Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Krótkoczasowa ekspozycja glonów słodkowodnych na organiczne związki ołowiu – nieinwazyjne badania elektryczne i luminescencyjne

Borc R., Jaśkowska A., Dudziak A.

Inżynieria Ekologiczna

|

2016

|

Nr 50

26--35

PL

W pracy zastosowano dwie różne biofizyczne metody badawcze celem sprawdzenia czy są one dostatecznie czułe na wykrywanie absorpcji jonów metali ciężkich przez makrofity wodne (makroalgi Nitellopsis obtusa) w krótkim czasie po ich ekspozycji na działanie tych jonów. Obie techniki pomiarowe są całkowicie nieinwazyjne, dzięki czemu można je stosować in vivo. Pierwsza z tych technik to monitorowanie parametrów elektrycznych roślin za pomocą zmiennoprądowego mostka elektrycznego przy użyciu czterech elektrod zewnętrznych w roztworze (dwóch napięciowych i dwóch prądowych). Druga technika pomiarowa polega na rejestracji ultrasłabego (niewidzialnego gołym okiem) promieniowania elektromagnetycznego (UWL) z tych roślin w zakresie od bliskiego ultrafioletu poprzez przedział widzialny do bliskiej podczerwieni. Do badań testowych użyto dwóch organicznych związków ołowiu, tj. octanu ołowiu i chlorotrimetyloołowiu. Zmiany wartości parametrów elektrycznych jak i natężenia emisji fotonowej roślin świadczyły o poborze ołowiu przez rośliny z zanieczyszczonego środowiska. Możliwa była ocena czasu, po którym występowała absorpcja ołowiu powodująca zmiany w komórkach roślinnych na poziomie błon komórkowych, jak i oszacowanie tego poboru, który zależał od zastosowanego stężenia organicznych związków ołowiu. Wyniki badań pokazały interesującą zależność, a mianowicie, dla małych stężeń organicznych związków ołowiu w środowisku, tj. poniżej 1 mM, w czasie 5-cio godzinnej ekspozycji roślin na ich działanie, widoczne były wyraźne zmiany parametrów elektrycznych komórek roślinnych, podczas gdy ultrasłaba luminescencja tych roślin pozostawała na stałym poziomie. Przykładowo dla octanu ołowiu, potencjał spoczynkowy błony komórkowej w zakresie stężeń 0–100 mM zmieniał się od -140 mV do -175 mV, a rezystancja błony wzrastała 1,5 razy w stosunku do wartości wyjściowej dla stężeń od 12 do 50 mM. Dla stężeń związków ołowiu powyżej 1 mM, metoda elektryczna okazywała się mało przydatna, gdyż pojedyncze komórki ulegały szybkiemu załamywaniu się w trakcie pomiarów. Intensywność ultrasłabego „świecenia” roślin dla wyższych stężeń octanu ołowiu dochodzących do 10 mM wzrastała gwałtownie (nawet czterokrotnie) w okresie pierwszych 20 minut ekspozycji. Natomiast dla chlorotrimetyloołowiu efekt wzrostu UWL był bardzo łagodny i następował dopiero po około 40 minutach od momentu ekspozycji. Tak duże stężenia związków organicznych ołowiu w środowisku są czynnikiem wywołującym szok, stres organizmów roślinnych. Związany jest on najprawdopodobniej z gwałtowną erupcją wolnych rodników prowadzącą do peroksydacji lipidów i nieodwracalnymi zmianami letalnymi, jak sugeruje wielu autorów w literaturze naukowej. Szczegółowe badania biochemiczne w tym zakresie mogłyby pomóc w rozstrzygnięciu tego problemu.

