Вміст пігментів та фотосинтетична активність Chlorella vulgaris Beijerinck (Chlorophyta) за дії натрію селеніту, цинку сульфату і хрому хлориду
Досліджено вміст фотосинтетичних пігментів, їх співвідношення та первинні процеси фотосинтезу у Chlorella vulgaris за спільної та окремої дії солей мікроелементів Селену (натрій селеніт), цинку (цинк сульфат) і хрому (хром хлорид). Виявлено тенденцію до збільшення загального вмісту хлорофілів a та b...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Альгология |
|---|---|
| Дата: | 2019 |
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Ukrainian |
| Опубліковано: |
Інститут ботаніки ім. М.Г. Холодного НАН України
2019
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/188759 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Вміст пігментів та фотосинтетична активність Chlorella vulgaris Beijerinck (Chlorophyta) за дії натрію селеніту, цинку сульфату і хрому хлориду / О.І. Боднар, А.І. Герц, Н.В. Герц, В.В. Грубінко // Альгология. — 2019. — Т. 29, № 4. — С. 404-420. — Бібліогр.: 33 назв. — укр. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-188759 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Боднар, О.І. Герц, А.І. Герц, Н.В. Грубінко, В.В. 2023-03-15T20:20:28Z 2023-03-15T20:20:28Z 2019 Вміст пігментів та фотосинтетична активність Chlorella vulgaris Beijerinck (Chlorophyta) за дії натрію селеніту, цинку сульфату і хрому хлориду / О.І. Боднар, А.І. Герц, Н.В. Герц, В.В. Грубінко // Альгология. — 2019. — Т. 29, № 4. — С. 404-420. — Бібліогр.: 33 назв. — укр. 0868-8540 DOI: https://doi.org/10.15407/alg29.04.404 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/188759 Досліджено вміст фотосинтетичних пігментів, їх співвідношення та первинні процеси фотосинтезу у Chlorella vulgaris за спільної та окремої дії солей мікроелементів Селену (натрій селеніт), цинку (цинк сульфат) і хрому (хром хлорид). Виявлено тенденцію до збільшення загального вмісту хлорофілів a та b і каротиноїдів за всіх варіантів впливу з найбільш помітним ефектом за спільної дії селену та цинку. Водночас, показник співвідношення хлорофілів a/b зменшувався в результаті підвищення вмісту хлорофілу b. У разі зміни параметрів індукції флуоресценції хлорофілів зростав рівень нефотохімічного гасіння хлорофілу (NPQt) у варіанті спільної дії солей селену та хрому. Разом з тим, зростання відносного вмісту хлорофілу та незначна зміна показника ймовірної частоти втрат LEF за дії досліджених солей свідчить про функціонування механізмів забезпечення стабільності роботи фотосинтетичного апарату у C. vulgaris та запобігання його інактивації. The content of photosynthetic pigments, their ratio and primary photosynthesis processes in Chlorella vulgaris were investigated by the combined and separate action of salts of trace elements Selenium (sodium selenite), Zinc (zinc sulfate) and Chromium (chromium chloride). The tendency to increase the total content of chlorophylls a and b and carotenoids with all options for the impact of trace elements was revealed. The combined action of Selenium and Zinc demonstrated the most noticeable effect. At the same time, the chlorophyll a/b ratio decreased as a result of the increase in the chlorophyll b content. As the chlorophyll fluorescence induction parameters changed, the level of non-photochemical chlorophyll quenching (NPQt) in the joint action of the salts of Selenium and Chromium increased. However, an increase in the relative content of chlorophyll and a slight change in the probable rate of loss of linear electron flow (LEF) in the action of the studied salts reveal the functioning of mechanisms to ensure the stability of the photosynthetic apparatus in C. vulgaris and prevent its inactivation. uk Інститут ботаніки ім. М.Г. Холодного НАН України Альгология Физиология, биохимия, биофизика Вміст пігментів та фотосинтетична активність Chlorella vulgaris Beijerinck (Chlorophyta) за дії натрію селеніту, цинку сульфату і хрому хлориду The content of pigments and photosynthetic activity of Chlorella vulgaris Beijerinck (Chlorophyta) when exposed to sodium selenite, zinc sulphate, and chromium chloride Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Вміст пігментів та фотосинтетична активність Chlorella vulgaris Beijerinck (Chlorophyta) за дії натрію селеніту, цинку сульфату і хрому хлориду |
| spellingShingle |
Вміст пігментів та фотосинтетична активність Chlorella vulgaris Beijerinck (Chlorophyta) за дії натрію селеніту, цинку сульфату і хрому хлориду Боднар, О.І. Герц, А.І. Герц, Н.В. Грубінко, В.В. Физиология, биохимия, биофизика |
| title_short |
Вміст пігментів та фотосинтетична активність Chlorella vulgaris Beijerinck (Chlorophyta) за дії натрію селеніту, цинку сульфату і хрому хлориду |
| title_full |
Вміст пігментів та фотосинтетична активність Chlorella vulgaris Beijerinck (Chlorophyta) за дії натрію селеніту, цинку сульфату і хрому хлориду |
| title_fullStr |
Вміст пігментів та фотосинтетична активність Chlorella vulgaris Beijerinck (Chlorophyta) за дії натрію селеніту, цинку сульфату і хрому хлориду |
| title_full_unstemmed |
Вміст пігментів та фотосинтетична активність Chlorella vulgaris Beijerinck (Chlorophyta) за дії натрію селеніту, цинку сульфату і хрому хлориду |
| title_sort |
вміст пігментів та фотосинтетична активність chlorella vulgaris beijerinck (chlorophyta) за дії натрію селеніту, цинку сульфату і хрому хлориду |
| author |
Боднар, О.І. Герц, А.І. Герц, Н.В. Грубінко, В.В. |
| author_facet |
Боднар, О.І. Герц, А.І. Герц, Н.В. Грубінко, В.В. |
| topic |
Физиология, биохимия, биофизика |
| topic_facet |
Физиология, биохимия, биофизика |
| publishDate |
2019 |
| language |
Ukrainian |
| container_title |
Альгология |
| publisher |
Інститут ботаніки ім. М.Г. Холодного НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
The content of pigments and photosynthetic activity of Chlorella vulgaris Beijerinck (Chlorophyta) when exposed to sodium selenite, zinc sulphate, and chromium chloride |
| description |
Досліджено вміст фотосинтетичних пігментів, їх співвідношення та первинні процеси фотосинтезу у Chlorella vulgaris за спільної та окремої дії солей мікроелементів Селену (натрій селеніт), цинку (цинк сульфат) і хрому (хром хлорид). Виявлено тенденцію до збільшення загального вмісту хлорофілів a та b і каротиноїдів за всіх варіантів впливу з найбільш помітним ефектом за спільної дії селену та цинку. Водночас, показник співвідношення хлорофілів a/b зменшувався в результаті підвищення вмісту хлорофілу b. У разі зміни параметрів індукції флуоресценції хлорофілів зростав рівень нефотохімічного гасіння хлорофілу (NPQt) у варіанті спільної дії солей селену та хрому. Разом з тим, зростання відносного вмісту хлорофілу та незначна зміна показника ймовірної частоти втрат LEF за дії досліджених солей свідчить про функціонування механізмів забезпечення стабільності роботи фотосинтетичного апарату у C. vulgaris та запобігання його інактивації.
