Биологические науки/10. Генетика и
цитология
К.б.н. Концевая И.И.
Гомельский государственный университет им. Ф. Скорины, Беларусь
Протекторные свойства продуктов гистолиза при цитотоксической
активности ионов свинца в в Allium-тесте
В связи с
широким распространением в биосфере тяжелых металлов (ТМ) в результате
естественных природных процессов и антропогенной деятельности актуален поиск
средств, уменьшающих негативное действие ТМ как на рост культурных растений,
так и их накопление в растениеводческой продукции. Среди источников
биологически активных веществ, используемых в растениеводстве, для получения
высокоэффективных стимуляторов роста может быть использована гемолимфа куколок
китайского дубового шелкопряда, у которой обнаружена высокая биологическая
активность [1], в том числе антиоксидантные свойства. Однако следует принять во
внимание, что антиоксиданты, в зависимости от концентрации и других факторов,
могут проявлять либо антиоксидантное действие, либо прооксидантное, либо вообще
не проявлять какого-либо эффекта на интенсивность накопления активных форм
кислорода и скорость реакций свободнорадикального окисления, и тем самым на
общее состояние организма и его адаптивность.
Поэтому актуальным является всестороннее
изучение влияния продуктов гистолиза на растения. В представленной работе
рассматриваются протекторные свойства водного экстракта куколок китайского
дубового шелкопряда (далее по тексту – экстракта) при цитотоксической
активности ионов свинца в клетках корневых меристем Allium cepa L.
Исследование
ответных реакций растений лука обыкновенного в условиях действия токсических
концентраций ионов свинца при применении экстракта выполняли с помощью Allium-теста [2]. В работе тестировали
водные растворы нитрата свинца, взятые в концентрациях: от 1 мкМ до 1000 мкМ.
Давленые
препараты для цитогенетического анализа изготавливали по общепринятой методике. Особенности протекторных
свойств экстракта при цитотоксической активности ионов свинца на клеточном уровне оценивали по ряду
цитогенетических параметров: митотическому индексу (МИ), относительной продолжительности
фаз митоза, метафазно-профазному индексу (МПИ), патологии митоза (ПМ), числу интерфазных клеток с микроядрами.
Просмотр препаратов осуществляли на микроскопе Leica Gallen III
при увеличении х400. Статистическую
обработку результатов выполняли согласно методикам [3] с применением программ Excel. Для сравнения
выборок использовали t-критерий Стьюдента.
В результате
исследования установлено, что нитрат свинца в инициальной концентрации и при
10 мкМ повышает в 1,5−2,3 раза митотическую активность клеток корневой
меристемы. Начиная с эффективных, сублетальных и летальных концентраций ионов
свинца наблюдается снижение значений митотического индекса до 2,1−0,78
% (в 2,5−6,0 раз). Добавление экстракта в солевой раствор
свинца при концентрации 1−10 мкМ приводит к существенному снижению в 1,5−5
раз значения МИ по сравнению с соответствующими вариантами, когда использовали только соли металла. Не было
отмечено значительного влияния экстракта на изменение величины МИ при
использовании высоких концентраций свинца.
В зависимости
от того, на какие процессы влияют тестируемые соединения, происходит остановка
клеточного деления на определенной стадии митоза. При анализе данных
эксперимента выявлено следующее: с возрастанием концентрации ионов свинца доля
клеток на стадии метафазы возрастает по сравнению с контролем, что дает
основание рассматривать изменение времени прохождения клетками данной стадии
митоза как включение механизма адаптации к стрессовым факторам и поддержания
гомеостаза клеточной популяции. Можно также полагать, что нитрат свинца в
концентрации 100−1000 мкМ действует на клетки подобно колхицину. В
упомянутых вариантах добавление экстракта в солевой раствор свинца стимулирует
включение адаптивных механизмов на разных стадиях метаболизма. И, по-видимому,
как количественно, так и качественно при низкой концентрации экстракта изменения
в метаболических реакциях меристематических клеток протекают медленнее, и в
итоге практически полностью происходит
потеря одной–двух стадий митоза, в то время как при более высокой концентрации
экстракта сохраняется в большем или меньшем объеме полноценность прохождения
митоза.
Полученные
экспериментальные результаты во всех вариантах опыта свидетельствуют о большей
чувствительности показателей митозмодифицирующей активности по сравнению с
изменением величин ПМ. Экстракт в исследуемых количествах при концентрациях
нитрата свинца 1−500 мкМ подавляет митотическую активность
меристематических клеток, снижает у них показатель ПМ, существенно уменьшает
количество клеток с микроядрами по сравнению с соответствующими вариантами
использования одной соли. При действии летальной концентрации нитрата свинца на
корешки лука установлено следующее влияние экстракта на цитологические и
цитогенетические характеристики клетки: изменение размеров и форм клеток,
существенное снижение МИ клеток, изменение длительности фаз митоза, сужение
спектра представленных типов ПМ.
Установлено
модифицирующее влияние экстракта на процесс клеточного деления в условиях
стресса, вызванного свинцом при концентрациях 100−500 мкМ. Позитивный
репаративный эффект экстракта проявляется сильнее при более высокой его концентрации
раствора по сравнению с концентрацией на
два порядка ниже, о чем свидетельствует регистрирование в первом случае среди
делящихся клеток всех четырех фаз митоза и они более выражены по своей
продолжительности.
Полученные
результаты свидетельствуют о возможности управления метаболизмом клеток как на уровне активности регуляции ферментов,
так и на уровне регуляции синтеза ферментов, что определяется широким спектром
параметров биологической активности продуктов гистолиза [1]. В настоящем
исследовании определены протекторные свойства экстракта по отношению к
цитогенетическим повреждениям различной природы в условиях токсического действия
свинца. При более высокой концентрации экстракта его цитозащитные
функции проявляются сильнее.
Литература:
1
Чиркин, А.А. Биологическая активность
продуктов гистолиза / А.А. Чиркин [и др.] // LAP LAMBERT Academic Publishing, 2012. −
164 с.
2.
Fiskesjo, G. The Allium test as a standard in environmental monitoring / G.
Fiskesjo // Hereditas . − 1985.
− V. 102. − P. 99−102.
3.
Лакин, Г.Ф. Биометрия / Г.Ф.Лакин – М.: Высш. шк., 1990. − 352 с.