close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Report

код для вставкиСкачать
“Порівняння цитогенетичної
та антимікротрубочкової
активності фітотоксичних
металів”
Мета роботи:
виявити можливі механізми
цитотоксичності Cd2+, Pb2+, Ni2+,
Al3+, Cu2+ та Zn2+ шляхом
порівняльного аналізу їхнього
впливу на хромосомний апарат
та мікротрубочкову частину
цитоскелету рослинної клітини
Основні завдання:
• визначити діапазони токсичних концентрацій для
кожного металу;
• дослідити антимітотичну активність іонів
металів у меристемних клітинах цибулі;
• дати порівняльну оцінку цитотоксичності Cd2+,
Pb2+, Ni2+, Al3+, Cu2+ і Zn2+ за допомогою Allium
тесту;
• виявити специфіку цитогенетичної дії іонів
металів у клітинах кореневої меристеми;
• виявити ефекти іонів металів на мікротрубочки
в клітинах кореневих апексів.
Cd2+
100
Pb2+
120
100
80
80
80
60
Ni2+
100
60
60
40
40
40
20
20
20
0
0
-6
-5
-4
120
-3
Al3+
100
80
0
-6
-5
-4
70
-3
Cu2+
60
50
20
0
-5
-4
-3
175
-3
Zn2+
150
75
20
50
10
25
0
-6
-4
100
30
40
-5
125
40
60
-6
0
-6
-5
-4
-3
-6
-5
-4
-3
Рис. 1. Графіки залежності відносного приросту коренів (%, по
вертикалі) від логарифму концентрації іонів металів (Lg С, по
горизонталі) у проростів цибулі після 24-годинної
експозиції з металами
Таблиця 1
Ефективні концентрації інгібування приросту коренів
та діапазони діючих токсичних концентрацій іонів
металів
Іони металів
ЕК10, мкМ
ЕК50, мкМ
ЕК90, мкМ
DЕК 90-10, мкМ
Cu2+
<1
2,0
12,4
11,4
Cd2+
1,8
6,8
76,0
74,2
Ni2+
1,0
8,8
305,0
304,0
Pb2+
6,5
9,1
39,0
32,5
Al3+
5,6
16,2
377,0
371,4
Zn2+
9,1
28,0
93,0
83,9
Рис. 2. Морфогенетичні зміни
корінців проростків цибулі
після експозиції з токсичними металами: а - контроль; б –
свелінг (10 мкМ Pb2+); в – гачковидний згин кінчика кореня
(100 мкМ Al3+, 24 год); г – завиткоподібної форми згин
кореня (50 мкМ Pb2+, 48 год); д – "завиток", утворений
коренем на третю добу перебування в розчині 100 мкМ Al3+
Таблиця 2
Зміна відсоткового співвідношення фаз мітозу –
індикатор мітостатичної дії токсичних агентів
Концентрації іонів Профаза, Метафаза,
металів, мкМ
%
%
Контроль
Анафаза,
%
Телофаза,
%
36,5 %
21,9 %
13,5 %
28,1 %
Достовірність
Cd2+
10
50
100
500
1000
51,4 %
76,0 %
70,6 %
61,0 %
59,6 %
32,5 %
7,6 %
3,2 %
3,4 %
0
4,0 %
0
2,4 %
1,7 %
1,0 %
12,1 %
16,7 %
23,8 %
33,9 %
39,4 %
+
+
+
+
+
Ni2+
10
50
100
500
1000
28,1 %
37,5 %
18,7 %
47,0 %
35,1 %
40,6 %
44,4 %
76,6 %
43,0 %
57,9 %
18,0 %
5,6 %
0
1,7 %
3,2 %
13,3 %
12,5 %
4,7 %
8,3 %
3,8 %
+
+
+
+
+
Cu2+
1
49,4 %
19,8 %
9,0 %
21,8 %
+
Zn2+
50
100
500
1000
56,0 %
44,9 %
50,6 %
53,6 %
21,3 %
30,1 %
20,5 %
17,9 %
12,0 %
12,5 %
17,1 %
13,1 %
10,7 %
12,5 %
11,8 %
15,4 %
+
+
+
+
Cd2+
ΣІА, %
100
100
80
80
60
60
40
40
20
20
0