The content of photosynthetic pigments, their ratio and primary photosynthesis processes in Chlorella vulgaris were investigated by the combined and separate action of salts of trace elements Selenium (sodium selenite), Zinc (zinc sulfate) and Chromium (chromium chloride). The tendency to increase the total content of chlorophylls a and b and carotenoids with all options for the impact of trace elements was revealed. The combined action of Selenium and Zinc demonstrated the most noticeable effect. At the same time, the chlorophyll a/b ratio decreased as a result of the increase in the chlorophyll b content. As the chlorophyll fluorescence induction parameters changed, the level of non-photochemical chlorophyll quenching (NPQt) in the joint action of the salts of Selenium and Chromium increased. However, an increase in the relative content of chlorophyll and a slight change in the probable rate of loss of linear electron flow (LEF) in the action of the studied salts reveal the functioning of mechanisms to ensure the stability of the photosynthetic apparatus in C. vulgaris and prevent its inactivation.
|
| issn |
0868-8540 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/188759 |
| citation_txt |
Вміст пігментів та фотосинтетична активність Chlorella vulgaris Beijerinck (Chlorophyta) за дії натрію селеніту, цинку сульфату і хрому хлориду / О.І. Боднар, А.І. Герц, Н.В. Герц, В.В. Грубінко // Альгология. — 2019. — Т. 29, № 4. — С. 404-420. — Бібліогр.: 33 назв. — укр. |
| work_keys_str_mv |
AT bodnaroí vmístpígmentívtafotosintetičnaaktivnístʹchlorellavulgarisbeijerinckchlorophytazadíínatríûselenítucinkusulʹfatuíhromuhloridu AT gercaí vmístpígmentívtafotosintetičnaaktivnístʹchlorellavulgarisbeijerinckchlorophytazadíínatríûselenítucinkusulʹfatuíhromuhloridu AT gercnv vmístpígmentívtafotosintetičnaaktivnístʹchlorellavulgarisbeijerinckchlorophytazadíínatríûselenítucinkusulʹfatuíhromuhloridu AT grubínkovv vmístpígmentívtafotosintetičnaaktivnístʹchlorellavulgarisbeijerinckchlorophytazadíínatríûselenítucinkusulʹfatuíhromuhloridu AT bodnaroí thecontentofpigmentsandphotosyntheticactivityofchlorellavulgarisbeijerinckchlorophytawhenexposedtosodiumselenitezincsulphateandchromiumchloride AT gercaí thecontentofpigmentsandphotosyntheticactivityofchlorellavulgarisbeijerinckchlorophytawhenexposedtosodiumselenitezincsulphateandchromiumchloride AT gercnv thecontentofpigmentsandphotosyntheticactivityofchlorellavulgarisbeijerinckchlorophytawhenexposedtosodiumselenitezincsulphateandchromiumchloride AT grubínkovv thecontentofpigmentsandphotosyntheticactivityofchlorellavulgarisbeijerinckchlorophytawhenexposedtosodiumselenitezincsulphateandchromiumchloride |
| first_indexed |
2025-11-26T12:03:56Z |
| last_indexed |
2025-11-26T12:03:56Z |
| _version_ |
1850620788009336832 |
| fulltext |
Боднар О.І. та ін.
404
ISSN 0868-854 (Print)
ISSN 2413-5984 (Online). Аlgologia. 2019, 29(4): 404—420
https://doi.org/10.15407/alg29.04.404
БОДНАР О.І.1, ГЕРЦ А.І.1, ГЕРЦ Н.В.2, ГРУБІНКО В.В.1
Тернопільський національний педагогічний університет ім. В. Гнатюка,
1кафедра загальної біології та методики навчання природничих дисциплін,
2кафедра ботаніки та зоології,
вул. М. Кривоноса, 2, Тернопіль 46027, Україна
bodnar@chem-bio.com
ВМІСТ ПІГМЕНТІВ ТА ФОТОСИНТЕТИЧНА АКТИВНІСТЬ
CHLORELLA VULGARIS BEIJERINCK (CHLOROPHYTA) ЗА ДІЇ
НАТРІЮ СЕЛЕНІТУ, ЦИНКУ СУЛЬФАТУ І ХРОМУ ХЛОРИДУ
Досліджували вміст фотосинтетичних пігментів, їхнє співвідношення та первинні
процеси фотосинтезу у Сhlorella vulgaris за спільної та окремої дії солей
мікроелементів Селену (натрій селеніт), Цинку (цинк сульфат) і Хрому (хром
хлорид). Виявлено тенденцію до збільшення загального вмісту хлорофілів а та b і
каротиноїдів за всіх варіантів впливу з найбільш помітним ефектом при спільній дії
Селену та Цинку. Водночас, показник співвідношення хлорофілів а/b зменшувався в
результаті підвищення вмісту хлорофілу b. При зміні параметрів індукції
флуоресценції хлорофілів зростав рівень нефотохімічного гасіння хлорофілу (NPQt) у
варіанті спільної дії солей Селену та Хрому. Разом з тим, зростання відносного
вмісту хлорофілу та незначна зміна показника ймовірної частоти втрат LEF за дії
досліджених солей свідчить про функціонування механізмів забезпечення
стабільності роботи фотосинтетичного апарату у C. vulgaris та запобігання його
інактивації.
К л ю ч о в і с л о в а : Селен, Цинк, Хром, Chlorella vulgaris, пігменти, індукція
флуоресценції хлорофілу
Вступ
Iнтерес до потенційних комерційних сполук з мікроводоростей
зумовлений необхідністю з’ясування механізмів підвищення їхньої
стресостійкості, збільшення продуктивності, інтенсифікації метаболізму
та активації тих чи інших біосинтетичних процесів з метою отримання
сполук з високою біологічною активністю. До того ж, висока здатність
мікроводоростей до біоакумуляції хімічних елементів (особливо солей
металів і неметалів), які вносять у середовище культивування, та
утворення їхніх біокомплексів з внутрішньоклітинними макромоле-
кулами in vitro відкриває перспективу отримання біологічно активних
добавок, збагачених необхідними для організму мікроелементами,
наприклад Селеном та іонами деяких біогенних металів (Doucha et al.,
2009). Вплив солей металів та неметалів на фотосинтетичну активність
мікроводоростей є предметом багатьох досліджень, актуальність яких не
© Боднар О.І., Герц А.І., Герц Н.В., Грубінко В.В., 2019
Вміст пігментів та фотосинтетична активність
405
зменшується через мінливість та динамічність умов вирощування в
природних і модельних умовах (Полищук и др., 2009; Mysliwa-Kurdziel
et al., 2004). З огляду на зазначене, а також враховуючи високий
біологічний потенціал та адаптивні можливості водоростей, актуальним
є подальший розвиток нових методів та напрямів у вивченні процесів
фотосинтезу за різних чинників середовища зростання (Kuhlgert et al.,
2016).
Відомо, що надлишок іонних форм металів та неметалів у
середовищі існування негативно впливає на всі реакції
фотосинтетичного апарату (ФСА), особливо при синтезі первинних
продуктів фотосинтезу (Kumar et al., 2014). Зі збільшенням концентрації
цих хімічних сполук у водному середовищі можуть змінюватися
структурно-функціональні властивості хлоропластних мембран,
порушуватися діяльність світлозбирального (СЗК) та кисневидільного
комплексів, гальмуватися функціонування фотосистем І та ІІ (ФСI,
ФСII), фотосинтетичного електронного транспортного ланцюга
(ФЕТЛ), блокуватися пентозофосфатний цикл, тощо (Полищук и др.,
2009; Kupper et al., 2002; Mysliwa-Kurdziel et al., 2004; Ou-Yang et al., 2012).
Обрані нами досліджені елементи хоча і є есенціальними, за умов
підвищених концентрацій стають досить токсичними для рослинних
організмів. Тому важливо було вивчити їхній вплив на пігментний склад
та первинні процеси фотосинтезу (ППФ) мікроводоростей, оскільки від
цих показників залежить загальна продуктивність культури та подальше
її практичне використання, зокрема як збагаченої мікроелементами
біосубстанції для отримання фармпрепаратів і кормових добавок (Doucha
et al., 2009; Bodnar et al., 2018).
Використання Cr(ІІІ) в експериментальних моделях доцільніше, ніж
використання Cr(VІ), адже останній виступає як кисень, утворюючи
оксианіони, що легко проникають через клітинні мембрани за рахунок
сульфатної транспортної системи та провокують окисні процеси.
