ОСОБЛИВОСТІ БУДОВИ МІКРОВОДОРОСТЕЙ, ЯКІ ОБУМОВЛЮЮТЬ ЇХ ВИЖИВАННЯ В ПРИСУТНОСТІ ПАР

Проведена оцінка стійкості виживання клітин різних видів водоростей в присутності КПАР свідчить, що відміни в цьому процесі реєструються не лише на рівні систематичних відділів, але й в межах близьких видів. Навіть в присутності найбільш негативно діючого КПАР в різних дослідах виживали окремі види водоростей. Наприклад, в дослідах з катаміном серед 21 виду виявлених у фоновій воді водоростей планктону 6 видів виявились стійкими до впливу КПАР, як стрес-фактора й продовжували вегетацію, 4 види характеризувались меншою стійкістю, оскільки виживали не при всіх концентраціях. Серед резистентних видів 6 мікроводоростей належали до Bacillariophyta (представники рр. Asterionella, Cyclotella, Stephanodiscus, Melosira, Synedra), 2 – до Сhlorophyta (представники рр. Scenedesmus, Micractinium), 1 – до Dinophyta (Glenodinium quadridens Klebs).

В присутності АПАР з 17 знайдених у природній воді видів виживало 14. З них 7 були відмічені при розгляді дії КПАР. З незгаданих раніше представників фітопланктону необхідно назвати Ankistrodesmus angustus Bern. sensu Korsch., Didymocystis lineata Korsch., Tetrastrum staurogeniaeforme (Schrod.) Lemm., Coelastrum sphaericum Nag., 2 представників р. Pediastrum Meyen. (P. boryanum (Turp.), P. simplex Meyen.), Anabaena flos-aquae (Lyngb.) Breb.

При контакті з різними типами НПАР з 18 представлених у вихідній воді видів не виживало 4 (22,2%), а саме Aphanizomenon flos-aquae (L.) Ralfs., Asterionella formosa Hass., Stephanodiscus subtilis, Pediasrum simplex Meyen.

З’ясовуючи причини різної стійкості водоростей планктону до впливу ПАР, ми проводили порівняльний аналіз морфологічних особливостей будови клітин, трихом, колоній та ценобіїв організмів, їхніх клітинних оболонок, а також визначали процес формування шару екзогенних слизових полісахаридів. З метою ілюстрації особливостей пристосувань водоростей до виживання в різних умовах цей розділ роботи ілюстровано 26 мікрофотографіями, виконаних як автором дисертації, так й люб’язно наданих для обговорення та порівняння результатів професором Дж.Ландом (Великобританія), професором Ф.Хіндаком (Словаччина), а також взяті з відповідних джерел літератури (Царенко, 1990). Унікальні кольорові мікрофотографії різних видів водоростей дозволили повніше пояснити одержані нами результати дослідів. При цьому важливо відмітити, що практично усі види водоростей, що виживали у воді після контакту з різними стрес-факторами з числа СПАР, широко представлені не лише в Україні, але й віднесені до видів-космополітів у складі альгофлори Білорусі (Михеева, 1999).

Підводячи підсумки представленим матеріалам, можна виділити наступні основні адаптаційні пристосування водоростей до виживання в несприятливих умовах навколишнього середовища, в тому числі й в присутності у воді різних типів СПАР. По-перше, важливу роль у формуванні стійкості й виживання мікроводоростей відіграють загострені вирости клітинних оболонок, які виступаючи над поверхнею клітин першими реагують з ПАР й осаджують їх міцели на функціонально менш важливих частинах клітини.

По друге, не менш істотну роль відіграють також екзогенні слизові полісахариди, що мають величезну адсорбційну поверхню й здатність до іонообмінних реакцій. Не виключено, що у кращому виживанні діатомових водоростей в забрудненому СПАР середовищі відіграє важливе значення й фактор іммобілізації біоорганічних сполук на їх кремнеземних скелетах.

По-третє, особливий інтерес становить й та обставина, що планктонні водорості несуть на своїй поверхні електричний заряд з відповідною густиною – електрокінетичний потенціал (z-потенціал). При взаємодії клітин водоростей з ПАР відбувається електрокінетична реакція їх від’ємно зарядженої поверхні з позитивно зарядженими іонами, в першу чергу, катіонактивних ПАР. Кількість позитивно заряджених іонів, необхідних для нейтралізації одиниці площі поверхні водорості, залежить від щільності заряду.

Одним із шляхів формування стійкості мікроводоростей до впливу ПАР можуть бути розробка та вдосконалення методик отримання генетично трансформованих клітин. Одержані нами мутантні клітини штаму Anabaena PCC 7120 відрізнялись за забарвленням, вмістом хлорофілу а, розмірами плівок “обростань”, характером їх росту, стійкістю по відношенню до використаним для очистки антибіотикам (еритроміцин, неоміцин). В присутності антибіотиків водорості характеризувались більш високими рівнями мінімальних (129,7 проти 116,4 мкг/л для еритроміцину) середніх (148,6 проти 137,1 мкг/л) та максимальних (186,4 проти 164,2 мкг/л) показників вмісту хлорофілу а в порівнянні з вихідним штамом. Темпи приросту хлорофілу а в мутантах, очищених еритроміцином, поступалися отриманим з використанням неоміцину. Концентрація біомаси в порівнянні з вихідною в культурі з еритроміцином збільшувалась в 4,1-5,3 рази, а в культурі з неоміцином – у 3,6-4,2 рази. Суттєвою морфологічною відміною мутантів від вихідного штаму можна вказати лише відсутність гетероцист та спор у трихомах. Серед отриманих генетично трансформованих клітин нами були виділені форми, стійкі до впливу катаміну (КПАР) в концентраціях 0,1-5 мг/л і навіть до 10 мг/л. Можна передбачати, що отримані культури Anabaena, що мають більш високі можливості до виживання можуть бути застосовані як в системах очистки стічних вод, так й для альгалізації забруднених ПАР грунтів.