0
0
1
5
10
50
100 500 1000
Ni2+
100
80
60
60
40
40
20
20
0
1
5
10
50 100 500 1000
Cu2+
100
1
5
10
50
100
500 1000
Al3+
0
0
1
5
10
80
60
60
40
40
20
20
50
100 500 1000
Zn2+
100
80
0
0
100
80
0
Pb2+
0
0
1
5
10
50 100 500 1000
0
1
5
10
50 100 500 1000
Концентрація іонів металів, мкМ
Рис. 3. Відсоток клітин з абераціями різного типу в апікальній
меристемі проростків цибулі після експозиції з металами
Цитотоксичність важких металів та
алюмінію
а
б
Рис. 5. Деградація ядер
як маркер летальності
даної дози тестованої
речовини:
а – 100 мкМ CdCl2;
б – 10 мкМ CuSO4
Співпадання рядів цитотоксичності та
ризотоксичності для іонів тестованих
металів
• за антимітотичною активністю та сумарним
відсотком цитогенетичних аберацій ряд токсичності
металів співпадає з тим, що побудований за ЕК50:
Cu2+>Cd2+>Ni2+>Pb2+>Al3+>Zn2+;
• за відсотками злипання хромосом та пікнозу
ядерного матеріалу іони металів розташовуються у
тій же послідовності, що і за ЕК90:
Cu2+>Pb2+Cd2+>Zn2+>Ni2+>Al3+
а
б
е
Рис. 6.
в
г
ж
д
з
Різноманітні цитогенетичні ефекти іонів токсичних
металів: а – контроль; б – фрагментація хромосом (50 мкМ Zn2+); в
– хромосомний міст у телофазі (10 мкМ Cd2+); г – відставання
хромосом (100 мкМ Al3+); д – триполюсна анафаза (100 мкМ Ni2+);
е – К-мітоз (100 мкМ Ni2+); ж – полікаріоцит (100 мкМ Ni2+); з –
двоядерна клітина та клітина з мікроядрами (50 мкМ Cd2+).
Ряди цитогенотоксичності іонів металів
За здатністю індукувати кластогенні пошкодження:
Zn2+ (13,6) > Pb2+ (5,7) Cd2+ (4,8) Cu2+ (4,3) Al3+ (4,0) Ni2+ (3,6)
За здатністю спричиняти анеугенні порушення в
мітотичних клітинах:
Ni2+ (69,6) >> Cd2+ (32,3) > Al3+ (8,3) Pb2+ (8,0) >
Cu2+ (4,4) > Zn2+ (3,3)
За анеугенними ефектами, виявленими
в інтерфазних клітинах:
Ni2+ (17,8) > Cd2+ (13,5) Al3+ (12,2) > Cu2+ (7,5) >
Pb2+ (4,5) > Zn2+ (3,3)
Рис. 7. Типові мікротрубочкові структури рослинної
клітини: а – кортикальна сітка; б – препрофазна стрічка; в –
веретено поділу; г – фрагмопласт
Рис. 8. Деградація мікротрубочок інтерфазної сітки після
експозиції з: а – Cd2+; б – Pb2+
Рис. 9. Порушення організації мікротрубочкових структур
під впливом Ni2+: а – інтерфазна сітка; б-г – залишки
веретена поділу
Рис. 10. Стабілізація мікротрубочок після експозиції з Al3+:
а – інтерфазна сітка; б – веретено поділу
Таблиця 3
Порівняння офіційно затверджених ГДК для важких
металів та алюмінію та ЕК50, виявлених в Allium тесті
Метали
ГДК рухомих
форм металів у
ґрунті, мг/кг
ЕК50 у класичному
Аllium тесті,
мг/л
мкМ
Cd
0,7
3,4
(31)
0,76
(6,8)
Pb
2,0
2,5
(12)
1,88
(9,1)
Ni
4,0
1,0
(17)
0,52
(8,8)
Al
0,5
21,6
(800)
0,44
(16,2)
Cu
3,0
0,17
(2,7)
0,13
(2,0)
Zn
23
1,82
(28,0)
-
ЕК50 у модифікованому Аllium тесті,
мг/л
мкМ
Висновки:
1.