Гальмування більшості фотосинтетичних процесів та руйнування
реакційних центрів (РЦ) за дії Сr(VІ) спостерігали у Chlamydomonas
(Rodriguez et al., 2007), Chlorella pyrenoidosa H.Chick i C. kessleri (Horcsik
et al., 2007), Euglena gracilis G.A.Klebs (Rocchetta, Kupper, 2009) і
Scenedesmus obliquus (Turpin) Kützing (Zemri et al., 2012). Водночас Cr(ІІІ)
у відповідно підібраних концентраціях суттєво не впливає на
життєдіяльність водоростей (Kovacik et al., 2015), а навіть активізує
окремі ланки метаболізму в них та сприяє біосинтезу окремих сполук з
високою біологічною активністю (Lukashiv et al., 2017; Bodnar et al.,
2018). Цинк як найважливіший елемент ряду фотосинтетичних
ензимних систем має суттєві стимулюючі властивості. Так, Zn2+ у
концентрації 5 мкМ підвищує квантовий вихід ФСІІ у C. vulgaris (Ou-
Yang et al., 2012). При цьому дефіцит його в E. gracilis негативно
впливає на морфогенез і клітинний цикл, що пов’язано з участю
останнього в регуляції генетичних процесів (Einicker-Lamas et al., 2002).
Боднар О.І. та ін.
406
Щодо Селену, то попередні дослідження науковців свідчать про
переваги поглинання Sе(ІV) порівняно з Sе(VІ), а його вплив на
мікроводорості є видоспецифічним і значною мірою залежить від
фізико-хімічних параметрів самого середовища та концентрації Селену в
ньому. Він є необхідним компонентом антиоксидантної системи і може
регулювати біосинтез поліненасичених жирних кислот, каротиноїдів і
хлорофілів (Zhou et al., 1997), впливаючи на фотосинтез й енергетичний
обмін (Sun et al., 2014) та збільшуючи біопродуктивність культури.
Таким чином, зміни на рівні ФСА за дії мікроелементів можуть
слугувати маркерами для оцінки загального функціонального стану,
ефективності формування адаптаційних реакцій водоростей та
продукційних процесів за різних умов культивування.
Тому нашою метою було дослідити вплив натрій селеніту окремо та
за спільної дії з цинком сульфату або хромом хлориду на пігментний
склад, функціональний стан ФСА одноклітинної зеленої водорості
Chlorella vulgaris через зміну параметрів індукції флуоресценції хлорофілу
(ІФХ) для ефективного отримання збагаченої мікроелементами біомаси.
Матеріали та методи
Дослідження проводили на мікропопуляціях альгологiчно чистої
культури Chorella vulgaris CCAP-211/11в, яку вирощували в умовах
накопичувальної культури на середовищі Фітцджеральда в модифікації
Цендера і Горхема № 11 за температури 22—24 оС та освітлення 2500 лк
упродовж 16 та 8 год (Топачевский, 1975). До культури водоростей
додавали водний розчин селеніту натрію в розрахунку на Se(ІV) —
10 мг/дм3 окремо та спільно із солями металів ZnSO4·7H2O чи
CrCl3·6H2O у перерахунку на Zn(ІІ) — 5 мг/дм3 або Cr(ІІІ) — 5 мг/дм3
(Bodnar et al., 2016, 2018; Lukashiv et al., 2017). Контролем слугувала
культура, вирощена у середовищі без селеніту та солей металів.
Вміст хлорофілів а та b і каротиноїдів визначали спектрофото-
метрично за довжиною хвиль з максимумом поглинання: 440, 630, 645,
663, 750 нм після екстракції пігментів 90%-вим розчином ацетону
(Мусієнко та ін., 2001). Відповідно до умов культивування водоростей
було сформовано 4 варіанти (контроль та 3 дослідні). Кожен з них мав 5
паралельних повторностей. Стан фотосинтетичного апарату C. vulgaris
оцінювали методом ІФХ. Вимірювання проводили за допомогою PAM-
флуорометра MultispeQ V1.0 (США). Квантову ефективність (ФPSII)
ФСІІ = (F'm—Fs)/F'm визначали відповідно до літературних даних
(Genty et al., 1989; Maxwell, Johnson, 2000). Частку світлової енергії, що
поглинається ФСІІ і втрачається через нерегульовані процеси (φNO) та
нефотохімічне гасіння (φNPQ), розраховували за літературними даними
(Kramer et al., 2004). Для оцінки параметрів флуоресценції хлорофілу
(ФХ) з кожного варіанту відбирали 6 аліквот водоростей об’ємом 10 мл
кожна. Сумарна кількість аналітичних вимірів на варіант, враховуючи 5
біологічних повторностей, становила не менше n = 30. Перед
вимірюванням ФХ усі аліквоти вирівнювали за вмістом в них хлорофілу
Вміст пігментів та фотосинтетична активність
407
та за оптичною щільністю з метою коректного розрахунку параметрів
ФХ (Myers et al., 2013).
Статистичну обробку даних, зокрема описову статистику,
дисперсійний аналіз ANOVA з використанням критерію достовірної
різниці групових середніх Тьюкі (Honestly Significant Difference),
виконували за допомогою програмного забезпеченням (ПЗ) R-studio.
Для цього використовували бібліотеки psych (https://cran.r-
project.org/web/packages/psych/index.html) та multcomp (https://cran.r-
project.org/web/packages/multcomp/index.html). Попередньо вибірки
оцінювали на нормальність розподілу та однорідність дисперсії. Після
аналізу дисперсії й спростування нульової гіпотези робили рost-hoc
аналіз — HSD тест Тьюкі. Результати тесту виводились засобами
бібліотеки multcomp (у роботі представлені лише для параметрів ФPSII,
φNPQ) у вигляді коробчатих діаграм, що відображають результати всіх
попарних порівнянь середніх значень варіантів досліджень (рис. 2, 3).
Для узагальнення даних та виявлення взаємозв’язків між
кількісними змінними використано метод багатомірного аналізу — метод
головних компонент Рrincipal component analysis (Jolliffe, 2002). Аналіз
здійснювали в середовищі R-Studio з використанням бібліотеки
FactoMineR (https://cran.r-project.org/web/ packages/FactoMineR/index.html).
Критичний рівень значимості при перевірці статистичних гіпотез у
дослідженні приймали рівним 0,05.
Результати та обговорення
Вплив досліджуваних мікроелементів на вміст пігментів
у Chlorella vulgaris
Висока лабільність фотосинтетичного апарату на рівні первинних
світлових реакцій визначає адаптивні перебудови у рості й розвитку
культури мікроводоростей за несприятливих умов, оскільки первинні
реакції оптимізують потік електронів та енергетичний баланс у клітинах.
З одного боку, це забезпечує скидання надлишку енергії в умовах
пристосувальної реакції, з іншого — первинні фотосинтетичні реакції за
цих умов можуть бути пусковим механізмом регуляції співвідношення
швидкостей світлових і темнових реакцій фотосинтезу, продукти якого
визначають подальшу ефективність адаптивних процесів. Важливим
критерієм оцінки фотосинтезу є вміст фотосинтетичних пігментів,
концентрація і співвідношення яких визначають адаптивні можливості
клітин (Sun et al., 2014). За обраних концентрацій та комбінацій
мікроелементів вміст пігментів у клітинах хлорели збільшувався в усіх
варіантах досліду (рис. 1). Внесення селеніту окремо у середовище
культивування зумовило зростання вмісту пігментів у С. vulgaris
хлорофілу а на 35,7%, хлорофілу b — на 48,2%, каротиноїдів — на 38,0%
порівняно з контролем.
Боднар О.І. та ін.
