Введение к работе
Актуальность темы. Растущее использование тяжелых металлов (ТМ) и их производных в хозяйственной деятельности, а также возрастающее внимание общества к состоянию окружающей среды, сделали актуальными исследования влияния ТМ на биологические объекты. Повышенные концентрации ТМ в среде способны оказывать неблагоприятное воздействие на биосистемы различного уровня организации (Бурдин, 1985; Коржанова, Дмитриева, 1989). Поэтому оценка последствий загрязнения среды ТМ, изучение механизмов их действия, развития растениями металл-резистентности приобретает важное значение (Лархер, 1978; Мур, Рамамурти, 1987). Знание особенностей и механизмов действия ТМ может оказаться весьма полезным при поиске и выборе адекватных методов биологической индикации их повышенного содержания в среде (Бурдин,1985).
С другой стороны, многие ТМ являются необходимыми составляющими клеток и известны как микроэлементы (Мецлер, 1980; Ле-нинджер, 1985; Москалев, 1985) и их недостаток,также как и избыток, приводит к снижению жизнеспособности организмов. В соответствии с этим выяснение влияния ТМ на жизнедеятельность организмов имеет важное значение для подбора оптимального состава питетельных сред при биотехнологических методах их выращивания. Обработка растений растворами ТМ может служить также эффективным инструментом воздействия для получения объектов с заданными звойствами (Ловкова и др. 1984; Veeh et. al.', 1984).
В литературе имеется большое количество данных, отражающих «югостороннее действие ТМ на растения. Показано, что они вызывают нарушение жизнедеятельности растений в целом, отдельных органов и клеток, ингибируют активность многих ферментов.
Вместе с тем, многие аспекты действия ТМ изучены еще недостаточно. Отсутствуют ясные представления о механизмах дейс-
твия ТЫ на плазмалемму, хотя именно эти эффекты определяют последовательность событий, формирующих ответные реакции клеток і тканей в целом. Слабо изучено влияние ТМ на водные макрофиты, являющиеся потенциальными тест-объектами для оценки загрязнете водных сред.
В соответствии с этим,целью работы было выяснение роли ци-топлазматической мембраны в механизмах действия солей тяжелы) металлов на клетки пресноводных растений. Были поставлены следующие задачи:
1. Изучить влияние тяжелых металлов на барьерную функцю плазмалеммы клеток водных растений. 2: Исследовать связь индуцируемых тяжелыми металлами изменений электрогенной и транспортной функций плазмалеммы с нарушением клеточного метаболизма 3. Исследовать роль мембранотропных эффектов в токсически действии тяжелых металлов на клетки пресноводных растений.
Научная новизна. В работе впервые, путем комплексной регистрации ряда параметров (мембранный потенциал, светоиндуциро-ванная биоэлектрическая реакция, вольт-амперные характеристик! плазмалеммы, индукционные переходы флуоресценции хлорофилла, выход электролитов из клеток), исследованы механизмы токсического действия ТМ на мембранные и клеточные процессы водных растений. Показано, что снижение мембранного потенциала, амплитуд светоиндуцированной биоэлектрической реакции и электрическоп сопротивления плазмалеммы, свидетельствующие о нарушении барЬ' ерной и транспортной функции плазмалеммы, всегда опережают ві времени изменение клеточного метаболизма, оцениваемого по измЄ'
НеНИЯМ ИНДУКЦИОННЫХ ПереХОДОВ флуоресценции И, СКОРОСТИ ЦИКЛИ'
ческого движения хлоропластов з клетках. Установлено, что ток сический эффект ТМ на плазмалемму зависит от знергетическоп статуса клеток в целом и функциональной активности электроген
и транспортных систем плазмалемш. В частности, свет и фу-
щт, активирующие транспорт и электрогенез, усиливают ток-
зкий эффект ТЫ Показана аналогия эффектов ТМ и
гагентов на клеточные и мембранные процессы. Обсуждается
низм действия ТМ на клетки пресноводных растений, согласно
рому модификация SH-групп белков плазмалемш и связанная с
активация перекислого окисления липидов являются причиной
последующих нарушений плазмалемных и клеточных процессов.
Практическая ценность работы. Полученные данные могут ис-
зоваться при выработке методических подходов и методов био-
ирования и биоиядикации наличия в среде повышенных концент-
:й ТМ. Исходя из мембранотропного действия ТМ для этих целей
олее приемлимы методы основанные на регистрации параметров,
лающих состояние плазмалемш клеток. На основании получен-
результатов предложен и апробован метод биотестирования
;ых сред на наличие ТМ и некоторых других токсичных веществ,
гаанный на одновременной регистрации светоиндуцированной би-
іктрической реакции и индукционных переходов флуоресценции
юфилла листьев водных растений. Этот метод внедрен в прак-
' научных исследований на кафедре коммунальной гигиены Кеме-
:кого мединститута. Материалы диссертации используются при
ши лекций и проведении практических занятий в Кемеровском
інституте.
Апробация работы. Материалы диссертации были доложены на (еркциях молодых ученых в гт Томске (1980, 1983), Кемерове. 32, 1983, 1984), Пушино (1987), 3 Всесоюзном совещании рабо-группы по влиянию факторов окружающей среды на здоровье на-гния (Кемерово, 1985), Кемеровском отделении обществе анато-, гистологов и эмбриологов (1984, 1990), Кемеровском отделе-Всесоюзного химического общества им. Д. И. Менделеева
(1988), Кемеровском областном обществе токсикологов (1990).
Публикации. lb результатам диссертации опубликовано 10 чатных работ, список которых приведен в конце автореферата.
Структура и объем диссертации, диссертация состоит из і дения, четырех глав и выводов. Список литературы включает источников, в том числе иностранных -139. Работа изложена 173 страницах машинописного текста, содержит 37 рисунков таблицы.