Preview

Вестник Московского университета. Серия 16. Биология

Расширенный поиск

Токсическое влияние микрочастиц пластика на культуру Scenedesmus quadricauda: взаимодействие между микрочастицами пластика и водорослью

Полный текст:

Аннотация

В окружающей среде постоянно увеличивается количество частиц микропластика в результате распада пластиковых отходов, сжигание которых сопряжено с воздушными выбросами и концентрированием токсичных продуктов горения в зольных остатках. Изучению влияния микрочастиц пластика на живые объекты посвящено много работ, однако в литературе отсутствуют данные о его длительном токсическом действии, а также о действии продуктов сжигания пластика на фитопланктон. В настоящей работе исследовали влияние разных видов микрочастиц пластика и его золы на структурные и функциональные показатели роста культуры зеленой микроводоросли Scenedesmus quadricauda в длительных экспериментах продолжительностью 21 сут. Развитие вида изучали при добавлении в культуральную среду в концентрации 3 мг/л пяти образцов микрочастиц пластика полученных из пластика, отобранного на супралиторали Баренцева моря, и одного интактного образца, а также золы в концентрациях 0,01, 0,1, 1, 10, 100 и 1000 мг/л. По показателю изменения численности клеток S. quadricauda получили следующий ряд токсичности в порядке ее убывания: PU (монтажная пена) > HDPE (полиэтилен низкого давления, белый) > HDPE (полиэтилен низкого давления, красный) > EPS (пенополистирол) > EPS (пенополистерол, интактный) > PP (полипропилен, канат). По показателю эффективности фотосинтеза (максимального квантового выхода фотосинтеза (FV/FM)) монтажная пена оказалась нетоксичной, а другие образцы оказывали слабое токсическое действие. Влияние микрочастиц пластика на культуру вызывало мозаичную ответную реакцию, оцениваемую по разным показателям состояния тест-объекта: сильное угнетение роста культуры (при добавлении монтажной пены) может сопровождаться значительным повышением содержания ТБК-активных продуктов (продуктов взаимодействия конечных продуктов перекисного окисления липидов с 2-тиобарбитуровой кислотой) в клетках, при этом величина эффективности фотосинтеза не меняется. Токсичность зольного остатка, полученного при сжигании смеси разных видов пластика, была значительно выше токсичности исследованных образцов микрочастиц пластика, и выявлена по показателю изменения численности клеток только при концентрации 1000 мг/л, по показателю эффективности фотосинтеза – при 0,01 мг/л, а по изменению количества ТБК-активных продуктов в клетках водоросли – при 0,1 мг/л и выше.

Об авторах

А. М. Лазарева
Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова
Россия

Лазарева Анна Максимовна – аспирант кафедры общей экологии и гидробиологии биологического факультета

119234, г. Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 12

Тел.: 8-495-939-27-91



В. И. Ипатова
Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова
Россия

Ипатова Валентина Ивановна – канд. биол. наук, ст. науч. сотр. кафедры общей экологии и гидробиологии биологического факультета

119234, г. Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 12

Тел.: 8-495-939-27-91



О. В. Ильина
Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова
Россия

Ильина Олеся Васильевна – инженер кафедры общей экологии и гидробиологии биологического факультета

119234, г. Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 12

Тел.: 8-495-939-27-91



Д. А. Тодоренко
Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова
Россия

Тодоренко Дарья Алексеевна – канд. биол. наук, науч. сотр. кафедры биофизики биологического факультета

119234, г. Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 12

Тел.: 8-495-939-35-03



Д. Н. Маторин
Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова
Россия

Маторин Дмитрий Николаевич – докт. биол. наук, проф. кафедры биофизики биологического факультета

119234, г. Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 12

Тел.: 8-495-939-35-03



А. А. Байжуманов
Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова
Россия

Байжуманов Адиль Ануарович – канд. биол. наук, ст. науч. сотр. кафедры биофизики биологического факультета

119234, г. Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 12

Тел.: 8-495-939-35-03



Список литературы

1. Cau A., Avio C.G., Dessì C., Moccia D., Pusceddu A., Regoli F., Rita Cannas R., Follesa M.C. Benthic crustacean digestion can modulate the environmental fate of microplastics in the deep sea // Environ. Sci. Technol. 2020. Vol. 54. N 8. P. 4886–4892.