408
Рис. 1. Вміст пігментів у клітинах Сhlorella vulgaris за дії натрій селеніту 10 мг
Se(IV)/дм3 окремо та спільно з Zn(ІІ) або Cr(ІІІ) — по 5 мг/дм3, мкг/дм3; M ± m; 7-а
доба; * — р 0,05 різниця вірогідна порівняно з контролем
У літературних посиланнях (Sun et al., 2014) також показано суттєве
збільшення кількості пігментів (хлорофілів та каротиноїдів) у С. vulgaris
за дії Селену, який вносили у середовище культивування водорості як
натрію селеніту в концентраціях 25—200 мг Sе/дм3. Усі дослідні варіанти
демонстрували позитивну динаміку порівняно з контролем. Провівши
водночас додаткові дослідження (накопичення Sе біомасою, активність
антиоксидантних ензимів, рівень активних форм оксигену та
ліпопероксидації), ми вважаємо за доцільне використовувати С. vulgaris
як селеновмісну харчову добавку для людей і тварин за умови
культивування водорості, яка містить Селен у середовищі вирощування
в кількості <75 мг Sе/дм3.
Спільна дія солей Селену і Цинку сприяла суттєвому збільшенню
вмісту пігментів у клітинах водорості відносно контролю: вміст
хлорофілу а зріс на 46,2%, хлорофілу b — на 279,3%, каротиноїдів — на
60,8%. Ці зміни можуть бути пов’язані зі стимулюючою дією Цинку як
компонента карбоангідрази та збільшенням кількості розмірів тилакоїдів
(Ou-Yang et al., 2012). Присутність іонів Хрому також спричиняла
підвищення вмісту хлорофілу та каротиноїдів, але значно менше: вміст
хлорофілу а збільшився на 23,8%, хлорофілу b — на 56,3%, каротиноїдів —
на 25,4%. Зазвичай Сr(ІІІ) провокує пероксидне окиснення, а
відповідно — негативні зміни в структурі та функціях хлоропластів.
Проте, на нашу думку, присутній Sе(ІV) є протектором цієї дії, що й
позначилося на незначному збільшенні вмісту пігментів.
На фоні загального збільшення кількості фотосинтетичних пігментів
показник співвідношення хлорофілів а/b загалом зменшувався у всіх
варіантах досліду. За дії селеніту окремо та спільно із солями Цинку та
Хрому показник співвідношення порівняно з контрольним значенням
зменшився відповідно на 8,9; 48,1 та 20,9%. Відомо, що співвідношення
хлорофілів а/b характеризує потенційну фотохімічну та біосинтетичну
Вміст пігментів та фотосинтетична активність
409
активність. Так, за стресових впливів швидше відбувається втрата
функціональної активності хлорофілу а порівняно з хлорофілом b та
накопичення останнього (Фомішина та ін., 2009). Відповідно,
співвідношення між обома формами пігменту зменшується, що й
спостерігається у наших дослідних варіантах (див. рис. 1). При цьому
пігментний індекс (відношення каротиноїдів до хлорофілу) може
збільшуватися, передусім, за рахунок посиленого утворення каро-
тиноїдів, які виконують як допоміжну, так і захисну функції (Rodrigues
et al., 2007; Фомішина та ін., 2009). Ці зміни спостерігалися у дослідних
варіантах за дії Селену й Селену з Хромом, коли індекс збільшився
відповідно на 3,12 і 6,25% відносно контролю. За спільного впливу
Селену й Цинку відбувалося зниження пігментного індексу на 15,6%,
що обумовлено значним збільшенням вмісту хлорофілу b. Ймовірним
поясненням такого явища може бути ефект модифікації розмірів СЗК
іонами Zn у деяких Bacillariophyta (Nguyen-Deroche et al., 2012). Відомо,
що за дії Цинку у водорості Nostoc hopsislobatus підвищується
антиоксидантний потенціал, збільшується кількість тетрапіролів та
амінолевулінової кислоти (Pandey, Pandey, 2008), які разом із 5’-
амінолевуліновою дегідратазою (КФ 4.2.1.24) визначають швидкість
синтезу хлорофілів (Chiba, Kikuchi, 1984). Водночас концентрації Цинку
від 0,1 до 5,0 мг/дм3 сприяють підвищенню експресії мРНК гену rbcL, а
відтак обумовлюють часткове збільшення кількості ензиму
рибулозобіфосфаткарбоксилази (РБФК), що в кінцевому результаті
позначається на фотосинтетичних процесах та збільшенні вмісту
хлорофілу у Sargassum thunbergii (Lü et al., 2018).
Отже, найбільше на вміст пігментів у C. vulgaris впливає одночасна
дія солей Селену і Цинку, а за спільної дії солей Селену і Хрому, який є
досить токсичним для водоростей (Horcsik et al., 2007; Kovacik et al.,
2015), відбувається лише незначне зростання їхньої кількості. Це,
вочевидь, є наслідком запобігання окисненню ліпідів мембран
хлоропластів та руйнування хлорофілу за дії селеніту, що забезпечується
антиоксидантним механізмом захисту клітин водорості, який
посилюється Селеном. Окрім цього, зміни вмісту хлорофілів можуть
прямо залежати від змін кількості каротиноїдів, які завдяки своїм
антиоксидантним властивостям теж беруть участь у захисті мембран від
фотоокислення та знешкодження пероксидних радикалів, а тому вміст
зелених пігментів у клітині певною мірою обумовлений кількістю
каротиноїдів (Mysliwa-Kurdziel et al., 2004).
Вплив досліджуваних мікроелементів на первинні процеси
фотосинтезу у Chlorella vulgaris
Відомо, що кожний поглинений пігментами квант світла може або
індукувати первинне розділення зарядів у реакційних центрах
фотосистем, або дисипувати в тепло чи висвітитися у вигляді кванта
флуоресценції. В залежності від стану ФСА та зовнішніх умов шляхи
реалізації енергії квантів світла можуть змінюватися (Pospisil, 2016).
Боднар О.І. та ін.
410
Фотосинтетичні процеси та механізми активно проявляються у
різних індукційних явищах, зокрема у флуоресценції хлорофілу (ФХ),
що дозволяє отримувати дані про фізико-хімічний стан і функціональну
активність фотосинтетичного апарату (ФСА). Процеси регуляції
активності ФСII у мікроводоростей за впливу чинників середовища, які
визначаються за параметрами змінної флуоресценції, описані в
літературі (Rocchetta, Kupper, 2009; Zemri et al., 2012; Kumar et al., 2014).
Застосування цих показників основане на тому, що їхні зміни
корелюють зі зміною інтенсивності фотосинтезу (див. таблицю).
Таблиця
Флуоресцентні параметри та відносний вміст хлорофілів у Chlorella vulgaris за дії натрій
селеніту 10 мг Se(IV)/дм3) окремо та спільно із солями Zn(ІІ) і Cr(ІІІ) – по 5 мг/дм3,
7-а доба, відн. од., M±SD
Показник Контроль Se(IV)
Se(IV) +
Zn(ІІ)
Se(IV) +
Сr(ІІІ)
ФPSII 0,544±0,016 0,553±0,009* 0,548±0,009 0,480±0,007*
NPQt 2,864±0,156 2,690±0,127* 2,780±0,131* 4,041±0,105*
φNPQ 0,33±0,016 0,32±0,011* 0,33±0,010 0,41±0,007*
φNO 0,118±0,001 0,121±0,002* 0,120±0,002* 0,103±0,001*
qL 0,946±0,026 0,933±0,014* 0,937±0,016 0,952±0,013
LEF 2,475±0,103 2,536±0,099* 2,496±0,077 2,172±0,123*
Fv'/Fm' 0,558±0,009 0,589±0,008* 0,563±0,008* 0,491±0,005*
SPAD 19,781±0,089 21,355±0,049* 20,901±0,034* 21,864±0,090*
* — р 0,05 різниця вірогідна порівняно з контролем; ФPSII — квантова ефективність
ФСІІ; NPQt — нефотохімічне гасіння, оцінене без темнової адаптації; φNPQ —
квантовий вихід NPQ, φNO — частка світлової енергії, що поглинається ФСІІ та
втрачається через нерегульовані процеси; qL — частка відкритих реакційних центрів
ФСІІ; LEF — лінійний електронний транспорт; Fv'/Fm' — ефективність електронного
транспорту відкритими реакційними центрами ФСІ; SPAD — відносний вміст
хлорофілу
Про специфічність впливу досліджених іонів на біосинтетичні
процеси С. vulgaris у кожному з варіантів і відносний вміст хлорофілу
(SPAD) у водоростях свідчать дані таблиці. Цей параметр широко
використовується як індикатор нітрогенового статусу рослин і є
месенджером первинних проявів стресу (Kuhlgert et al., 2016). В усіх
дослідних варіантах порівняно з контролем SPAD достовірно зростає.
Вміст пігментів та фотосинтетична активність
411
Це узгоджується з наведеними вище даними щодо абсолютного вмісту
фотосинтетичних пігментів у С. vulgaris і свідчить про відсутність
пригнічення біосинтезу хлорофілу у С. vulgaris за дії солі Селену окремо
і одночасної дії солей Селену та Цинку чи Селену і Хрому.
У роботі J. Petrovi et al. (2006) досліджено механізми утворення
комплексів металів з хлорофілом і описано їхні гіпотетичні структури з
ймовірним впливом на параметри флуоресценції пігментів. Показано,
що комплекс Cu-Chl утворюється переважно шляхом заміщення Cu
центрального атому Mg хлорофілу, тоді як із Zn формується
периферичне 6-членне циклічне хелатне кільце, де Zn у положенні між
С-132 і С-131 відіграє координаційну роль між двома O-атомами. Такі
зміни впливатимуть на параметри флуоресценції змінених хлорофілів,
оскільки координація (C-133) = O і металу робить подвійний
(карбонільний) зв’язок довшим, а тому зумовлює перехід до нижчих
довжин хвиль. Той факт, що зміни більш виражені для Zn-Chl (1729,8
проти 1736,8 см-1 (Chl a), ніж для Cu-Chl (1732,5 проти 1736,8 см-1
(Chl a)) свідчить про високу спорідненість Zn і хлорофілу (Petrovіc et al.,
2006), а відтак — їхню швидку взаємодію.
Подальші результати вивчення показали певну чутливість
фотохімічних процесів ФСII до дії досліджуваних мікроелементів,
особливо за спільної дії Селену і Хрому, оскільки змінився параметр
величини ФPSII, яка характеризує квантову ефективність ФСII C. vulgaris
(рис. 2). Тобто, зміна фотохімічних процесів у C. vulgaris, вочевидь,
залежить від хімічних властивостей певного мікроелементу.
Рис. 2. Ефективний квантовий вихід фотохімічних реакцій у ФС II (ФPSII) у клітинах
С. vulgaris за дії натрій селеніту 10 мг Se(IV)/дм3 окремо та спільно з Zn(ІІ) або
Cr(ІІІ) — по 5 мг/дм3; відн. од.; 1-, 3-, 7-а доба
Тривалість культивування не змінює характеру дії солей Селену,
Цинку і Хрому на ФСА (див. рис. 2, 3). Факт зростання значень
Боднар О.І. та ін.
412
параметрів флуоресценції на 3- та 7-у добу в усіх варіантах та контролі
пояснюється поступовим збільшенням біомаси та кількості клітин
C. vulgaris упродовж досліджуваного періоду, внаслідок чого абсорбція
флуоресценції хлорофілу в середовищі зростає, що призводить до
зменшення максимальної флуоресценції (Fm), а відтак — до вищих
показників ФPSII, φNPQ та φNO (див. рис. 2, 3). Однак встановлено, що
включно до 96-ї доби вплив важких металів (Сu, Pb, Cd, Zn і Cr) чітко
проявлявся на квантовому виході PSII у С. vulgaris, незважаючи на
відповідне збільшення й приріст біомаси водоростей у культурі (Ou-
Yang et al., 2012). Серед усіх дослідних варіантів часткове пригнічення
ФPSII спостерігається лише з першої доби за одночасної дії солей Se та
Cr (див. рис. 2). Можливо, це обумовлено редокс-активністю Cr, адже
вважається, що Cr разом із такими металами, як Fe та Cu, на відміну від
Zn і Se, відноситься до групи редокс-активних.
Рис. 3. Частка світлової енергії, яка використовується на нефотохімічне гасіння
(φNPQ) у С. vulgaris за дії натрій селеніту (10 мг Se(IV)/дм3) окремо та спільно із
солями Zn(ІІ) і Cr(ІІІ) — по 5 мг/дм3; відн. од.; 1-, 3-, 7-а доба
Дослідження впливу металів на функціонування фотосинтетичного
апарату показали, що електронегативні Zn2+ (Eо = —0,763 B), Cd2+
(Eо = —0,403 B) та Pb2+ (Eо = —0,126 B) інгібують швидкість транспорту
електронів від первинного хінонового акцептора QA до вторинного QB, а
більш електропозитивні Cu2+ (Eо = +0,153 B) і Hg2+ (Eо = +0,427 B)
активують його (Kumar et al., 2014). Проте деякі дослідники акцентують
увагу на більш токсичній та інгібуючій фотосинтез дії власне іонів Cr та
Cu порівняно з Zn та Cd (Полищук, Топчий, 2009; Ou-Yang et al., 2012).
У дослідних і контрольних зразках C. vulgaris ефективність
електронного транспорту відкритими центрами ФСII (Fv'/Fm')
коливалася у межах 0,49—0,57. Це разом з відсутністю лінійного
взаємозв’язку між ФPSII та qL означає, що стан функціональної
Вміст пігментів та фотосинтетична активність
413
активності ФСII обумовлюється, перш за все, рівнем нефотохімічного
гасіння (φNPQ). Зв’язок qL з ФPSII є нелінійним, а значення qL (близько
0,9) свідчать про досить високий рівень окиснення QA. Якщо на першу
та третю добу в усіх дослідних варіантах достовірно (p < 0,05)
знижувалася частка відкритих реакційних центрів, то на сьому добу
відмінностями можна знехтувати.
Важливим механізмом захисту ФСА рослин та водоростей від
фотоінгібування є теплова дисипація надлишкової світлової енергії, яку
оцінюють за параметром нефотохімічного гасіння (NPQ) під час
моніторингу методом індукції флуоресценції хлорофілу (рис. 3).
Той факт, що φNPQ у дослідних варіантах суттєво відрізняється у
варіанті зі спільним використанням Se та Cr (див. таблицю), свідчить
про існування механізмів забезпечення стабільності роботи
фотосинтетичного апарату у C. vulgaris та запобігання його інактивації.
Хоча альтернативні шляхи окиснення пулу QA повинні сприяти
збільшенню ФPSII, вони не завжди призводять до вищих показників
лінійного перенесення електронів (LEF) (Kuhlgert et al., 2016). Зокрема,
дія окремо Селену та сумісно із Селеном та Цинком активує LEF,
поєднання дії солей Селену з Цинком, та особливо із Хромом, навпаки,
має слабко виражений або частково інгібуючий ефект.
Згідно до літературних даних (Genty et al., 1989), ФPSII є добутком qL
і Fv'/Fm', а нестача залежності (у нашому випадку) між ФPSII та qL
означає, що зміни ФPSII обумовлюються показником Fv'/Fm', тобто
ефективністю електронного транспорту відкритими реакційними
центрами та ефективністю первинного перетворення енергії світла у
ФСII (Гольцев и др., 2016). Проте, досліджувані нами іони можуть
впливати на рівень нефотохімічного гасіння (див. рис. 3). Вочевидь, у
випадку, коли імовірність теплової дисипації поглинених квантів
зростає, кількість актів фотохімічного розділення зарядів у реакційному
центрі знижується, що призводить до зниження інтенсивності потоку
електронів, зокрема і LEF (див. таблицю). Рівень нефотохімічного
гасіння у світлозбиральній антені C. vulgaris за спільної дії солей Se та
Cr свідчить про зростання частки розсіювання енергії в СЗКII і,
відповідно, про зниження частки її утилізації, що підтверджується
параметром ІФХ NPQt. Значення мінімальної флуоресценції хлорофілу
(Fо'), які суттєво зростають (p < 0,05) за одночасної дії солей Cr та Se
(контроль — 2727 ± 112,31; Se(IV) + Сr(ІІІ) — 3127±31,57; M±SD), є
підтвердженням того, що зміни відбуваються саме на рівні
світлозбиральних комплексів ФСII (СЗКII). Знижується також
ефективність передачі енергії збудження між пігментами самого СЗК та
на реакційний центр (РЦ) ФСII, що може бути пов’язано із дисоціацією
СЗКII від ядра ФСII (Kramer et al., 2004).
