Мембранотропные эффекты сочетанного действия некоторых ксенобиотиков
СЕКЦИЯ 3. Биологические науки.
ПОД- СЕКЦИЯ 13. Экология.
Есебуа Ε.П
Главный специалист
Отделения по координации научной работы,
доктор биологических наук,
Грузия, Тбилиси,
Сухумский государственный университет
Мембранотропные эффекты сочетанного действия некоторых ксенобиотиков
При изучении биологических эффектов ксенобиотиков, как правило, основное внимание уделяется их однокомпонентному действию. В большинстве случаев, при совместном действии химических агентов биоцидные эффекты в сильной мере отличаются от од-нокомпонентного действия по величине, характеру и направлению регистрируемой реакции [1, 2]. С другой стороны, для различных природных блоков, например вода, почва и т.д., характерно присутствие сложной смеси веществ [3,4].
В этой связи нами предпринята попытка изучить сочетанное влияние ксенобиотиков, представляющих приоритетные компоненты некоторых сточных вод на ионную проницаемость мембран клеток водорослей.
Методика
В опытах использовали 2-3-ю интерн одаль ную клетку харовой водоросли Nitella flexilis, выращенную в лабораторных условиях. Накануне проведения опытов клетки помещались в искусственную прудовую воду (ИПВ) [5]. Регистрировались величина потенциала покоя (Ψ) η электрического сопротивления (R) мембраны с помощью стандартной микроэлектродной техники [6] или использовали метод внеклеточного отведения элек-трофнзнологических характеристик клетки [7].
Опыты проводились по схеме: контроль (ИПВ) → контроль + смесь ксенобиотиков, 10п мг/л→контроль → контроль + смесь ксенобиотиков,
10–(n-1)мг/л → и т.д. Температура окружающей среды (20±1°С), рН раствора (7,0±0,1), освещенность (300 люкс) поддерживались постоянными.
Результаты и обсуждение
Сатурн и пропанид, имитирующие сточные воды ряда оросительных систем, вызывают достоверные сдвиги мембранного потенциала клеток Nitella при их однокомпонент-ном действии в концентрации 10-1мг/л и 5·10n мг/л соответственно [8].
Проведенные нами исследования показывают, что сочетанное внесение препаратов в среду вызывают отличную от однокомпонентых эффектов биоэлектрическую реакцию клеток Nitella.
Развитие реакции клетки на однокомпонентные и сочетанные концентрации пропанида и сатурна (10-1 мг/л и 5·10-1мг/л соответственно) происходит быстро после внесения препарата в наружный раствор и стационарный уровень устанавливается через 10 минут. При удалении препарата нз окружающей среды (отмыв в ИПВ) биоэлектрическая реакция необратима, т.е. величины мембранного потенциала и сопротивления не возвращаются к контрольному уровню. Величины сдвигов параметров Ψ и R оказываются меньше по сравнению с однокомпонентным действием указанных препаратов. В отличии от однокомпонентного действия пропанида, который в концентрации 10-1мг/л вызывает гиперполяризацию мембраны и увеличение сопротивления, а сатурн (5·10-1 мг/л) обладает деполяризующим эффектом, сочетанное действие препаратов приводи к деполяризации и увеличению сопротивления по сравнению с контролем. Величины сдвигов регистрируемых параметров Ψ и R в этом случае при совместном действии оказываются примерно такими же как при однокомпонентных эффектах и составляют для потенциала 10 мВ и сопротивления 5 кОм-см2.
Сочетанное действие сатурна и пропанида в более высоких концентрациях (10° мг/л) не приводит к более заметным эффектам по сравнению с предыдущим вариантом.
Метафос и гексахлоран находят широкое применение в быту и сельском хозяйстве. В ряде случаев со стоком с полей пестициды попадают в природные водоемы и водотоки, где оказывают негативное влияние наводные экосистемы.
Исследование однокомпонентного мембрангтропного действия гексахлорана, проведенное, в работе [8] показало, что гексахлоран оказывает действие на электрофизиологические параметры клетки Nitella в довольно низких концентрациях 10-3мг/л, при увеличении концентрации наблюдаются более заметные сдвиги величин Ψ н R по отношению к контролю.
Метафос при добавлении в среду вызывал достоверное снижение мембранного потенциала клеток Nitella в концентрации 10-2 мг/л, т.е. на порядок более высокий по сравнению с гексахлораном [8].
Сочетанное действие метафоса и гексахлорана на клетки Nitella проявляются в концентрациях на порядок ниже по сравнению с однокомпонентными эффектами. Добавление в окружающую клетку среду в концентрация
10-4мг/л (гексахлоран) и 10-3мг/л (метафос) вызывает деполяризацию мембраны и падение электрического сопротивления на 22 мВ и 18,5 кОм·см2 соответственно; развитие реакции происходит сразу после добавления препарата в среду, причем при их удалении, как и в предыдущем сдучае, не наблюдается полного отмыва, т.е. восстановления регистрируемых параметров до контрольных величин. В пределах испытанных сочетанных концентраций, сдвиги величин Ψ и R составляют 30 мВ и 24 кОм·см2.
Смесь растворов фенола и формальдегида присутствует, как правило, в сточных водах производств формальдегндных смол. Смесь этих химических соединений вызывает достоверные сдвиги биоэлектрической реакции при более низких концентрациях фенола (10-2мг/л). Как отмечается в ряде работ [1, 9] фенол оказывает действие на электрические характеристики мембран клеток харовых водорослей в концентрациях 10-1 мг/л и выше. Добавление формальдегида в концентрации ниже ПДК (10-4мг/л) на фоне 10-2мг/л фенола вызывает быстрое развитие реакции и значительные изменения регистрируемых величннах потенциала (20 мВ) и сопротивления(9,2 кОм·см2).
Сравнение полученных нами концентрационных эффектов смеси ксенобиотиков с данными по их однокомпонентному действию показывает, что только в случае сатурна и пропанида сочетанное действие вызывает меньший биоэлектрический ответ клеток по сравнению с их однокомпонентным действием, т.е. наблюдается некий антагонизм; в двух других случаях (фенол и формальдегид, метафос и гаксахлоран) наблюдается синергизм при их сочетанном действии. Подобного рода синергизм отмечается н при совместном действии других поллютантов; например в работе [10] показано, что внесение отдельных металлов в концентрациях, соответствующих установленным в Канаде и США предельно-допустимых концентраций, в культуру водорослей хлореллы, сценедесмус и других не влияло на рост клеток, тогда как их смесь сильно его подавляла, даже при более низких концентрациях; аналогичные примеры приводятся и в работах [11, 12 и др].
Анализ таблицы показывает,что направление сдвигов ионной проницаемости при сочетанном и однокомпонентном действии испытанных препаратов, как правило, совпадает. При сочетанном действии сатурна и пропанида наблюдается уменьшение проницаемости мембраны к ионам калия, тогда как в остальных случаях происходит увеличение коэффициента Рг.
Литература
1. Юрии В.М. Электрофизнологический анализ основных закономерностей взаимодействия органических соединений с мембранами растительной клетки Дисс. ... докт. биол. наук. Минск. 1980.
2. Оннанн Д.А. Регуляция циклознса клеток водорослей. Тбилиси:
ТПГУ. 246с.
3. Баренбойм Г.М., Маленков А.Г. Биологически активные вещества. Новые принципы поиска. М.: Наука. 1986. 365 с.
4. Крайнюкова АН. Биотестирование в охране вод от загрязнения // В сб. «Методы биотестирования вод» Черноголовка. 1988. С. 4-14.
5. Юрии В.М. Электроальгологический способ контроля загрязнения природных вод // В сб. «Методы бионндикацин и биотестировання природных вод» Л.: Гид-рометиздат. 1987. С. 63-70.
6. Юрин В.М., Гончарик М.Н., Галактионов СТ. Перенос ионов через мембраны растительных клеток. Минск: Наука и техника. 1977. 160 с.
7. Юрин В.М., Иванченко В.М., Галактионов С.Г. Регуляция функций мембран растительных клеток. Минск: Наука и техника. 1979. 200 с.
8. Абадовская Л.Э. Механизмы модификации транспортных совйств плазмалеммы клеток водорослей некоторыми ксенобиотиками. Дисс. ...канд. биол. наук. Тбилиси. 1988.
9. Стом Д.И. Фитотоксичносгь и механизмы детоксикацни фенолов водными растениями. Автореф. дисс. ... докт. биол. наук. Киев. 1982.
10. WongP.T., Спал Y.K., Luxon P.L. Toxicity of a mixture of metals on
freshwater algae //J. Fish. Res. Board. Canad. 1978. V. 35. P. 479-481.
11. Корте Φ., Бахадир Μ. и др. Экологическая химия. М.: Мир. 1997. 396 с.
12. Патин С.А. Влияние загрязнения на биологические ресурсы и продуктивность мирового океана. М.Пищевая промышленность.1979.304с.