ВПЛИВ СОНЯЧНОГО СВІТЛА НА ВЗАЄМОДІЮ ВОДОРОСТЕЙ

З ПОВЕРХНЕВО-АКТИВНИМИ РЕЧОВИНАМИ

Значення світла в житті фотосинтезуючих організмів загальновідоме. В останні роки значну увагу почали звертати на зміни розвитку водоростей в зв’язку із активностю Сонця (Чижевский, 1976; Акsyonov, 1993; Энергия, природа и климат, 1997; Евстафьева и др., 2002). Проведені дослідження свідчать (табл. 2), що при прозорості води межах 1,5-2,0 м й більше в роки активного Сонця (1994, 2001) інтенсивність розвитку фітопланктону на плесах Київського та Канівського водосховищ значно поступалася більшості річок, що в них впадали й характеризувалися меншою прозорістю води (0,55-0,85 м). Однією з причин цього феномену був процес фотовицвітання фотоситезуючих пігментів. Збільшення інтенсивності освітлення водної товщі в роки активного Сонця змінювало не лише рівень кількісного розвитку водоростей але й співвідношення домінуючих систематичних груп фітопланктону. Перевагу в процесах адаптації до цих умов мали еукаріотичні водорості, що фотосинтезували за участю хлорофілів a та b.

Таблиця 2.

Концентрація хлорофілу а у водоростях планктону Київського й Канівського водосховищ Дніпра та їх приток в роки активного Сонця (серпень)

Об’єкт дослідження | 1994 р. | 2001 р.

конц. хл. a, мг/м3 | DF | конц. хл. а, мг/м3 | DF

Київське водосховище | 6,1 ± 2,4

(n = 33) | 0,25 ± 0,03

(n = 47) | 5,1 ± 1,1

(n = 12) | 0,23 ± 0,02

(n = 36)

Верхній Дніпро (район Комарина) | 17,4 ± 4,3

(n = 4) | 0,51 ± 0,08

(n = 5) | 20,3 ± 3,1

(n = 4) | 0,57 ± 0,07

(n = 6)

р. Прип’ять | 11,0 ± 2,5

(n = 5) | 0,43 ± 0,11

(n = 16) | 12,1 ± 2,8

(n = 5) | 0,51 ± 0,08

(n = 9)

р. Тетерів | 33,6 ± 2,3

(n = 3) | 0,45 ± 0,09

(n = 13) | 19,6 ± 2,9

(n = 7) | 0,40 ± 0,12

(n = 8)

р. Ірпінь | 22,2 ± 1,3

(n = 4) | 0,52 ± 0,09

(n = 7) | 18,5 ± 2,9

(n = 4) | 0,52 ± 0,04

(n = 6)

Канівське водосховище | 14,6 ± 2,5

(n = 38) | 0,30 ± 0,03

(n = 16) | 7,4 ± 0,6

(n = 20) | 0,28 ± 0,03

(n = 28)

р. Десна | 15,9 ± 1,1

(n = 5) | 0,50 ± 0,09

(n = 16) | 15,3 ± 2,2

(n = 5) | 0,50 ± 0,07

(n = 6)

р. Козинка | 38,1 ± 3,4

(n = 3) | 0,37 ± 0,10

(n = 14) | 18,8 ± 1,7

(n = 4) | 0,39 ± 0,08

(n = 5)

р. Стугна | 9,0 ± 1,2

(n = 4) | 0,48 ± 0,08

(n = 5) | 11,0 ± 1,5

(n = 4) | 0,48 ± 0,08

(n = 5)

р. Бобровиця | 10,5 ± 1,3

(n = 4) | 0,35 ± 0,11

(n = 4) | 10,3 ± 0,9

(n = 5) | 0,43 ± 0,12

(n = 5)

р. Красна | 16,0 ± 0,9

(n = 3) | 0,65 ± 0,09

(n = 11) | 17,2 ± 1,4

(n = 4) | 0,54 ± 0,03

(n = 7)

На виживання водоростей в різних умовах освітлення істотно впливала також присутність у воді різноманітних ПАР, особливо КПАР. В присутності останнього в мікрокосмах, що знаходились на природному режимі сонячного освітлення зменшення кількості хлорофілу а на перших етапах їх експонування відбувалось більш інтенсивно, ніж при затіненні. Аналогічна реакція водоростей на режим освітлення зареєстрована й при адаптації до умов існування за характером приросту. Присутність КПАР у воді специфічно впливала на виживання й розвиток водоростей різних систематичних груп залежно від умов освітлення (рис. 7-9). Значно впливали на ріст та розвиток водоростей залежно від умов освітлення й АПАР та НПАР, а також альгінова кислота (табл. 3), яка виявила істотний альгіцидний ефект й проявила себе як регулятор фотосинтетичної активності водоростей.

Рис. 7. Зміни біомаси зелених водоростей в присутності ПАР залежно від режиму освітлення.

Рис. 8. Зміни біомаси діатомових водоростей в присутності ПАР залежно від режиму освітлення.

Рис. 9. Зміни біомаси синьозелених водоростей в присутності ПАР залежно від режиму освітлення.