2. Debroas D., Mone A., Ter Halle A. Plastics in the North Atlantic garbage patch: a boat-microbe for hitchhikers and plastic degraders // Sci. Total Environ. 2019. Vol. 599–600. P. 1222–1232.

3. Michels J., Stippkugel A., Lenz M., Wirtz K., Engel A. Rapid aggregation of biofilm-covered microplastics with marine biogenic particles // Proc. Royal Soc. B: Biol. Sci. 2018. Vol. 285. N 1885: 20181203.

4. Rosato A., Barone M., Negroni A., Brigidi P., Fava F., Xu P., Candela M., Zanaroli G. Microbial colonization of different microplastic types and biotransformation of sorbed PCBs by a marine anaerobic bacterial community // Sci. Total Environ. 2020. Vol. 705: 135790.

5. Alimi O.S., Farner Budarz J., Hernandez L.M., Tufenkji N. Microplastics and nanoplastics in aquatic environments: aggregation, deposition, and enhanced contaminant transport // Environ. Sci. Technol. 2018. Vol. 52. N 4. P. 1704–1724.

6. Prata J.C., da Costa J.P., Lopes I., Duarte A.C., Rocha-Santos T. Effects of microplastics on microalgae populations: A critical review // Sci. Total Environ. 2019. Vol. 665. P. 400–405.

7. Besseling E., Wang B., Lürling M., Koelmans A.A. Nanoplastic affects growth of S. obliquus and reproduction of D. magna // Environ. Sci. Technol. 2014. Vol. 48. N 20. P. 12336–12343.

8. Bergami E., Pugnalini S., Vannuccini M.L., Manfra L., Faleri C., Savorelli F., Dawson K.A., Corsi I. Long-term toxicity of surface-charged polystyrene nanoplastics to marine planktonic species Dunaliella tertiolecta and Artemia franciscana // Aquat. Toxicol. 2017. Vol. 189. P. 159–169.

9. Yokota K., Waterfield H., Hastings C., Davidson E., Kwietniewski E., Wells B. Finding the missing piece of the aquatic plastic pollution puzzle: interaction between primary producers and microplastics // Limnol. Oceanogr. Lett. 2017. Vol. 2. N 4. P. 91–104.

10. Zhang C., Chen X., Wang J., Tan L. Toxic effects of microplastics on marine microalgae Skeletonema costatum: interactions between microplastics and algae // Environ. Pollut. 2017. Vol. 220. Pt. B. P. 1282–1288.

11. Mao Y., Ai H., Chen Y., Zhang Z., Zeng P., Kang L., Li W., Gu W., He Q., Li H. Phytoplankton response to polystyrene microplastics: perspective from an entire growth period // Chemosphere. 2018. Vol. 208. P. 59–68.

12. Lagarde F., Oliver O., Zanella M., Daniel P., Hiard S., Caruso A. Microplastic interactions with freshwater microalgae: hetero-aggreagation and changes in plastic density appear strongly dependent on polymer type // Environ. Pollut. 2016. Vol. 215. P. 331–339.

13. Bhattacharya P., Lin S., Turner J.P., Ke P.C. Physical adsorption of charges plastic nanoparticles affect algal photosynthesis // J. Phys. Chem. 2010. Vol. 114. N 39. P. 16556–16561.

14. Chae Y., Kim D., Kim S.W., An Y.J. Trophic transfer and individual impact of nanosized polystyrene in a four-species freshwater food chain // Sci. Rep. 2018. Vol. 8: 284.

15. Long M., Paul-Pont I., Hégaret H., Moriceau B., Lambert C., Huvet A., Soudant P. Interactions between polystyrene microplastics and marine phytoplankton lead to species-specific hetero-aggregation // Environ. Pollut. 2017. Vol. 228. P. 454–463.

16. Nolte T.M., Hartmann N.B., Kleijn J.M., Garnæs J., van de Meent D., Hendriks A.J., Baun A. The toxicity of plastic nanoparticles to green algae as influenced by surface modification, medium hardness and cellular adsorption // Aquat. Toxicol. 2017. Vol. 183. P. 11–20.