Дані, наведені на рис. 3, свідчать про те, що φNPQ була нижчою у
водоростей, які культивувалися за дії лише солі Se. Нижчий рівень
нефотохімічного гасіння в антені свідчить про менше розсіювання
Боднар О.І. та ін.
414
енергії в СЗКII і, відповідно, зростання утилізації енергії, що
підтверджується вищим значенням параметру ФPSII.
Зважаючи на те, що культивування C. vulgaris відбувалося при
освітленості 2500—2700 лк і про надлишкове світло (енергія якого не
може бути безпечно реалізованою у фотосинтетичних реакціях) мова не
йдеться, вважаємо, що саме присутність іонів металів Zn(ІІ) або Cr(ІІІ)
у середовищі cтала одним з основних чинників часткової інактивації
комплексів ФСII.
Для узагальнення даних і з метою виявлення взаємозв’язків між
усіма змінними та візуалізації кількісних змінних, що корелюють між
собою, використано метод головних компонент (МГК, PCA). У нашому
випадку (рис. 4) перша головна компонента (Фактор 1) описує 54,8%
усієї варіації даних, що стосується біофізичних, а, відтак, і фізіолого-
біохімічних процесів у C. vulgaris. Друга головна компонента (Фактор 2)
охоплює 17,8% дисперсії. Отже, більшу частину (72,6%) усіх реакцій, що
виникли в результаті зміни умов культивування, описують дві
компоненти. У зв’язку з тим, що досліджувані параметри мають певну
чутливість до стресових чинників, вони по-різному вносять свою частку
у формування основних компонент.
Рис. 4. Проекція основних параметрів флуоресценції хлорофілу Сhlorella. vulgaris на
факторну площину за дії натрій селеніту (10 мг Se(IV)/дм3) окремо та спільно з
Zn(ІІ) і Cr(ІІІ) — по 5 мг/дм3; 7-а доба (Phi2 — ФPSII, PhiNPQ — φNPQ та PhiNO —
φNO, FvP.FmP — Fv'/Fm', Chla — хлорофіл а, Chlb — хлорофіл b, Kar — каротиноїди,
Relative. Chlorophyll — відносний вміст хлорофілу (SPAD)
Дані щодо C. vulgaris контрольної групи (позначена як Blank
(Control) займають найбільшу за площею ділянку площини Фактор 1/
Фактор 2 (див. рис. 4). Дослідні варіанти зміщуються по осі координат
Вміст пігментів та фотосинтетична активність
415
(Фактор 1), і це зміщення, зазвичай, вище у водоростей, які знаходяться
за стресових умов. Відхилення від контролю обумовлені в основному
змінними, які формують компоненту Фактор 1. Самі ж досліджувані
флуоресцентні параметри, що характеризують стан ФСII, представлені у
скорельованому вигляді та проектуються на варіанти досліджень.
Негативно скорельовані змінні позиціонуються на протилежному боці
рисунка.
На нашу думку, важливою є тенденція (зокрема, на 7-у добу в
порівнянні з першою) до зменшення розкиду даних (див. рис. 2, 3).
Спостерігаємо наближення верхнього та нижнього квартилів до медіани,
а відтак, зменшення інтерквартильного розмаху. Припускаємо, цей факт
зумовлений тривалістю культивування.
Отже, враховуючи розподіл вибірки в площині Фактор 1/Фактор 2,
який є неоднорідним, можна виділити два відносно добре виокремлені
кластери. Перший включає дані контрольної групи та груп C. vulgaris,
що росли за дії селеніту окремо та солі Se з Zn. Другий кластер —
C. vulgaris — за спільної дії солей Se та Cr. Це означає, що є особливості,
які можуть бути використані як маркери фенотипу (параметри
флуоресценції) для розмежування зразків всередині групи. Таким
маркером (показником) може слугувати параметр NPQt, а відтак і NPQ.
Наразі не має жодного спільного висновку щодо впливу солей
металів чи неметалів на фотосинтетичні процеси у рослин загалом та у
водоростей зокрема, оскільки часто отримані дані різняться щодо одних
і тих самих видів і умов дослідження.
Висновки
Результати досліджень щодо вмісту фотосинтетичних пігментів, змін у
їхньому співвідношенні та функціональної активності фотосинтетичного
апарату свідчать про адаптацію Сhlorella vulgaris до впливу солей Селену,
Цинку і Хрому за умов внесення їх у культуральне середовище в
запропонованих концентраціях. У зв’язку з цим при концентрації
селеніту Se(IV) 10 мг/дм3 окремо та спільно з іонами Zn(ІІ) (5 мг/дм3)
або Сr(ІІІ) (5 мг/дм3) упродовж 7 діб можливе успішне культивування
хлорели з високою продуктивністю культури. Це, у свою чергу, важливо
для отримання збагаченої Селеном та біогенними металами
альгобіомаси у виробництві відповідних біотехнологічно корисних
продуктів.
СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ
Гольцев В.Н., Каладжи Х.М., Паунов М., Баба В., Хорачек Т., Мойски Я., Коцел Х.,
Аллахвердиев С. 2016. Использование переменной флуоресценции хлорофилла
для оценки физиологического состояния фотосинтетического аппарата
растений. Физиол. раст. 63(6): 881—907.
Мусієнко М.М., Паршикова Т.В., Славний П.С. 2001. Спектрофотометричні методи
в практиці фізіології, біохімії та екології рослин. Київ: Фітосоціоцентр. 200 c.
Боднар О.І. та ін.
416
Полищук А.В., Топчий Н.Н., Сытник К.М. 2009. Влияние ионов тяжелых металлов
на перенос электронов на акцепторной стороне фотосистемы ІІ. Доп. НАН
України. 6: 203—210.
Топачевский А.В. 1975. Методы физиолого-биохимического исследования водорослей в
гидробиологической практике. Киев: Наук. думка. 247 с.
Фомішина Р.М., Сиваш О.О., Захарова Т.О., Золотарьова О.К. 2009. Роль хлоро-
філази в адаптації рослин до умов освітлення. Укр. бот. журн. 66(1): 94—102.
Bodnar O.I., Burega N.V., Palchyk A.O., Viniarska H.B., Grubinko V.V. 2016.
Optimization оf Chlorella vulgaris Beij. сultivation іn а bioreactor оf сontinuous аction.
Biotechnol. Acta. 9(4): 42—49.
Bodnar O.I., Kovalska H.B., Grubinko V.V. 2018. Regulation of biosynthesis of lipids in
Chlorella vulgaris by compounds of zinc, chromium and selenium. Regulatory
Mechanisms in Biosystems. 9(2): 267—274.
Chiba M., Kikuchi M. 1984. The in vitro effects of zinc and manganese on delta-
aminolevulinic acid dehydratase activity inhibited by lead or tin. Toxicol. Appl.
Pharmacol. 73(3): 388—394.
Doucha J., Livansky K., Kotrbacek V., Zachleder V. 2009. Production of Chlorella biomass
enriched by selenium and its use in animal nutrition: A review. Appl. Microbiol.
Biotechnol. 83(6): 1001—1008.
Einicker-Lamas M., Mezian G.A., Fernandes T.B., Silva F.L., Guerra F., Miranda K.,
Attias M., Oliveira M.M. 2002. Euglena gracilis as a model for study of Cu2+ and Zn2+
toxicity and accumulation in eukaryotic cells. Environ. Pollut. 120(3): 779—786.