Таблиця 3

Зміни ступеню життєздатності та потенційної фотосинтетичної активності водоростей в присутності ПАР залежно від режиму освітлення

Варіанти досліду | Chlorophyta | Bacillariophyta | Cyanophyta | Загальна

Вихідний показник DF | 0,28 ± 0,03 | 0,22 ± 0,02 | 0,18 ± 0,02 | 0,32 ± 0,03

Після 24 годин контакту з КПАР

1. Контроль (світло) | 0,19 ± 0,02 | 0,15 ± 0,02 | 0,15 ± 0,02 | 0,20 ± 0,04

2. Контроль (тінь) | 0,38 ± 0,04 | 0,29 ± 0,04 | 0,24 ± 0,03 | 0,42 ± 0,02

3. + 3 ГДК АПАР (світло) | 0,18 ± 0,02 | 0,17 ± 0,01 | 0,14 ± 0,03 | 0,31 ± 0,06

4. + 3 ГДК АПАР (тінь) | 0,22 ± 0,02 | 0,18 ± 0,06 | 0,16 ± 0,03 | 0,27 ± 0,03

5. + 3 ГДК НПАР (світло) | 0,26 ± 0,03 | 0,22 ± 0,02 | 0,16 ± 0,02 | 0,22 ± 0,03

6. + 3 ГДК НПАР (тінь) | 0,31 ± 0,01 | 0,24 ± 0,0 | 0,23 ± 0,0 | 0,40 ± 0,02

7. Альгінова к-та (світло) | 0,22 ± 0,07 | 0,15 ± 0,04 | 0,14 ± 0,03 | 0,21 ± 0,04

8. Альгінова к-та (тінь) | 0,32 ± 0,02 | 0,22 ± 0,02 | 0,24 ± 0,0 | 0,36 ± 0,01

Вивчення процесів фотовицвітання хлорофілів водоростей під впливом світла за швидкістю процесу, кількісним вмістом та змінами потенційної фотосинтетичної активності клітин, свідчить (рис. 10) про різну чутливість пігментних комплексів в присутності КПАР.

Рис. 10. Швидкість фотовицвітання пігментів у одноклітинних водоростей в присутності КПАР

Доведено, що фотовицвітання пігментів водоростей – це складний багатофункціональний процес реакції на світлове збудження хлорофілу й функціонування багатьох метаболічних ланцюгів клітини. В першу чергу, воно стосується міцності зв’язку хлорофіл-ліпідного комплексу, як передумови нормальної роботи хлорофілів в процесі фотосинтезу, що доведено нами раніше (Липницкая, Паршикова, 1992). Внаслідок цього не виключена поява похідних фосфатидилхоліну, який здатний активізувати в 10-12 разів 5-ліпоксигеназу, а отже подальше окиснення ліпідних компонентів й вивільнення хлорофілу а, який інтенсивно флуоресціює разом з фікоціаніном С особливо у синьозелених водоростей.

Отже, рослинні клітини різного систематичного положення в процесі еволюції створили ряд захисних бар’єрів, які допомагають їм виживати в мінливих й далеко не завжди сприятливих умовах довкілля. Є підстави вважати, що зменшення міцності зв’язку хлорофіл-білково-ліпідного комплексу клітини в умовах високого рівня світлового опромінення також можна розглядати як адаптацію до виживання. Звільнений хлорофіл за рахунок збудження сильно флуоресціює, випромінюючи частину енергії, яка б могла викликати надмірне перезбудження пігментів, посилення фотолізу води, нагромадження зайвого кисню в клітинах, виникнення вільнорадикальних процесів й подальшого пероксидного окиснення ліпідів та інших компонентів клітин. Шкода від цих процесів для життєдіяльності клітин була б значно більшою, ніж видалення назовні зайвої енергії збудженого світлом хлорофілу.

БІОПРОДУКТИВНІСТЬ ТА ФІЗІОЛОГІЧНИЙ СТАН МІКРОВОДОРОСТЕЙ ЗА УМОВИ ДІЇ ПОВЕРХНЕВО-АКТИВНИХ СПОЛУК (Узагальнення)

Аналіз фактичних даних з фізіології мікроскопічних водоростей, а саме структурних характеристик, особливостей водного режиму, фотосинтезу, росту й розвитку, стійкості до стрес-фактору (на прикладі ПАР) свідчить, що характер адаптаційних реакцій, швидкість їх прояву та глибина деструктивних змін відрізняються у здатних до активного руху й нерухомих клітин (рис. 11).

При контакті з міцелами ПАР підвищується проникність біологічних мембран, що обумовлює їх набрякання й подальше руйнування клітинних структур. Швидкість прояву деструктивних змін залежить від хімічної природи ПАР (для катіонактивних процес відбувається дуже швидко, для аніонактивних й неіоногенних повільніше). В обох випадках масштаби негативності наслідків залежить від концентрації діючої ПАР й тривалості контакту. Наприклад, збільшення об’єму та площі поверхні клітин при концентрації КПАР в межах ГДК досягає від 2 до 30 раз, для АПАР – 2-4 рази, для НПАР – 2-2,5 рази. Активно рухливі клітини при внесенні в середовище ПАР, різко підвищуючи швидкість руху (на 30-40%) та змінюючи його напрям уникають контакту з міцелами ПАР, концентруючись в шарах чистої від них води.