EN

In this paper the non-invasive biophysical methods were applied to assess the organic lead compounds absorption by freshwater algae Nitellopsis obtusa. Two biophysical techniques were used: the electrical method AC bridge with four external electrodes and the luminescent with the registration of ultraweak photon radiation emitted by plants. They allow to study the electrical and luminescent cell membrane properties. Research was performed with the lead acetate and trimethyllead chloride to verify whether algae cells were able to absorb Pb ions from water medium contaminated by these compounds. When the concentration of lead acetate solution increased up to 0–100 mM the membrane resting potential changed from -140 mV to -175 mV. On the other hand, the electrical resistance of cell membrane (for 12–50 mM) increased with exposure time exceeding its starting value up to 1.5 times. In contrast to these electrical changes, the intensity of ultraweak luminescence was constant at concentrations below 1 mM lead acetate. These results with comparison of literature data can suggest that there was no lipid peroxidation in cell membranes for such organic lead compound concentrations. Chemiluminescent responses of algae were observed in the first 5 hours of experiments for lead concentration higher than 1mM. The luminescence intensity increased immediately for both reagents, but no more than 4 times for concentrations of 1–10 mM lead acetate. For tetramethyl-lead chloride, the luminescence intensity started to increase slowly about 40 minutes after injection. These results with comparison of literature data may suggest lipid peroxidation in cell membrane for higher, toxic lead concentrations. It means that higher concentrations of lead can trigger lethal processes in the living cells. We conclude that the return of the electrical and chemiluminescent plant parameters to the starting values (before the action of lead ions) can indicate whether living cells are able to cope with detoxifying from heavy metals and whether they can survive when exposed to certain concentration of lead compounds. Algae of Nitellopsis obtusa in the first stage of exposure (5 hours) are able to accumulate organic compounds of lead without essential perturbations only up to specified concentrations (for example 1 mM of lead acetate). For higher lead content, an increase of ultraweak luminescence occurred which was probably associated with free radical productions and lipid peroxidation, as many researchers suggested.

2

Comparing effect of phytoplankton and a charophyte on calcite precipitation in lake water: experimental approach

Kufel L., Rymuza K.

Polish Journal of Ecology

|

2014

|

Vol. 62, nr 3

431--439

EN

Primary producers are able to strongly affect calcium budget in hardwater lakes. The relative contribution of phytoplankton and charophytes to water decalcification (by precipitation of calcium carbonate) is, however, unclear. In this study we checked the effect of natural phytoplankton community and a charophyte (Nitellopsis obtusa) on the decline of calcium concentration in experimental outdoor conditions. The experiment was carried out in original lake water and two variants of enrichment with inorganic nitrogen and phosphorus to test the changing efficiency in decalcification by both primary producers. At low nutrient concentrations, N. obtusa was responsible for calcium decline in original lake water by 12 mg Ca+2 dm-3 during 20 days of experiment. In these conditions the effect of phytoplankton was negligible. In lake water enriched with nutrients, the exponential growth of phytoplankton led to the decrease of calcium concentration from initial 35 mg Ca+2 dm-3 to 9 mg Ca+2 dm-3 in the same time period. The maximum effect of N. obtusa was the same as in original lake water but manifested itself earlier to decline in the end of experiment. Supersaturation of water with calcium carbonate was always more than threefold and saturation index reached 27 in mixed cultures of phytoplankton and N. obtusa in lake water enriched with nutrients. In this context we hypothesise on a possible role of charophytes as nucleation sites necessary for calcite precipitation. Based on our own and literature data we also discuss expected immobilisation of phosphate incorporated in calcite precipitated by the growth of phytoplankton and N. obtusa.

3

Carbon dynamics in hardwater lake: effect of charophyte biomass on carbonates deposition

Pukacz A., Pełechaty M., Frankowski M.

Polish Journal of Ecology

|

2014

|

Vol. 62, nr 4

695--705

EN

The photosynthetic activity of phytoplankton (in pelagial) and macrophytes (in littoral) is considered to be one of the main factors affecting the carbon cycle in lakes. This concerns in particular hardwater ecosystems, where most of the carbon is available in the form of Ca- or Mg-bicarbonates. In such ecosystems charophytes (macroscopic green algae, forming dense meadows) are regarded as the most effective carbonate producer due to the HCO3 — utilization and the formation of thick CaCO3/sub> encrustations. Calcium carbonate and biomass production of charophytes were studied in a small and shallow charophyte-dominated Lake Jasne (Western Poland). Fresh and dry weight of plants, percentage contribution of calcium carbonate and production of CaCO3 per 1 m2 were studied at three depths (1, 3 and 5 m) in three sample sites (each sampled area − 0.04 m2). Additionally, physical-chemical parameters of water samples were studied. It was found that the dry weight of charophytes and the values of calcium carbonate were similar for all sites but varied for depth of sampling. The dry weight exceeded 2000 g m-2 (average 1165 g m-2) at the most shallow sample sites. CaCO3 encrustations constituted from 39.5% at the depth of 5m, to over 82% of the charophyte dry weight at the depth of 1m. The maximum and average values of carbonates precipitated by charophytes were 1696 g m-2 and 891 g m-2, respectively, and exceeded results reported so far. The results of physical-chemical analyses revealed no statistically significant differences between all the sample sites. Nevertheless, distinct correlations were found between dry weight of charophytes, carbonates precipitated by charophytes and some physical-chemical properties of water from the sample sites. The results highlight the habitat engineering role of charophytes, evidenced in particular by great amounts of biomass influencing sedimentary processes and biogeochemical cycle within littoral zone.