Оценка воздействия солей тяжелых металлов на фотосинтетическую активность водных растений

Проведена оценка состояния фотосинтетических пигментов у водных растений Lemna minor L. и Elodea canadensis Michx. при действии на них ацетатов Ni²⁺, Co²⁺, Сu²⁺ и Pb²⁺ в концентрациях 5.00, 2.50, 1.25, 0.62, 0.31, 0.15, 0.07, 0.03 мг/л по изменению интенсивности флуоресценции хлорофиллов а и b и по их соотношению. Установлено, что ацетат никеля в исходных растворах во всех вышеперечисленных концентрациях вызывает у L. minor увеличение интенсивности флуоресценции хлорофиллов а и b по отношению к контролю, а соль свинца подавляет её. Ацетат Co²⁺ ингибирует флуоресценцию хлорофилла а при концентрациях исходных растворов 0.03 – 0.15 и 2.50 мг/л и хлорофилла b при всех концентрациях, кроме 0.62, 1.25 и 2.50 мг/л. Для E. canadensis установлено, что соли всех металлов во всех концентрациях вызывают снижение интенсивности флуоресценции хлорофилла a относительно контроля и увеличивают её в случае хлорофилла b. Исключение составляет действие ацетатов меди и свинца с концентрацией 1.25 мг/л, при которых интенсивность флуоресценции хлорофилла b сохраняется на уровне контроля. Присутствие в культивационной среде ацетатов Ni²⁺, Co²⁺, Cu²⁺, Pb²⁺ во всех концентрациях оказывает влияние на количественные и качественные характеристики хлорофиллов a и b, что свидетельствует о нарушении процесса фотосинтеза. Данные по изменению соотношения хлорофиллов a/b позволяют сделать вывод о деградации хлорофилла а по отношению к хлорофиллу b при воздействии металлов. 

1. Абрамова Э. А., Иванищев В. В. Содержание фотосинтетических пигментов и аскорбиновой кислоты в проростках вики в присутствии хлорида никеля // Научные ведомости. Сер. Естественные науки. 2012. № 9. С. 152 – 155.

2. Головко Т. К., Далькэ И. В., Бачаров Д. С. Мезоструктура и активность фотосинтетического аппарата трех видов растений сем. Crassulaceae в холодном климате // Физиология растений. 2008. Т. 55, № 5. С. 671 – 680.

3. Еськова Е. Н. Влияние свинца на содержание хлорофилла в листьях ярового ячменя // Экология, окружающая среда и здоровье человека : ХХI век. Красноярск : Краснояр. гос. аграр. ун-т., 2014. С. 126 – 128.

4. Косицына А. А., Макурина О. Н., Нестеров В. Н., Розенцвет О. А. Влияние ионов меди и кадмия на пигментный комплекс водных растений семейства Hydrocharitaceae // Известия Самарского научного центра РАН. 2010. Т. 12, № 1. С. 156 – 161.

5. Маторин Д. Н., Рубин А. Б. Флуоресценции хлорофилла высших растений и водорослей. Ижевск ; М. : Ижевский институт компьютерных исследований, 2012. 256 c.

6. Рубин А. Б. Биофизика : в 3 т. Т. III. Биофизика клеточных процессов. Механизмы первичных фотобиологических процессов. М. : Ин-т компьютерных исследований, 2013. 480 с.

7. Тютерева Е. В., Дмитриева В. А., Войцеховская О. В. Хлорофилл b как источник сигналов, регулирующих развитие и продуктивность растений (обзор) // Сельскохозяйственная биология. 2017. Т. 52, № 5. С. 843 – 855.

8. Chettri M. K., Cook C. M., Vardaka E., Sawidis T., Lanaras T. The effect of Cu, Zn and Pb on the chlorophyll content of the lichens Cladonia convoluta and Cladonia rangiformis // Environmental and Experimental Botany. 1998. Vol. 39, iss. 1. P. 1 – 10.

9. Dubey R. S. Metal toxicity, oxidative stress and antioxidative defense system in plants // Reactive Oxygen Species and Antioxidants in Higher Plants / ed. S. D. Gupta. Boca Raton : CRC Press, 2011. P. 177 – 203.

10. Ekpo F. E., Nzegblue E. C., Asuquo M. E. A comparative study of the influence of heavy metals on soil and crops growing within quarry environment at Akamkpa, Cross River State, Nigeria // Global Journal of Agricultural Sciences. 2012. Vol. 11, № 1. P. 1 – 4.

11. Filimon R. V., Rotaru L., Filimon R. M. Quantitative investigation of leaf photosynthetic pigments during annual biological cycle of Vitis vinifera L. table grape cultivars // South African Journal Enology and Viticulture. 2016. Vol. 37, № 1. P. 1 – 14.

12. Kupper H., Kupper F., Spiller M. Environmental relevance of heavy metal substituted chlorophylls using the example of water plants // Journal of Experimental Botany. 1996. Vol. 47, iss. 2. P. 259 – 266.

13. Lindahl M., Yang D.-H., Anderson B. Regulatory proteolysis of the major light-harvesting chlorophyll a / b protein complex of photosystem II by a light-induced membrane associated enzymic system // European Journal of Biochemistry. 1995. Vol. 231, iss. 2. P. 503 – 509.

14. Nagajyoti P. C., Lee K. D., Sreekanth T. V. M. Heavy metals, occurrence and toxicity for plants : A review // Environmental Chemistry Letters. 2010. Vol. 8, iss. 3. P. 199 – 216.

15. Patnaik N., Mohanty M., Satpathy B. Effect of chelating agents and metal ions on nickel bioavailability and chlorophyll fluorescence response in wheat – An approach for attenuation of Ni stress // Journal of Stress Physiology & Biochemistry. 2012. Vol. 8, iss. 3. P. 99 – 112.

16. Tremper A. H., Agneta M., Burton S., Higgs D. E. B. Field and laboratory exposures of two moss species to low level metal pollution // Journal of Atmospheric Chemistry. 2004. Vol. 49, iss. 1 – 3. P. 111 – 120.

17. Voitsekhovskaja O. V., Tyutereva E. V. Chlorophyll b in angiosperms : Functions in photosynthesis, signaling and ontogenetic regulation // Journal of Plant Physiology. 2015. Vol. 189. P. 51 – 64.