Одержані дані пояснюють факт підвищення індексу сапробності у здатних для руху клітин водоростей. Рухлива клітина завдяки наявності відповідних фото- та хеморецепторів “відчуває” гетерогенність природної води. Як відомо (Massalski, 2002), вода насичена колоїдними мікрофібрилами біологічного походження, між якими є, прошарки води без них. При відборі останньої для відповідного гідрохімічного аналізу ми беремо незрівнянно більший її об’єм в порівнянні з тим, який оточує мікроскопічну клітину. Це й дає нам підставу відносити подібні організми до форм з високим рівнем сапробності й здатних виживати в забрудненому середовищі.

При відсутності можливості уникнути контакту з ПАР, особливо за дії високих концентрацій, виникають суттєві пошкодження життєво важливих органел фотосинтезуючих клітин. Найсуттєвіші деструктивні зміни спостерігаються у хлоропластів, наслідком чого є зменшення вмісту хлорофілу а та падіння фотосинтетичної активності. Важливо відмітити, що одночасно спостерігається помітне підвищення синтетичної активності апарату Гольджі, яке можна розглядати як прояв однієї із захисних реакцій клітини.

Під впливом ПАР найпомітніші зміни встановлені в ступені гідратації внутрішньоклітинних структур й співвідношення вільної та зв’язаної води. На нашу думку, це є наслідком посиленої вакуолізації клітин під впливом ПАР.

Нездатні до активного руху клітини водоростей відповідають на контакт з ПАР більш швидкими змінами проникності мембран з комплексом подальших негативних змін у структурно-функціональних показниках. Під впливом ПАР у них також змінюється гідратація внутрішньоклітинних структур, співвідношення форм вільної та зв’язаної води, зменшується вміст хлорофілів, активізуються процеси їх фотовицвітання й падіння потенціальної фотосинтетичної активності.

Важливо відмітити, що наявність ПАР у воді підвищує токсичність інших хімічних сполук. Це було доведено нами для важких металів зі змінною валентністю (на прикладі Cr6+).

Негативну реакцію на присутність ПАР у воді виявляють й природні популяції водоростей, особливо в умовах високого рівня освітленості водної товщі. Це можна пояснити тим, що світло змінює поляризацію біологічних мембран й підвищує їх чутливість до дії ПАР.

В процесі еволюції у фотосинтезуючих клітин водоростей сформувався ряд захисних пристосувань, до яких ми відносимо: утворення шару екзогенних полісахаридів, наявність загострених виростів клітинної оболонки, що осаджують міцели ПАР на менш життєво важливих частинах поверхні клітин, формування щільних багатоклітинних плівок та агрегатів. Ця здатність водоростей можливо, й була однією з перших спроб формування багатоклітинних організмів. Не виключено, на нашу думку, що ці “агрегати” прокаріотних фотосинтетиків передували утворенню водоростево-бактеріальних матів, які розглядають як пристосування до виживання в екстремальних умовах (Герасименко, 2001; Paerl et al., 2000).

Проведені нами дослідження показали, що для підвищення стійкості клітин водоростей до дії ПАР можуть бути використані генетично трансформовані клітини. Вдалося отримати стійкі клітини для Anabaena PCC 7120, підібрати для них оптимальне поживне середовище, режим освітлення, концентрації антибіотиків для підтримання аксенічності культур. Подальші роботи в цьому напрямку перспективні, враховуючи негативні зміни, які викликає попадання ПАР в оточуюче середовище.

ВИСНОВКИ

1. Хімічні речовини з поверхневою активністю як природного (альгінова, миристинова кислоти) так і синтетичного походження впливають не лише на якість природних вод, але й діють негативно на структурно-функціональні показники клітин водоростей внаслідок чого припиняється ріст, гальмується розвиток, зменшується біологічне різноманіття й фотосинтетична активність мікроводоростей, як основних першопродуцентів кисню й органічних речовин у водних екосистемах.

2. Проведена порівняльна оцінка стійкості до дії ПАР водоростей представників ряду систематичних відділів, які найчастіше зустрічаються в басейні Дніпра свідчить, що досліджені види можна розташувати в такій послідовності: Сhlorophyta + Euglenophyta > Bacillariophyta > Cyanophyta > Dinophyta > Chrysophyta .

Це дозволить підбирати найбільш ефективні за продуктивністю види водоростей для використання в іммобілізованих системах біологічної очистки стічних вод від ПАР, проводити попередню експрес-біоіндикацію та біотестування якості природних вод за ступенем забруднення їх ПАР.

3. Причиною виживання мікроводоростей в присутності ПАР та підвищення індексу сапробності у рухливих клітин водоростей є наявність чутливих рецепторів негативного хемотаксису. Це дозволяє організмам істотно збільшувати швидкість та енергетику руху, змінювати його напрям й переходити на ділянки з більш чистою водою.

4. До комплексу еволюційних адаптацій клітин мікроскопічних водоростей можна віднести: здатність до руху (для джгутикових), а також форм, що ковзають по субстрату, здійснюють осциляційні коливання та “стрибки” (наприклад, Oscilatoriales, деякі види р. Anabaena); утворення кулеподібних формувань трихомів, покритих зовні шаром слизу (у представників рр. Phormidium, Nostoc); наявність загострених виростів клітинної оболонки, що осаджують міцели ПАР на менш життєво важливих частинах поверхні клітин (зелених водоростей з рр. Scenedesmus, Ankistrodesmus, Micractinium, Cosmarium та інші, у діатомових з р. Asterionella, Cyclotella, Stephanodiscus тощо); формування щільних багатоклітинних плівок та агрегатів в моно клітинних суспензіях мікроводоростей.

