Электронный научный журнал
Международный студенческий научный вестник
ISSN 2409-529X

ВЛИЯНИЕ НАНОЧАСТИЦ МЕДИ НА АКТИВНОСТЬ АНТИОКСИДАНТНЫХ ФЕРМЕНТОВ ЧЕРВЯ РОДА EISENIA FETIDA

Гончарова М.В. 1
1 Оренбургский государственный университет
В статье рассматривается влияния различных дозировок наночастиц меди на активность антиоксидантных ферментов- каталаза, глутатионпероксидаза. Так же описывается накопление малонового альдегида в черве. Дождевые черви составляют важную группу почвенных организмов с точки зрения биомассы для поддержания структуры почвы и плодородия. Изучению токсичности металлов для дождевых червей, в частности в наноформе уделяется мало внимания по сравнению с другими тяжелыми металлами. Роль дождевых червей в разложении органического вещества и отходов определяет их использование в качестве индикаторных организмов. Проведение экотоксикологических исследованиях на дождевом черве относительно проста, что облегчает измерение параметров жизненного цикла, а также определение степени накопления и выведение загрязняющих веществ и оценке биохимических реакций.
антиоксидантные ферменты
дождевые черви
экотоксикологическое исследование
1 Beyer W.N. Relations of pH and other soil variables to concentrations of Pb, Cu, Zn, Cd and Se in earthworms / W.N. Beyer, G. Hensler, J. Moore // Pedobiologia. – 1987. – V. 30. – P. 167–172.
2 Toxicological and biochemical responses of the earthworm Lumbricusrubellusto pyrene, a non-carcinogenic polycyclic aromatic hydrocarbon / P.J. Brown [et al.] // Chemosphere. – 2004. – V. 57. – P. 165–168.
3 Cu and Cd effects on the earth worm Lumbricus rubellus in the laboratory: multivariate statistical analysis of relationships between exposure, biomarkers, and ecologically relevant parameters / M.G. Burgos [et al.] // Environmental 19. Science and Technology. – 2005. – V. 39. – P. 175–176.
4 Chelikani P. Diversity of structures and properties among catalasesм / P. Chelikani, I. Fita // Loewen : Cell Mol Life, 2004. – 192–208 p.
5 Conder J.M. Evaluation of surrogate measures of cadmium, lead, and zinc bioavailability to Eisenia fetida / J.M. Conder, R.P. Lanno // Chemosphere. – 2000. – V. 41. – P. 165–168.

Дождевые черви составляют важную группу почвенных организмов с точки зрения биомассы для поддержания структуры почвы и плодородия. Дождевые черви были отобраны на основе их экологической значимости. Они поглощают большое количество грунта, и они постоянно подвергаются воздействию загрязняющих веществ путем прямого кожного контакта с химическими веществами в почвенном растворе и почвенной атмосферы.

Активность наночастиц и взаимодействие их с почвой может значительно измениться за счет агрегации, освобождение иона металла, окисления и сорбции компонентов в почву, среди других процессов; что в свою очередь может изменить токсичность наночастиц. Накопление металлов при высоких концентрациях могут нарушить почвенные экосистему путем воздействия на население и деятельность почвенных организмов [1].

Таким образом, эксперименты, проведенные с использованием естественных почв важны для изучения токсичности, так как более реалистично напоминают условия окружающей среды. В тоже время многие исследования были проведены с ограниченным числом параметров, что не позволяет получить знания о потенциальных долгосрочных эффектах воздействия различных форм металлов на почву и почвенные организмы.

В этом исследовании, дождевые черви (Eisenia fetida) подвергались воздействию наночастиц Zn в различных концентрациях, на естественном грунте с целью оценить потенциальные острые и долгосрочные последствия воздействия. Были протестированы концентрации 50, 100, 200, 400 мг/кг сухого грунта на рост, биодоступность, активность ферментов. А также были оценены физико-химические показатели почв [2].

В исследованиях использовали наночастицы, приобретенные в Advanced powder technologies LLC (Россия, г. Томск) и OOO «Plasmotherm». Наночастицы получены методом электрического взрыва проводника в атмосфере аргона.

В исследованиях использовались черви Eisenia fetida культивируемые в питомнике Лаборатории агроэкологии техногенных наноматериалов Всероссийского НИИ мясного скотоводства Россельхозакадемии, Оренбург, Россия, приобретенные в ООО «БиОЭра-Пенза», г. Пенза. Червей выращивали в конском навозе без каких-либо лекарственных препаратов при 22 ± 2 °С.

Отобранные для исследования половозрелые черви массой 300-400 мг акклиматизировались течении 7 суток на чистой почве при постоянной температуре 22 °С.

Определение активности антиоксидантных ферментов в Eisenia fetida проводили следующим образом: после очищения пищеварительного тракта ткани червей были гомогенизированы на гомогенизаторе тканей TissueLyser LT, QIAGEN (QIAGEN, Германия). Полученный гомогенат центрифугировали 10 мин при 15000 об/мин. Полученный супернатант разбавляли буферной смесью до 10 % гомогената.

В гомогенате тканей червя определяли содержание продуктов перекисного окисления липидов – малонового диальдегида (МДА), а также активность ключевых звеньев системы антиоксидантной защиты – каталазы и супероксиддисмутазы на автоматическом биохимическом анализаторе СS-T240 («Dirui Industrial Co., Ltd», Китай) с использованием коммерческих биохимических наборов Randox (США). Для этого готовились вытяжки путем гомогенизации в буферной (Tris 50 ммоль / л, DTT 1,0 ммоль / л, EDTA 1,0 ммоль/л, сахароза 250 ммоль/л, рН 7,5), которую добавляли в соотношении 1:9.

Определение уровня ферментов осуществлялось на полуавтоматическом биохимическом анализаторе Stat fax 1904 Plus (производитель – Awareness Technology Inc, США) с использованием коммерческих наборов фирмы Randox (США).

Дождевые черви перерабатывают большое количество почвы, и поэтому постоянно находятся под воздействием веществ адсорбированных на твердых частицах почвы. Важным звеном в определении безопасных уровней металлов и других загрязнителей в почве являются дождевые черви, они наиболее чувствительны к загрезнению металлами, чем другие почвенные беспозвоночные [3].

Высокая информативность данной модели определяется биологическими особенностями дождевого червя. Загрязняющие вещества проникают в организм животного различными способами, так как кожа очень проницаема для воды она представляет собой основной путь поглощения веществ, тесть загрязняющие вещества попадают с водой.

В почве в большом количестве находится цинк и медь, и дождевые черви терпят высокие концентрации этих металлов и накапливают их, что выражается в их способности в поглощении и обороте этих тяжелых металлов.

При оценивании потенциальной опасности различных веществ, которые загрязняют окружающую среду, для почвенных экосистем используют острые тесты и хронические тесты на дождевом черве в различных субстратах. Это помогает оценить качественные и количественные данные при воздействии вредных химических веществ и соединений на почвенные организмы и в частности на дождевых червей [4].

Способность Eisenia fetida накапливать металлы или органические загрязнения лежит в основе влияния ксенобиотиков на характер эндогенного метаболизма и системы оперативного использования антиоксидантной системы, которая интересна для изучения в качестве биомаркера [2].

На 28 сутки экспозиции под действием наночастиц меди развитие оксидативного стресса выражалось в тотальном увеличение уровня прооксидантных ферментов. Максимальный уровень малонового диальдегида (МДА), как маркера перекисного окисления липидов, был установлен при дозе НЧ 400 мг/кг, с разницей с контролем – 62,7 %. При низких и средних концентрациях (50-200 мг/кг) активность МДА была в диапазоне 24-55 % относительно контрольных значений.

В ходе оценки антиоксидантного статуса активность ферментов антиоксидантной защиты – супероксиддисмутазы и каталазы установлено, что под действием НЧ Cu, незначительное увеличение СОД наблюдалось при концентрациях 50 и 100 мг/кг, с последующим снижением при дозе 200 и 400 мг/кг на 13 и 22 % соответственно. Тогда как активность КАТ имела высокий уровень активности при низких и средних дозах НЧ. Увеличение нагрузки до 400 мг/кг приводит к ингибиции ферментативных реакций, что проявилось в снижении ее активности на 16 % относительно контрольных значений. В этой связи можно предположить, что на фоне усиления уровня работы антиоксидантной защиты организм червя способен выдерживать нагрузку НЧ цинка до 200 мг/кг, тогда как при увеличении дозы до 400 мг/кг происходит напряжение адаптационных механизмов, что проявляется в снижении активности антиоксидантных ферментов.

Значения биокоммуляции зависели от уровня наночастиц почвенном субстрате. Максимальный уровень биоаккумуляции меди 16,03 установлен при при дозе 100 мг/кг, тогда как при средних (200 мг/кг) и высоких (400 мг/кг) концентрациях его показатель снижается до 2,83 и 2,57 соответственно. Больше того значения биоаккумуляции показывают отношение между содержанием металла в черве и его содержанием в почве, т.е. зависит от способности отдачи ионов металла в почвенный субстрат.

На фоне различного уровня биокуммуляции, степень поглощения и скорость накопления металла в организм червя увеличивались в зависимости от величины дозовой нагрузки на почвенный субстрат. В частности при нулевом воздействии показатель скорости накопления соответствовал значению 0,63 мг/кг/сут, а показатель степени поглощения соответствовал значению 0,53 мг/ %, тогда как с увеличением концентрации до 400 мг/кг скорость накопления и степень поглощения меди была на 83,0 % и 83,8 % больше чем в контроле.

Таким образом, наибольшее значение биоаккумуляции установлено при дозе наночастиц – 100 мг/кг, тогда как значения степени поглощения и скорости накопления возрастали линейно с увеличением нагрузки на почвенный субстрат.


Библиографическая ссылка

Гончарова М.В. ВЛИЯНИЕ НАНОЧАСТИЦ МЕДИ НА АКТИВНОСТЬ АНТИОКСИДАНТНЫХ ФЕРМЕНТОВ ЧЕРВЯ РОДА EISENIA FETIDA // Международный студенческий научный вестник. – 2017. – № 4-4.;
URL: http://eduherald.ru/ru/article/view?id=17403 (дата обращения: 10.08.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074