Genty B., Briantais J.-M., Baker R.N. 1989. The relationship between the quantum yield of
photosynthetic electron transport and quenching of chlorophyll fluorescence. Biochim.
Biophys. Acta, Gen. Subj. 990(1): 87—92.
Horcsik Z.T., Kovacs L., Laposi R., Mеszаros I., Lakatos G., Garab G. 2007. Effect of
chromium on photosystem 2 in the unicellular green alga, Chlorella pyrenoidosa.
Photosynthetica. 45(1): 65—69.
Jolliffe I.T. 2002. Principal Component Analysis. New York: Springer-Verlag. 488 p.
Kováčik J., Babula P., Hedbavny J., Krystofova O., Provaznik I. 2015. Physiology and
methodology of chromium toxicity using alga Scenedesmus quadricauda as model
object. Chemosphere. 120: 23—30.
Kramer D., Johnson G., Kiirats O., Edwards G.E. 2004. New fluorescence parameters for
the determination of QA redox state and excitation energy fluxes. Photosynthesis Res.
79(2): 209—218.
Kuhlgert S., Austic G., Zegarac R., Osei-Bonsu I., Hoh D., Chilvers M.I., Roth M.G.,
Bi K., TerAvest D., Weebadde P., Kramer D.M. 2016. Multispe Q Beta: a tool for
large-scale plant phenotyping connected to the open Photosyn Q network. Roy. Soc.
Open Sci. 3(10): 160592.
Kumar K.S., Dahms H.U., Lee J.S., Kim H.C., Lee W.C., Shin K-H. 2014. Algal
photosynthetic response to toxic metals and herbicides assessed by chlorophyll a
fluorescence. Ecotoxicol. Environ. Saf. 104: 51—71.
Kupper H., Setlik I., Spiller M., Frithjof C., Kupper F.C., Prasil O. 2002. Heavy metal
induced inhibition of photosynthesis: targets of in vivo heavy metal chlorophyll
formation. J. Phycol. 38: 429—441.
Вміст пігментів та фотосинтетична активність
417
Lu F., Gang D., Liu W., Zhan D., Wu H., Guo W. 2018. Comparative study of responses
in the brown algae Sargassum thunbergii to zinc and cadmium stress. Chin. J. Oceanol.
Limnol. 36(3): 933—941.
Lukashiv O.Ya., Bodnar O.I., Grubinko V.V. 2017. Accumulation of Chromium and
Selenium inside cells and in lipids of Сhlorella vulgaris Beij. during the incubation
from chromium by sodium chloride and selenium. Int. J. Algae. 19(4): 357—366.
https://doi.org/10.1615/InterJAlgae.v19.i4.60
Maxwell K., Johnson G.N. 2000. Chlorophyll fluorescence — a practical guide. J. Exp. Bot.
51(345): 659—668.
Myers J.A., Curtis B.S., Curtis W.R. 2013. Improving accuracy of cell and chromophore
concentration measurements using optical density. BMC Biophys. 6: 1—4.
Mysliwa-Kurdziel B., Prasad M.V., Strazalaka K. 2004. Photosynthesis in heavy metal stress
plants. In: Heavy Metal Stressed in Plants. New Delhi: Narosa Publ. House. Pp. 146—181.
Nguyen-Deroche T.N., Caruso A., Le T.T., Bui T.V., Schoefs B., Tremblin G., Morant-
Manceau A. 2012. Zinc affects differently growth, photosynthesis, antioxidant enzyme
activities and phytochelatinsynthase expression of four marine diatoms. Sci. World J.
Article ID 982957.
Ou-Yang H.L., Kong X.Z., He W., Qin N., He Q.S., Wang Y., Wang R., Xu F.L. 2012.
Effects of five heavy metals at sublethal concentrations on the growth and
photosynthesis of Chlorella vulgaris. Chin. Sci. Bull. 57: 3363—3370.
Pandey U., Pandey J. 2008. Enhanced production of high-quality biomass, delta-
aminolevulinic acid, bilipigments, and antioxidant capacity of a food alga Nostoc
hopsislobatus. Appl. Biochem. Biotechnol. 150(2): 221—231.
Petrovic J., Nikolic G., Markovic D. 2006. In vitro complexes of copper and zinc with
chlorophyll. J. Serb. Chem. Soc. 71(5): 501—512.
Pospisil P. 2016. Production of reactive oxygen species by photosystem II as a response to
light and temperature stress. Front. Plant Sci. 7: 1950.
Rocchetta I., Kupper H. 2009. Chromium- and copper-induced inhibition of photosynthesis
in Euglena gracilis analysed on the single-cell level by fluorescence kinetic microscopy.
New Phytol. 182(2): 405—420.
Rodriguez M.C., Barsanti L., Passarelli V., Evangelista V., Conforti V., Gualtieri P. 2007.
Effects of chromium on the photosynthetic and photoreceptive apparatus of the alga
Chlamydomonas reinhardtii. Environ. Res. 105(2): 234—239.
Sun X., Zhong Y., Huang Z., Yung Y. 2014. Selenium accumulation in unicellular green
algae Chlorella vulgaris and its effects on antioxidant enzymes and content of
photosynthetic pigments. PLoS ONE. 29(11): 1—8.
Zemri K., Amar Y., Boutiba Z., Zemri M., Popovic R. 2012. Use of chlorophyll
fluorescence to evaluate the effect of chromium on activity photosystem II at the alga
Scenedesmus obliquus. Int. J. Res. Rev. Appl. Sci. 2(2): 304—314.
Zhou Z., Li P., Liu Z., Liu X. 1997. Study on the accumulation of selenium and its binding
to the proteins, polysaccharides and lipids from Spirulina maxima, S. platensis and
S. subsalsa. Oceanol. Limnol. Sin. 28(4): 363—370.
Надійшла 24.02.2019
Підписала до друку О.К. Золотарьова
Боднар О.І. та ін.
418
REFERENCES
Bodnar O.I., Burega N.V., Palchyk A.O., Viniarska H.B., Grubinko V.V. 2016.
Optimization оf Chlorella vulgaris Beij. сultivation іn а bioreactor оf сontinuous аction.
Biotechnol. Acta. 9(4): 42—49.
Bodnar O.I., Kovalska H.B., Grubinko V.V. 2018. Regulation of biosynthesis of lipids in
Chlorella vulgaris by compounds of zinc, chromium and selenium. Regulatory
Mechanisms in Biosystems. 9(2): 267—274.
Chiba M., Kikuchi M. 1984. The in vitro effects of zinc and manganese on delta-
aminolevulinic acid dehydratase activity inhibited by lead or tin. Toxicol. Appl.
Pharmacol. 73(3): 388—394.
Doucha J., Livansky K., Kotrbacek V., Zachleder V. 2009. Production of Chlorella biomass
enriched by selenium and its use in animal nutrition: A review. Appl. Microbiol.
Biotechnol. 83(6): 1001—1008.
Einicker-Lamas M., Mezian G.A., Fernandes T.B., Silva F.L., Guerra F., Miranda K.,
Attias M., Oliveira M.M. 2002. Euglena gracilis as a model for study of Cu2+ and Zn2+
toxicity and accumulation in eukaryotic cells. Environ. Pollut. 120(3): 779—786.
Fomishyna R.M., Syvash O.O., Zakharova T.O., Zolotareva O.K. 2009. The role of
chlorophyllase in the adaptation of plants to lighting conditions. Ukr. Bot. J. 66(1):
94—102.
Genty B., Briantais J.-M., Baker R.N. 1989. The relationship between the quantum yield of
photosynthetic electron transport and quenching of chlorophyll fluorescence. Biochim.
Biophys. Acta, Gen. Subj. 990(1): 87—92.
Goltsev V.N., Kaladzhi Kh.M., Paunov M., Baba V., Khorachek T., Moiski J., Kocel H.,
Allahverdiev S. 2016. Using variable chlorophyll fluorescence to assess the
physiological state of the photosynthetic apparatus of plants. Rus. J. Plant Physiol.
