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 1,52,3 раза митотическую активность клеток корневой меристемы. Начиная с эффективных, сублетальных и летальных концентраций ионов свинца наблюдается снижение значений митотического индекса до 2,10,78 % (в 2,56,0 раз). Добавление экстракта в солевой раствор свинца при концентрации 110 мкМ приводит к существенному снижению в 1,55 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.