2.
3.
4.
5.
Показано, що всі досліджувані метали дозозалежно інгібують ріст
коренів, однак найбільша ризотоксичність характерна для Cu. За
ЕК50 метали розташовуються в такій послідовності:
Cu>Cd>Ni>Pb>Al>Zn, тоді як за ЕК90 ряд металів дещо змінюється:
Cu>Pb>Cd>Zn>Ni>Al.
Встановлено, що за зміною МІ та співвідношення фаз мітозу
найсильніший антимітотичний ефект мають Ni і Cd, а найслабший
вплив на мітотичну активність клітин проявляє Al.
Виявлено співпадання рядів токсичності по морфологічних
показниках та цитологічних параметрах, що очевидно вказує на
кореляційну залежність між цитотоксичністю та ризотоксичністю
досліджуваних металів.
Цитогенетична активність тестованих металів характеризується як
кластогенною так і анеугенною дією, причому здатність спричиняти
порушення ходу мітозу й цитокінезу є більш властивою для
досліджуваних сполук, ніж індукція хромосомних аберацій.
За кількістю хромосомних пошкоджень, що виникають під впливом
важких металів та алюмінію у кореневій меристемі, запропоновано
такий ряд кластогенності тестованих металів: Zn>PbCdCuAlNi.
Висновки (продовження):
6.
7.
8.
9.
10.
За здатністю індукувати анеугенні порушення в мітотичних та
інтерфазних клітинах метали розташовуються в такій послідовності:
Ni>>Cd>Al>Pb>Cu>Zn.
Вперше показано антимікротрубочкові ефекти нікелю, кадмію та свинцю
у рослинних клітинах. Виявлено, що кадмій і свинець характеризуються
подібним механізмом дії, спричиняючи руйнацію окремих
мікротрубочок, тоді як нікель зумовлює агрегацію мікротрубочок у товсті
нефункціональні пучки.
Виявлено стабілізуючий вплив іонів алюмінію на мікротрубочкові
структури в клітинах цибулі.
На основі порівняння цитогенетичних та антимікротрубочкових ефектів
ацетату й нітрату свинцю продемонстровано, що сполуки важких металів
проявляють свою токсичність в основному через катіони, а кислотні
залишки солей несуттєво впливають на специфіку пошкоджуючої дії
іонів металів.
Виявлено, що ефективні токсичні концентрації Cu, Zn та Ni є нижчими
за затверджені ГДК цих металів у ґрунті відповідно у 23, 12,5 та 8 разів,
що дає підстави для їх перегляду.
Обсяг експериментальних досліджень
Морфологічний
аналіз коренів
10 коренів х 3 повтори Проаналізовано
х 6 металів
1440 зразків
х 8 концентрацій
Цитологічний аналіз
кореневої меристеми
1000 клітин х 5
повторів х 6 металів
х 8 концентрацій
Проаналізовано
240 000 клітин
Цитогенетичний
аналіз індукованих
аберацій
1000 клітин х 5
повторів х 6 металів
х 8 концентрацій
Проаналізовано
240 000 клітин,
в тому числі ~
14 400 мітозів
Проаналізовано
35 000 клітин
Імуноцитофлюорес- 1000 клітин х 5
ценція мікротрубочок повторів х (6 металів
+ контроль)
Документ
Категория
Презентации по химии
Просмотров
3
Размер файла
5 424 Кб
Теги
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа