Экологические аспекты реакции моллюсков Dreissena Polymorpha (Pallas, 1771) на действие ионов тяжелых металлов Павловская Валерия Владимировна

Введение к работе

Актуальность темы. В последние десятилетия в экосистемах водоемов наблюдаются изменения, которые происходят под влиянием естественных факторов окружающей среды и хозяйственной деятельности человека. Поэтому особую актуальность приобретают исследования закономерностей реакций водных организмов на меняющиеся условия окружающей среды. Угрозу для жизнедеятельности гидробионтов представляют тяжелые металлы и их соединения (Кадмий:…, 1994; Челомин, 1998; Яп, 2003; Подгурская, 2006).

Высокий уровень загрязнения среды тяжелыми металлами приводит к снижению видового разнообразия гидробионтов (Брень, 1998). Использование гидробионтов в качестве биоиндикаторов позволяет судить о значении этих токсикантов. Как организмы-индикаторы токсичности водной среды исследовались многие группы гидробионтов: водоросли (бурые, красные, зеленые) и животные (костистые рыбы, ракообразные, моллюски полихеты и др.). Установлено (Христофорова, 1989; Киричук, 2006), что именно моллюски являются наиболее чувствительными организмами к содержанию ионов тяжелых металлов в воде.

Для определения действия ионов тяжелых металлов на гидробионтов используют метод определения удельного содержания белков - металлотионеинов в тканях (Ротт, 1995; Morris, 1999; Raspor, 1999; Данилин, 2002). В качестве тест-объектов использовались морские и речные рыбы (Hamilton, 1986; Christer, 1991), морские беспозвоночные (омар, моллюски) (Roesijadi, 1994; Bebiano, 1999; Danilin, 2005), пресноводные моллюски Anodonta cygnea и Unio pictorum (Данилин, 2002). Синтез белков - металлотионеинов в теле моллюсков, представляет собой ответ на действие стрессорных факторов физической и химической природы, в том числе тяжелых металлов (Lafontaine, 2000; Pourang, 2005). В связи с этим весьма актуальным является изучение влияния концентрации тяжелых металлов в воде на содержание тяжелых металлов и металлотионеинов в теле D. polymorpha.

Цель работы – исследование особенностей накопления тяжелых металлов (Zn²⁺, Cd²⁺, Cu²⁺ и Pb²⁺) и металлотионеинов в теле D. polymorpha; установление возможности использования моллюска D. polymorpha в качестве тест-объекта при определении загрязнения тяжелыми металлами водоемов.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

1. Определить сезонную динамику накопления Zn²⁺, Cd²⁺, Cu²⁺ и Pb²⁺ в теле D. polymorpha из оз. Форелевое.

2. Установить влияние сезонного содержания Zn²⁺, Cd²⁺, Cu²⁺ и Pb²⁺ в воде и теле D. polymorpha на уровень металлотионеинов в теле моллюсков.

3. Изучить межвидовые отличия в содержании Zn²⁺, Cd²⁺, Cu²⁺ и Pb²⁺и металлотионеинов в теле моллюсков.

4. Выявить влияние содержания в воде Zn²⁺, Cd²⁺, Cu²⁺ и Pb²⁺ на изменение уровня металлотионеинов, рН межстворчатой жидкости и выживаемость D. polymorpha.

5. Оценить возможность использования белков - металлотионеинов в теле D. polymorpha, как показателя содержания тяжелых металлов в процессе биологического мониторинга.

Положения, выносимые на защиту

1. Содержание в теле D. polymorpha Pb²⁺, Cd²⁺, Zn²⁺ и Cu²⁺ , а также накопление металлотионеинов зависит от содержания в воде тяжелых металлов.

2. D. polymorpha способна регулировать концентрацию Zn²⁺ в теле независимо от его содержания в окружающей среде.

3. При раздельном введении в воду Pb²⁺, Cd²⁺, Zn²⁺и Cu²⁺ выявлено понижение выживаемости на фоне повышения металлотионеинов и изменения рН межстворчатой жидкости. Наиболее токсическое действие на организм D. polymorpha оказывает Cu²⁺.

4 Содержание в воде Pb²⁺, Cd²⁺, Zn²⁺ и Cu²⁺ определяет уровень металлотионеинов в теле D. polymorpha, который можно рассматривать как механизм защиты организма от действия тяжелых металлов среды и использовать в качестве биоиндикатора в системе биомониторинга.

Научная новизна. Впервые установлены зависимости между содержанием Pb²⁺, Cd²⁺, Zn²⁺ и Cu²⁺ и уровнем металлотионеинов в теле D. polymorpha от содержания тяжелых металлов в воде. Выявлено влияние содержания в воде Pb²⁺, Cd²⁺, Zn²⁺ и Cu²⁺ на выживаемость на фоне повышения металлотионеинов и изменения рН межстворчатой жидкости. Установлено, что Cu²⁺ оказывает наиболее токсическое действие на организм D. polymorpha. Показана способность D. polymorpha регулировать концентрацию Zn²⁺ в теле независимо от его содержания в окружающей среде.

Практическая значимость. Результаты, полученные при исследовании особенностей накопления металлотионеинов в теле D. polymorpha позволяют определить пути адаптации гидробионтов к неблагоприятным факторам среды обитания и понять физиолого-биохимические механизмы их устойчивости. Поэтому установление закономерностей накопления металлотионеинов под действием экологических факторов (тяжелых металлов) имеет не только теоретическое, но и большое практическое значение для решения конкретных задач биомониторинга. Обоснована возможность использования уровня металлотионеинов в теле D. polymorpha в качестве биоиндикационного параметра в системе биомониторинга. Полученные результаты можно использовать при чтении курсов по «Гидробиологии», «Экологии», «Экологической токсикологии».

Апробация работы. Материалы диссертационной работы были представлены на 9-й Международной Пущинской школе-конференции молодых ученых (Пущино, 2005), на 5-й и 6-й Международных научных конференциях «Сахаровские чтения 2005, 2006 гг.: Экологические проблемы XXI века» (Минск, Беларусь, 2005, 2006), The 2^nd International Conference on Radioactivity in the Environment & the 6^th International Conference on Environmental Radioactivity in the Arctic and the Antarctic (Nice, France, 2005), II региональной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Техногенные системы и экологический риск» (Обнинск, 2005), Международной научной конференции «Инновации в науке и образовании - 2005» (Калининград, 2005), Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные проблемы экологии и природопользования» (Москва, 2006), V съезде по радиационным исследованиям (радиобиология, радиоэкология, радиационная безопасность) (Москва, 2006), The Сonference «Technology Science Works in the Western Lithuania» (Klaipeda, Lithuania, 2006).

Декларация личного участия автора. Автором самостоятельно в полевых условиях собран и обработан в лаборатории материал по D. polymorpha; определены концентрации Pb²⁺, Cd²⁺, Zn²⁺ и Cu²⁺, а также уровень удельного содержания металлотионеинов в теле D. polymorpha; определено влияние содержания в воде Pb²⁺ (0,03 мг/л), Cd²⁺ (0,001 мг/л), Cu²⁺ (1,0 мг/л), Zn²⁺ (1,0 мг/л) на выживаемость D. polymorpha; проведены эксперименты по оценке возможности использования белков - металлотионеинов в теле D. polymorpha, как показателя загрязнения водной среды тяжелыми металлами.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 работ.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы. Работа изложена на 102 страницах машинописного текста, включает 12 таблиц и 9 рисунков. Библиографический список содержит 116 отечественных и 89 зарубежных источников.

Похожие диссертации на Экологические аспекты реакции моллюсков Dreissena Polymorpha (Pallas, 1771) на действие ионов тяжелых металлов

Происхождение и популяционная структура периферических поселений Dreissena polymorpha (pallas, 1771) северо-восточной границы ареала видаВорошилова (Сергеева) Ирина Сергеевна

Эколого-химические аспекты гальванокоагуляционного метода очистки производственных сточных вод, содержащих ионы тяжелых металлов Нещадин Сергей Витальевич

Влияние ионов металлов на структурно-функциональные особенности развития Matteuccia struthiopteris (L.) TodaroБогданова, Елена Сергеевна

Влияние ионов металлов (Cu2+,Zn2+,Pb2+) на физиолого-биохимическое состояние высших водных растенийНестеров Виктор Николаевич

Физико-химические основы получения органоминеральных сорбентов для защиты гидросферы от загрязнения ионами металлов и радиоактивными изотопамиТиньгаева Елена Александровна

Совместное обезвреживание сточных вод, содержащих ионы тяжелых металлов, и щелочных стоков химических и нефтехимических производствМинлигулова, Гульнара Александровна

Использование отходов полимерных материалов при производстве сорбентов для очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов и нефтепродуктовКарпенко, Андрей Вадимович

Минимизация негативного воздействия ионов тяжелых металлов на объектах железнодорожного транспортаСахарова, Антонина Сергеевна

Применение индикаторного метода для выбора компонентов экозащитных систем при очистке водных сред от ионов тяжелых металловБайдарашвили Марина Михайловна

Исследование реагентного метода очистки сточных вод от ионов тяжелых металловСвятохина Виктория Петровна