с ГВ, несмотря на то, что ГВ обладают наибольшим биопротекторным действием в течение первых суток при обеих концентрациях токсиканта (рис. 2).

Установлено, что накопление меди в биомассе ЦБ в вариантах с добавлением в раствор CuSO4 (кроме контрольного варианта с Ц, 1 ПДКCu-GSH и 1 ПДКCu-ГВ) достоверно выше, чем во всех вариантах без добавления соли металла. Накопление меди в течение двух суток не зависело от концентрации CuSO4 в растворе, если отсутствовали агенты, связывающие медь. При 1 ПДК Cu 2+ GSH и ГВ снизили поглощение меди в 2–3 раза. Присутствие Ц протекторного действия не оказало. При 5 ПДК Cu 2+ агенты, связывающие ионы Cu 2+ , не оказали влияния, а в случае с ГВ и Ц поглощение увеличилось в 1,5 и 3,0 раза по сравнению с контролем, соответственно (рис. 3).

Рисунок 3. Влияние металлсвязывающих агентов и CuSO4 на содержание меди в ЦБ