63(6): 881—907.
Horcsik Z.T., Kovacs L., Laposi R., Mеszаros I., Lakatos G., Garab G. 2007. Effect of
chromium on photosystem 2 in the unicellular green alga, Chlorella pyrenoidosa.
Photosynthetica. 45(1): 65—69.
Jolliffe I.T. 2002. Principal Component Analysis. New York: Springer-Verlag. 488 p.
Kováčik J., Babula P., Hedbavny J., Krystofova O., Provaznik I. 2015. Physiology and
methodology of chromium toxicity using alga Scenedesmus quadricauda as model
object. Chemosphere. 120: 23—30.
Kramer D., Johnson G., Kiirats O., Edwards G.E. 2004. New fluorescence parameters for
the determination of QA redox state and excitation energy fluxes. Photosynthesis Res.
79(2): 209—218.
Kuhlgert S., Austic G., Zegarac R., Osei-Bonsu I., Hoh D., Chilvers M.I., Roth M.G., Bi
K., TerAvest D., Weebadde P., Kramer D.M. 2016. Multispe Q Beta: a tool for large-
scale plant phenotyping connected to the open Photosyn Q network. Roy. Soc. Open
Sci. 3(10): 160—592.
Kumar K.S., Dahms H.U., Lee J.S., Kim H.C., Lee W.C., Shin K.-H. 2014. Algal
photosynthetic response to toxic metals and herbicides assessed by chlorophyll a
fluorescence. Ecotoxicol. Environ. Saf. 104: 51—71.
Вміст пігментів та фотосинтетична активність
419
Kupper H., Setlik I., Spiller M., Frithjof C., Kupper F.C., Prasil O. 2002. Heavy metal
induced inhibition of photosynthesis: targets of in vivo heavy metal chlorophyll
formation. J. Phycol. 38: 429—441.
Lu F., Gang D., Liu W., Zhan D., Wu H., Guo W. 2018. Comparative study of responses
in the brown algae Sargassum thunbergii to zinc and cadmium stress. Chin. J. Oceanol.
Limnol. 36(3): 933—941.
Lukashiv O.Ya., Bodnar O.I., Grubinko V.V. 2017. Accumulation of Chromium and
Selenium inside cells and in lipids of Сhlorella vulgaris Beij. during the incubation
from chromium by sodium chloride and selenium. Int. J. Algae. 19(4): 357—366.
https://doi.org/10.1615/InterJAlgae.v19.i4.60
Maxwell K., Johnson G.N. 2000. Chlorophyll fluorescence — a practical guide. J. Exp. Bot.
51(345): 659—668.
Musienko M.M., Parshikova T.V., Slavnyi P.S. 2001. Spectrophotometric methods in the
practice of physiology, biochemistry and ecology of plants. Kyiv: Phytosociocenter Press.
200 p.
Myers J.A., Curtis B.S., Curtis W.R. 2013. Improving accuracy of cell and chromophore
concentration measurements using optical density. BMC Biophysics. 6: 1—4.
Mysliwa-Kurdziel B., Prasad M.V., Strazalaka K. 2004. In: Heavy Metal Stressed in Plants.
New Delhi: Narosa Publ. House. Pp. 146—181.
Nguyen-Deroche T.N., Caruso A., Le T.T., Bui T.V., Schoefs B., Tremblin G., Morant-
Manceau A. 2012. Zinc affects differently growth, photosynthesis, antioxidant enzyme
activities and phytochelatinsynthase expression of four marine diatoms. Sci. World J.
Article ID 982957.
Ou-Yang H.L., Kong X.Z., He W., Qin N., He Q.S., Wang Y., Wang R., Xu F.L. 2012.
Effects of five heavy metals at sublethal concentrations on the growth and
photosynthesis of Chlorella vulgaris. Chin. Sci. Bull. 57: 3363—3370.
Pandey U., Pandey J. 2008. Enhanced production of high-quality biomass, delta-
aminolevulinic acid, bilipigments, and antioxidant capacity of a food alga Nostoc
hopsislobatus. Appl. Biochem. Biotechnol. 150(2): 221—231.
Petrovic J., Nikolic G., Markovic D. 2006. In vitro complexes of copper and zinc with
chlorophyll. J. Serb. Chem. Soc. 71(5): 501—512.
Polishchuk A.V., Topchiy N.N., Sytnik K.M. 2009. The influence of heavy metal ions on
electron transfer on the acceptor side of photosystem II. Rep. NAS Ukr. 6: 203—210.
Pospisil P. 2016. Production of reactive oxygen species by photosystem II as a response to
light and temperature stress. Front. Plant Sci. 7: 1950.
Rocchetta I., Kupper H. 2009. Chromium- and copper-induced inhibition of photosynthesis
in Euglena gracilis analysed on the single-cell level by fluorescence kinetic microscopy.
New Phytol. 182(2): 405—420.
Rodriguez M.C., Barsanti L., Passarelli V., Evangelista V., Conforti V., Gualtieri P. 2007.
Effects of chromium on the photosynthetic and photoreceptive apparatus of the alga
Chlamydomonas reinhardtii. Environ. Res. 105(2): 234—239.
Sun X., Zhong Y., Huang Z., Yung Y. 2014. Selenium accumulation in unicellular green
algae Chlorella vulgaris and its effects on antioxidant enzymes and content of
photosynthetic pigments. PLoS ONE. 29(11): 1—8.
Topachevsky A.V. 1975. Methods of physiological and biochemical studies of algae in
hydrobiological practice. Kiev: Naukova Dumka Press. 247 p. [Rus.]
Боднар О.І. та ін.
420
Zemri K., Amar Y., Boutiba Z., Zemri M., Popovic R. 2012. Use of chlorophyll
fluorescence to evaluate the effect of chromium on activity photosystem II at the alga
Scenedesmus obliquus. Int. J. Res. Rev. Appl. Sci. 2(2): 304—314.
Zhou Z., Li P., Liu Z., Liu X. 1997. Study on the accumulation of selenium and its binding
to the proteins, polysaccharides and lipids from Spirulina maxima, S. platensis and
S. subsalsa. Oceanol. Limnol. Sin. 28(4): 363—370.
Algologia 2019, 29(4): 404—420
https://doi.org/10.15407/alg29.04.404
Bodnar O.I.1, Herts A.I.1, Herts N.V.2, Grubinko V.V.1
Volodymyr Hnatiuk Ternopil National Pedagogical University,
2 M. Kryvonosa Str., Ternopil 46027, Ukraine
1Department of General Biology and Methods of Teaching Natural Sciences,
2Department of Botany and Zoology
THE CONTENT OF PIGMENTS AND PHOTOSYNTHETIC ACTIVITY OF CHLORELLA
VULGARIS BEIJERINCK (CHLOROPHYTA) WHEN EXPOSED TO SODIUM SELENITE,
ZINC SULPHATE, AND CHROMIUM CHLORIDE
The content of photosynthetic pigments, their ratio and primary photosynthesis processes in
Chlorella vulgaris were investigated by the combined and separate action of salts of trace
elements Selenium (sodium selenite), Zinc (zinc sulfate) and Chromium (chromium
chloride). The tendency to increase the total content of chlorophylls a and b and
carotenoids with all options for the impact of trace elements was revealed. The combined
action of Selenium and Zinc demonstrated the most noticeable effect. At the same time, the
chlorophyll a/b ratio decreased as a result of the increase in the chlorophyll b content.
As the chlorophyll fluorescence induction parameters changed, the level of non-
photochemical chlorophyll quenching (NPQt) in the joint action of the salts of Selenium
and Chromium increased. However, an increase in the relative content of chlorophyll and a
slight change in the probable rate of loss of linear electron flow (LEF) in the action of the
studied salts reveal the functioning of mechanisms to ensure the stability of the
photosynthetic apparatus in C. vulgaris and prevent its inactivation.
K e y w o r d s : Chlorella vulgaris, pigments, Selenium, Zinc, Chromium, fluorescence
chlorophyll induction
|