17. Suaria G., Avio C.G., Mineo A., Lattin G.L., Magaldi M.G., Belmonte G., Moore C.J., Regoli R., Aliani S. The Mediterranean plastic soup: synthetic polymers in Mediterranean surface waters // Sci. Rep. 2016. Vol. 6: 37551.

18. Nakao T., Aozasa O., Ohta S., Miyata H. Formation of toxic chemicals including dioxin-related compounds by combustion from a small home waste incinerator // Chemosphere. 2006. Vol. 62. N 3. P. 459–468.

19. Valavanidis A., Iliopoulos N., Gotsis G., Fiotakis K. Persistent free radicals, heavy metals and PAHs generated in particulate soot emissions and residue ash from controlled combustion of common types of plastic // J. Hazard. Mater. 2008. Vol. 156. N 1–3. P. 277–284.

20. Strasser R.J., Tsimilli-Michael M., Srivasta A. Analysis of the chlorophyll a fluorescence transient // Chlorophyll a fluorescence. Advances in photosynthesis and respiration, vol. 19 / Eds. G. Papageorgiou and R. Govindjee. Dordrecht: Springer, 2004. P. 321–362.

21. Stewart R.R.C., Bewley J.D. Lipid peroxidation associated with accelerated aging of soybean axes // Plant Physiol. 1980. Vol. 65. N 2. P. 245–248.

22. Lithner D., Larsson A., Dave G. Environmental and health hazard ranking and assessment of plastic polymers based on chemical composition // Sci. Total Environ. 2011. Vol. 409. N 18. P. 3309–3324.

23. Ogata Y., Takada H., Mizukawa K., et al. International pellet watch: Global monitoring of persistent organic pollutants (POPs) in coastal waters. 1. Initial phase data on PCBs, DDTs, and HCHs // Mar. Pollut. Bull. 2009. Vol. 58. N 10. P. 1437–1446.

24. Rochman C.M. The complex mixture, fate and toxicity of chemicals associated with plastic debris in the marine environment // Marine anthropogenic litter / Eds. M. Bergmann, L. Gutow, and M. Klages. Springer, 2015. P. 117–140.

25. Prokhotskaya V.Yu., Veselovski V.A., Veselova T.V., Dmitrieva A.G., Artyukhova V.I. On the nature of the threephase response of Scenedesmus quadricauda populations to the action of imazalil sulfate // Russ. J. Plant Physiol. 2000. Vol. 47. N 6. P. 772–778.

26. Подколзин А.А., Гуревич К.Г. Действие биологически активных веществ в малых дозах. М.: КМК, 2002. 170 с.

27. Бурлакова Е.Б., Конрадов А.А., Мальцева Е.Л. Сверхслабые воздействия химических соединений и физических факторов на биологические системы // Биофизика. 2004. Т. 49. № 3. С. 551–564.

28. Дмитриева А.Г., Ипатова (Артюхова) В.И., Кожанова О.Н., Дронина Н.Л., Желтухин Г.О., Крупина М.В. Реакция Elodea canadensis на загрязнение хромом среды обитания // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 16. Биол. 2006. № 2. С. 17–24.

29. Ипатова В.И., Дмитриева А.Г., Филенко О.Ф., Дрозденко Т.В. О некоторых особенностях физиологической гетерогенности популяции Scenedesmus quadricauda (Turp.) Breb. в присутствии низких концентраций металлов // Токсикол. вестн. 2018. № 2. с. 34–43.


Рецензия

Для цитирования:


Лазарева А.М., Ипатова В.И., Ильина О.В., Тодоренко Д.А., Маторин Д.Н., Байжуманов А.А. Токсическое влияние микрочастиц пластика на культуру Scenedesmus quadricauda: взаимодействие между микрочастицами пластика и водорослью. Вестник Московского университета. Серия 16. Биология. 2021;76(4):225-233.

For citation:


Lazareva A.M., Ipatova V.I., Il’ina O.V., Todorenko D.A., Matorin D.N., Baizhumanov A.A. Toxic effects of microplastics on culture Scenedesmus quadricauda: interactions between microplastics and algae. Vestnik Moskovskogo universiteta. Seriya 16. Biologiya. 2021;76(4):225-233. (In Russ.)

Просмотров: 211


ISSN 0137-0952 (Print)