5. Встановлено значення негативного електрокінетичного заряду поверхні клітин (z-потенціал). Він посилює контакт клітин з ПАР й мембранотропну активність останніх як фактора поляризації й руйнування біологічних мембран, інших структур клітин, обумовлюючи їхню вакуолізацію (до 50% об’єму клітини).

6. Внаслідок дії ПАР в клітинах підсилюється синтетична активність апарату Гольджі, знижується електронна щільність піреноїду. Серед органел найбільші деструктивні зміни відмічені у хлоропластів: злипання фотосинтетичних мембран, підвищення звивистості тилакоїдів та їх розбухання.

7. Доведено, що основні шляхи порушення функціональної активності клітин водоростей зумовлені прямим та опосередкованим впливом ПАР на життєдіяльність нативних клітин. Пряма дія ПАР змінює ступінь гідратації клітинних структур, форми води, а також стійкість хлорофілу до фотовицвітання. Саме ці функціональні показники можуть бути експрес-маркерами ступеню негативного впливу ПАР на життєдіяльність водоростей.

8. Опосередкований вплив різноманітних ПАР на життєдіяльність мікроводоростей (на прикладі Cr6+) пов’язаний із взаємодією КПАР з металами, які мають змінну валентність. Внаслідок цього токсичність впливу металу на життєдіяльність водоростей посилюється.

9. Характер біоіндикаційних реакцій та ступінь негативного впливу на структурно-функціональні показники клітин водоростей (біологічні мембрани, хлоропласти, ядра тощо) дозволили розташувати ПАР в такій послідовності: КПАР (катамін, етоній) > АПАР (лаурилсульфат, сульфанол) > природні ПАР > НПАР (синтамід, превоцел Е, стеарокс 6).

10. Ефективним засобом підвищення стійкості нативних клітин водоростей до ПАР може бути мутагенез. Доведено, що ГТК одержані за рахунок перенесення плазмід Escherichia coli збільшують свою стійкість до дії ПАР і становлять перспективу для використання в системах нейтралізації останніх.

11. Визначені оптимальні умови інтенсивного вирощування ГТК (компоненти поживного середовища, освітлення, температури, концентрації антибіотиків для аксенічних культур).

12. Одержані нові дані щодо механізмів фотовицвітання пігментів в клітинах водоростей різних відділів й показана роль в цьому процесі інтенсивності освітлення. Фотовицвітання пігментів посилюється в нативних клітинах при інтенсивності сонячного світла від 10 до 132 Вт/м2.

Список праць, опублікованих за темою дисертації

1. Мусієнко М.М., Паршикова Т.В., Славний П.С. Спектрофотометричні методи в практиці фізіології, біохімії та екології рослин.- К.: Фітосоціоцентр, 2001.- 200 с.

2. Пономаренко С.П., Паршикова Т.В. Использование лазерной корреляционно-допплеровской спектрометрии для экспресс-оценки эффективности стимуляторов роста водорослей // Альгология.- 2001. Т. 11, N 4.- С. 495-501.

3. Паршикова Т.В. Опыт получения мутантов Anabaena штамм РСС 7120 (Cyanophyta), устойчивых к действию поверхностно-активных веществ // Альгология.- 2002. Т. 12, N 4.- С. 399-406.

4. Паршикова Т.В., Веселовский В.А., Веселова Т.А., Дмитриева А.Г. Влияние ПАВ на функционирование фотосинтетического аппарата хлореллы // Альгология.- 1994.- Т. 4, N 1.- С. 38-46.

5. Parshikova T. Changes in Content, Correlation of Fatty Acids and State of Chlorophyll-Protein-Lipid Complex of Native Algae Cells in the Presence of Surfactants // Advances in plant lipid research.- Sevilla: Universidad de Sevilla, 1998.- P. 564-567.

6. Паршикова Т.В. Вплив поверхнево-активних речовин на життєдіяльність планктонних водоростей // Вісник Київського університету імені Тараса Шевченка. Серія “Біологія”.- 1999.- В. 29.- С. 39-40.

7. Паршикова Т.В. Забруднення природних вод ПАР й можливості його біоіндикації // Науковий вісник Українського державного лісотехнічного університету.- 1999.- В. 9.7.- С. 135-140.

8. Паршикова Т.В. Взаємозв’язок рухливості мікроводоростей та резистентності їх клітин до дії хімічних факторів // Український бот. журнал.- 2000.- Т. 57, N 6.- С. 658-663.

9. Липницкая Г.П., Паршикова Т.В. Изменение прочности связи хлорофилл-белково-липидного комплекса водорослей под влиянием поверхностно-активных веществ // Гидробиологический журн.- 1992.- Т. 28, N 6.- С. 60-67.

10. Бутович И.А., Паршикова Т.В., Бабенко В.М., Ливарчук Л.В., Харченко О.В., Кухарь В.П. Регуляторная роль фосфолипидов в реакции окисления линолевой кислоты 5-липоксигеназой // Биологические мембраны (РАН).- 1992.- Т. 9, N 6.- С. 611-616.

11. Паршикова Т.В. Вплив поверхнево-активних речовин хімічної природи на склад та співвідношення жирних кислот Microcystis aeruginosa Kurz. em. Elenk. // Вісник Київського університету імені Тараса Шевченка. Серія “Біологія”.- 2002.- В. 37.- С. 116-121.

12. Паршикова Т.В., Сіренко Л.Я., Третяков О.Л. Розвиток фітопланктону у водосховищах та притоках Дніпра в роки високої активності Сонця // Український бот. журн.- 2002.- Т. 59, N 2.- С. 197-203.

13. Столєтня О.К., Паршикова Т.В., Вашека О.В. Порівняльна характеристика вмісту кофеїну у деяких вищих та нижчих рослин // Вісник Київського університету імені Тараса Шевченка. Серія “Біологія”.- 2002.- В. 36.- С. 43-47.

14. Kuritz T., Sirenko L., Parshikova T., Topchishvili L and Sass A Vedicinal Plant Remedies and Nutraceuticales from Ukraine and Georgia // HerbalGram.- 2001.- N 51.- P. 48-54.

15. Паршикова Т.В., Сиренко Л.А., Щеголева Т.Ю., Колесников В.Г. Экспресс-контроль роста и физиологического состояния микроводоростей // Альгология.- 2001.- Т. 11, N 3.- С. 403-413.

16. Могилевич Т.В, Паршикова Т.В., Бабенко В.А., Огий С.А., Кухарь В.П., Бутович И.А. Активация окисления линолевой кислоты 5-липоксигеназой из ячменя под влиянием фосфотидилинозита // Доповіді НАН України.- 1996.- N 7.- С. 120-124.

17. Паршикова Т.В. Влияние ПАВ на рост, размножение и функциональную активность водорослей в культурах и природных популяциях //Эколого-физиологические исследования водорослей и их значение для оценки состояния природных вод.- Ярославль: Российская Экологическая Академия, Верхневолжское отделение, Институт биологии внутренних вод им. И.Д.Папанина РАН.- 1996.- С. 161-163.

18. Паршикова Т.В., Могилевич Т.В., Огий С.А., Бутович И.А. Влияние 13-гидроксида линолевой кислоты на рост ячменя (Hordeum vulgare L.) // Физиология и биохимия культурных растений.- 1997.- Т. 29, N 6.- С. 436-441.

19. Паршикова Т.В. Использование люминесцентного анализа для изучения семян рода Gagea Salib. // Интродукция и акклиматизация растений.- 1988.- N 9.- С. 31-34.

20. Паршикова Т.В. Влияние синтетических моющих средств на размерные характеристики и функциональную активность синезеленой водоросли Microcystis aeruginosa Kutz. em. Elenk. // Использование сточных вод коксохимической промышленности на земледельческих полях орошения.- Москва: Министерство мелиорации и водного хозяйства СССР, Всесоюзный НИИ гидротехники и мелиорации им. А.Н. Костякова.- 1989.- С. 106-110.

21. Сиренко Л.А., Паршикова Т.В. Влияние ацидификации среды на жизнедеятельность водорослей // Альгология.- 1993.- Т. 3, N 2.- С. 3-18.

22. Сіренко Л.Я., Паршикова Т.В. Фізіологія водоростей на межі тисячоліть: короткий історичний нарис, основні досягнення, перспективи розвитку на Україні // Фізіологія рослин в Україні на межі тисячоліть.- К.: Фітосоціоцентр, 2001.- С. 303-318.

23. Cпосіб одержання хлорофіло-каротинової пасти з репараційно-регенеративними властивостями: Патент України N 96010114 від 11.01.1996 / Л.Я.Сіренко, О.Й.Сакевич, Н.І.Кірпенко, Ю.О.Кірпенко, В.В.Бадзюк, Т.В.Паршикова.- Заявлено 11.01.96; Опубл. 25.04.97, Бюл. N 12.- 3 с.

24. Штам синьозелених водоростей Oscillatoria neglecta Lemm. – продуцент біологічно активних речовин з антибластомними та антимікробними властивостями: Патент України N 94043418 від 20.09.1999 р. / Л.Я.Сіренко, Ю.О.Кірпенко, Н.І.Кірпенко, О.В.Романенко, В.М.Панфьоров, Т.В.Паршикова; Заявлено 05.04.1994; Опубл. 15.09.2000, Бюл. N 4.- 5 с.

Матеріали та тези конференцій

25. Parshikova T. Effect of surfactants on the Cyanobacteria // Abstract of VIII Intern. Symp. on Phototrophic Prokaryotes.- Urbino (Italy).- 1994.- P. 106.

26. Parshikova T. An Experience of Directed Regulation of Microalgae Biomass Compositions as Valuable Pharmacological Raw Material // Pharmacological Research. Italian Pharmacological Society.- Italy: Academic Press.- 1995.- P. 382.

27. Parshikova T. Plant Growth Stimulators in Fugates of Industrial Cultures of Green Microalgae // Proc. Of Progress in Plant Sciences from Plant Breeding to Growth Regulation Conf.- Mosonmagyarovar (Hungary).- 1996.- P.201-206.

28. Musienko N. and Parshikova T. Using Algae for Surfactants Bioindicators // Proc. of 3rd International Symp. and Exhibition of Env. Contam. in Central and Eastern Europe.- Warsaw (Poland).- 1996.- P.35-37.

29. Parshikova T. The interaction of surfactants with living algae cells // Abstract of NATO ASI Conf. Bioavailability of organic xenobiotics in the environment.- Jesenic (Czech Republic).- 1997.- P. 74.

30. Паршикова Т.В. Вплив ПАР на життєдіяльність деяких видів водоростей та виділення з їх клітин органічних речовин // Матеріали 10 з’їзду Українського ботанічного товариства. – Полтава (Україна).-1997.- С. 72-73.

31. Паршикова Т.В. Подбор функциональных биотестов для контроля поверхностно-активных веществ в природных водах // Вода – проблемы и решения.- Днепропетровск: Гамалия.- 1998.- С.65-68.

32. Миронюк В.І., Паршикова Т.В. Експериментальна альгологія на Україні // Матеріали наукових читань, присвячених 100-річчю відкриття подвійного запліднення у покритонасінних рослин професором університету Св. Володимира С.Г.Навашиним.- К.: Фітосоціоцентр.- 1998.- С. 157-160.

33. Рarshikova T.V. Effect of surfactants on the growth and photosynthetic activity of algae // Abstract of 2nd Conf in Plant Sciences from Plant Breeding to Growth regulation. – Mosonmagyarovar (Hungary).- 1998.- P. 103.

34. Паршикова Т. Зміни морфофізіологічних й біохімічних показників у деяких видів водоростей під впливом хімічного забруднення // Матеріали міжнародної конф. Онтогенез рослин в природному та трансформованому середовищі.- Львів (Україна). -1998.- С. 227-229.

35. Parshikova T. Surfactants as a factor of reduction in phytoplankton photosynthetic activity // Abstract of IV International Symp. and Exhibition on Environ. Contam. in Central and Eastern Europe.- Warsaw (Poland).- 1998.- P. 142.

36. Savenkov S., Yushtin K., Parshikova T., Draga M. Study of procariotic and eucariotic microalgae cells with Mueller matrix polarimetry method // Proc. of International Society for Optical Engineering.- Chernivtsy (Ukraine).- 1999, Vol. 3904.- P. 562-566.

37. Паршикова Т.В. Сравнительная оценка чувствительности различных видов водорослей к действию катионактивного детергента и некоторых металлов // Тези 2 Міжнар. Конф. Актуальные проблемы современной альгологии.- Київ (Україна).- 1999.- С. 109-110.

38. Паршикова Т.В. ПАВ – стресс-фактор формирования продуктивности микроводорослей // Тезисы докл. IV съезда общества физиологов растений России.- Т. 1.- Москва.- 1999.- С. 436-437.

39. Паршикова Т.В., Сиренко Л.А. ПАВ в водоеме, их влияние на жизнедеятельность фитопланктона // Озерные экосистемы: биологические процессы, антропогенная трансформация, качество воды.- Минск-Нарочь.- 1999.- С. 344-351.

40. Паршикова Т.В., Щеголева Т.Ю., Колесников В.Г. Состояние воды в клетках водорослей и их функциональная активность в различных условиях // Тезисы докладов V Всероссийской конф. По водным растениям “Гидроботаника-2000”. – Борок (Россия).- 2000.- С.66-67.

41. Parshikova T., Ponomarenko S. Experience of using natural regulators of growth (emystime and ivine) for stimulation of microalgae growth in cultivation // Abstract of 4th European Workshop “Biotechnology of microalgae”.- Bergholz-Reihbrucke (Germany).- 2000.- P. 59.

42. Parshikova T. Sensitivity of Anabaena PCC 7120 mutant cells to surfactants // Abstract of 10th Intern. Symp. on Phototrophic Prokaryotes.- Barcelona (Spain).- 2000.- P. 148.

43. Parshikova T.V. and Musienko N.N. Surfactants as a factor of regulation for microalgae development // Abstract of V International Sym. and Exhibition on Environmental Cont. in Central and Eastern Europe.- Prague (Czech Republic).- 2000.- P. 156.

44. Parshikova T. Surfactant as a factor of regulation for microalgae development // CD – proc. of Fifth Intern. Sym. and exhibition on Environ. Contam. in Central and Eastern Europe.- Prague (Czech Republic).- 2000.- 5 p.

45. Parshikova T. Possible Methods for Elimination Surfactants Contamination of Water with Using of Microalgae // Innovative Approaches to the On-Site Assessment and Remediation of Contaminated Sites.- Prague (Czech Republic).- 2001.- P. 51-53.

46. Parshikova T. Using of Anabaena PCC 7120 mutant cells, resistant to surfactants // Abstracts of Intern. Conf. Microalgae and seaweed products in plant/soil systems.- Mosonmagyarovar (Hungary).- 2001.- P.41.

47. Паршикова Т.В., Мусієнко М.М. Мікроводорості, як перспективні продуценти цінних жирних кислот // Український біохімічний з’їзд.- Чернівці (Україна).- 2002.- С. 133.

48. Parshikova T., Shchegoleva T., Kolesnikov V., Dreval’N. The interrelation between photosynthetic activity of microalgae and state of water structuredness in cells // Abstracts of Inter. conf. “Photosynthesis and Crop Production”.- Kiev (Ukraine).- 2002.- P. 88.

49. Parshykova T. and Musienko N. Endogenic and exogenic interaction of microalgae lipis with surfactants in water environment // Abstracts of 15th Intern. Sym. on Plant Lipids.- Okazaki (Japan).- 2002.- P. 338.

АНОТАЦІЯ

Паршикова Т.В. Структурно-функціональні маркери адаптації мікроводоростей при дії поверхнево-активних речовин.- Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора біологічних наук зі спеціальності 03.00.12 – фізіологія рослин. – Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Київ, 2003.

Дисертація присвячена вивченню закономірностей взаємодії клітин мікроводоростей з різним типом фоточутливих систем із речовинами природного та синтетичного походження (ПАР), що у великих об’ємах попадають у водні екосистеми й внаслідок високої поверхневої активності негативно впливають на фотосинтезуючі організми. Об’єктом дослідження були природні популяції водоростей та цінні для промислового вирощування культури (представники родин Cyanophyta, Chlorophyta, Bacillariophyta, Rhodophyta), представлені як активно рухливими формами, так і організмами фітопланктону, що пасивно зависають у воді. Досліджені зміни під впливом ПАР структури (зміни цитоплазматичних мембран, стан хлоропластів, ядер, мітохондрій, вакуолей) та фізіології клітин (інтенсивність росту та розмноження, швидкість руху, енергетичний потенціал його здійснення, зміни об’ємів та площі поверхні внаслідок надходження води), особливості фотосинтезу, водного обміну та стійкості (динаміка вмісту хлорофілу а, потенційної фотосинтетичної активності, зміни стану води та гідратації внутрішньоклітинних структур, процеси фотовицвітання хлорофілу при опроміненні світлом, адаптаційні пристосування клітин до виживання в умовах контакту з ПАР). Вперше розшифровані основні механізми впливу на клітини мікроводоростей 9 видів ПАР різної хімічної природи (катіон-, аніонактивних, неіоногенних та природних). Одержані стійкі до КПАР мутанти Anabaena PCC 7120 й доведена перспектива мутагенезу в виживанні організмів. Дана порівняльна оцінка стійкості до дії ПАР представників основних систематичних відділів (Chlorophyta + Euglenophyta > Bacillariophyta > Cyanophyta > Dinophyta > Chrysophyta).

Встановлено, що стан гідратації внутрішньоклітинних структур (зміни кількості вільної та зв’язаної води) та режим освітлення є ключовими механізмами формування фотосинтетичної активності та рівня життєздатності клітин водоростей.

Ключові слова: водорості, поверхнево-активні речовини, генетично трансформовані клітини, фотосинтез, фотовицвітання клітин, рухливість, стійкість, водний обмін.

АННОТАЦИЯ

Паршикова Т.В. Структурно-функциональные маркеры адаптации микроводорослей к действию поверхностно-активных веществ. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора биологических наук по специальности 03.00.12 – физиология растений. – Киевский национальный университет имени Тараса Шевченко, Киев, 2003.

Работа посвящена изучению структурно-функциональных изменений в клетках и механизмов взаимодействия микроскопических водорослей, отличающихся по комплексу фоточувствительных пигментов, с поверхностно-активными веществами (ПАВ). Последние в больших объемах и широком ассортименте попадают в водные объекты и негативно влияют на формирование качества природных вод, но и на функциональную активность микроскопических водорослей. Объектом исследования были альгологически и аксенические культуры 17 видов промышленно ценных культур водорослей –представителей Сhlorophyta, Cyanophyta (Cyanobacteria), Rhodophyta, а также водоросли природных популяций из водных объектов бассейна Днепра. Изучались организмы, способные к активному движению и взвешенные в воде.

Впервые установлены изменения под влиянием ПАВ объемов и поверхности клеток, состояния и структуры хлоропластов, ядер, митохондрий, аппарата Гольджи. При контакте с ПАВ отмечена значительная вакуолизация клеток (вакуоли занимают до 50% объема), слияние тилакоидов, уменьшение электронной плотности пиреноида, отсутствие амилогенной зоны вокруг него, повышение активности аппарата Гольджи при повышении концентрации катионных ПАВ. С использованием метода лазерно-допплеровской спектроскопии показано, что с первых минут контакта тест-культуры Chlamydomonas reinhardtii Dang. с КПАВ (катамином) в концентрации 0,1-3,0 мг/л существенно ускоряется движение клеток и изменяется их энергетический потенциал. Этим объясняется формирование высокого индекса сапробности именно у подвижных форм, которые при контакте с ПАВ “включают” хеморецепторы отрицательного хемотаксиса и быстро уходят в зоны более чистой воды.

Впервые исследованы процессы фотовыцветания хлорофиллов прокариотических и эукариотических водорослей. Присутствие ПАВ в воде значительно усиливает эти процессы и угнетает фотосинтетическую активность водорослей тем больше, чем выше действующая концентрация и продолжительнее время контакта с действующим реагентом.

Для неразрушающего зондирования клеток микроскопических водорослей был впервые использован метод КВЧ-диэлектрометрии. Установлено, что состояние гидратации их внутриклеточных структур, обуславливающее изменения соотношения свободной и связанной воды, в совокупности с режимом освещения являются ключевыми механизмами уровня фотосинтетической активности и жизнедеятельности клеток водорослей.

Непрямое влияние ПАВ на клетки микроскопических водорослей связано с их взаимодействием с металлами, имеющими переменную валентность (на примере Cr6+) и проявляется в усилении токсичности для тест-культуры хлореллы.

Определены основные адаптационные приспособления клеток к выживанию в условиях контакта с ПАВ, связанные с их строением, интенсивностью образования экзогенных полисахаридов, наличием на поверхности негативного электрокинетического заряда клетки (z-потенциала).

Доказано, что эффективным фактором формирования устойчивости клеток к влиянию ПАВ может быть мутагенез (получение генетически трансформированных клеток водорослей за счет переноса плазмид Е. соli). Указанные мутанты получены, разработана технология их интенсивного культивирования и установлены пределы чувствительности к ПАВ.

Дана сравнительная оценка стойкости к действию ПАВ представителей основных систематических отделов (Chlorophyta + Euglenophyta > Bacillariophyta > Cyanophyta > Dinophyta > Chrysophyta). Впервые показано, что характер влияния ПАВ на жизнедеятельность фитопланктона зависит от интенсивности солнечной инсоляции, увеличение которой с 10 до 130 Вт/м2 усиливает негативное влияние на рост, развитие и фотосинтетическую активность водорослей тем сильнее, чем выше уровень освещенности. Негативная реакция водорослей на солнечное облучение регистрируется не только в поверхностно пленке воды (для водорослей нейстона), но и на глубине 0,1-0,2