Rola procesu fotomodyfikacji w toksycznym oddziaływaniu policyklicznych węglowodorów aromatycznych na mikroglony Scenedesmus armatus

• Autorzy: Aksmann A. , Boryn K. , Tukaj Z.

Warianty tytułu

EN

The role of photomodyfication in toxicity of policyclic aromatic hydrocarbons to microalgae Scenedesmus armatus

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W 24-godzinnych testach badano wpływ antrachinonu (ANTQ) i fenantrenochinonu (PHEQ) na populację Scenedesmus armatus, napowietrzaną 0,1% lub 2% CO₂. Wyznaczono współczynnik EC₅₀ dla ANTQ (0,56 mg·dm⁻³) oraz PHEQ (0,1 mg·dm⁻³); stężenia te stosowano w dalszych badaniach. W kulturach napowietrzanych 0,1% CO₂, antrachinon nie wpływał na fotosyntezę i zawartość karotenoidów, stymulował oddychanie i aktywność dysmutazy ponadtlenkowej (SOD) oraz nieznacznie redukował zawartość chlorofili. Podwyższenie stężenia CO₂ do 2% podniosło toksyczność ANTQ i PHEQ - liczebność populacji osiągała jedynie 24% kontroli. ANTQ hamował oddychanie oraz aktywność SOD, niemal całkowicie blokował fotosyntezę i silnie redukował zawartość barwników fotosyntetycznych. W obydwu wariantach stężenia CO₂ PHEQ stymulował oddychanie, redukował intensywność fotosyntezy oraz zawartość chlorofili i karotenoidów. Wzrost aktywności SOD był wyraźniej widoczny w kulturach napowietrzanych 2% CO₂. Uzyskane wyniki wskazują, iż proces fotomodyfikacji fenantrenu prowadzi do drastycznego wzrostu toksyczności tego związku, podczas gdy toksyczny wpływ antrachinonu jest dwukrotnie mniejszy w porównaniu z antracenem. Niekorzystne działanie zarówno ANTQ jak i PHEQ jest prawdopodobnie skutkiem stresu oksydacyjnego, manifestującego się wyraźniej w intensywnie rosnących kulturach napowietrzanych 2% CO₂.

EN

The effects of anthraquinone (ANTQ) and phenanthrenequinone (PHEQ) on Scenedesmus armatus cells were examined in 24-h tests. Cells were grown in a batch culture system at low (0.1%) and elevated (2%) CO₂ concentrations. We found that ANTQ was less toxic to the algae (EC₅₀= 0.56 mg·dm⁻³) than PHEQ (EC₅₀= 0.1 mg·dm⁻³). In cultures aerated with 0.1% CO₂, ANTQ at 0.56 mg·dm⁻³ had no influence on photosynthesis and content of carotenoids, while dark respiration and superoxide dismutase (SOD) activity were stimulated. Chlorophyll a and b content was reduced only slightly. At 2% CO₂ the toxicity of ANTQ and PHEQ markedly increased. At 2% CO₂ ANTQ inhibited respiration and SOD activity, almost completely blocked growth and photosynthesis and strongly lowered chlorophyll content. Regardless of CO₂ concentration, PHEQ inhibited photosynthesis and diminished chlorophyll content, while respiration was stimulated. PHEQ stimulated the total SOD activity and this effect was generally higher at elevated CO₂. The results obtained suggest, that the toxicity of phenanthrene significantly increases after photomodyfication, while antraquinone is two times less toxic than anthracene. The harmful influence of both ANTQ and PHEQ probably resulted from oxidative stress, especially noted in the intensively growing cultures aerated with 2% CO₂.

• Wydawca: -
• Czasopismo: Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych
• Rocznik: 2004
• Tom: 496
• Numer: 2
• Opis fizyczny: s.439-448,tab.,wykr.,bibliogr.

Twórcy

autor

Aksmann A.

• Katedra Fizjologii Roślin, Uniwersytet Gdański, Al.Piłsudzkiego 46, 81-378 Gdynia

autor

Boryn K.

• Katedra Fizjologii Roślin, Uniwersytet Gdański, Al.Piłsudzkiego 46, 81-378 Gdynia

autor

Tukaj Z.

• Katedra Fizjologii Roślin, Uniwersytet Gdański, Al.Piłsudzkiego 46, 81-378 Gdynia

Bibliografia

• Abarzua S., Wittenburg E., Arndt H. 1984. The effect of 3,4-benzopyrene on the photosynthetic and respiratory intensity of the green alga Scenedesmus quadricauda. Algol. Stud. 35: 213-229.
• Aksmann A., Tukaj Z. 1999. Wpływ antracenu i fenantrenu na glony Scenedesmus armatus (Chlorophyta) w zależności od natężenia napromieniowania PAR. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 469: 279-284.
• Arey J., Harger W.P., Helmig D. Atkinson R. 1992. Bioassay-directed fractionaction of mutagenic PAH atmospheric photooxidation products and ambient particulate ekstracts. Mutat. Res. 281: 67-76.
• Babu T.S., Marder J.B., Tripuranthakam S., Dixon D.G., Greenberg B.M. 2001. Synergistic effects of a photooxidized polycyclic aromatic hydrocarbon and copper on photosynthesis and plant growth: evidence that in vivo formation of reactive oxygen species is a mechanism of copper toxicity. Environ. Toxicol. Cliem. 20: 1351-1358.
• Beauchamp C., Fridowich I. 1971. Superoxide dismutase: Improved assays and an assays applicable to acrylamide gels. Anal. Biochem. 44: 276-287.
• Bradford M.M. 1976. A rapid and sensitive method for the quantification of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding. Anal. Biochem. 72: 248-254.
• Huang X.-D., Dixon D.G., Greenberg B.M. 1993. Impacts of ultraviolet radiation and photomodyfication on the toxicity of polycyclic aromatic hydrocarbons to the higher plant Lemna gibba L. G-3 (duckweed). Environ. Toxicol. Chem. 12: 1067-1077.
• Huang X-D., McConkey B.J., Babu T.S., Greenberg B.M. 1997. Mechanisms of photo-induced toxicity of photomodyfied anthracene to plants: inhibition of photosynthesis in the aquatic higher plant Lemna gibba (duckweed). Environ. Toxicol. Chem. 16: 1707-1715.
• Jeffrey S.W., Humphrey G.F. 1975. New spectrophotometric equations for determining chlorophylls a, b, c₁, and c₂ in higher plants, algae and natural phytoplankton. Biochem. Physiol. Pflanzen 167: 191-194.
• Krylov S.N., Huang X-D., Zeiler L.F., Dixon D.G., Greenberg B.M. 1997. Mechanistic quantitative structure-activity relationship model for the photoinduced toxicity of polycyclic aromatic hydrocarbons: I. Physical model based on chemical kinetics in a two-compartment system. Environ. Toxicol. Chem. 16(11): 2283-2295.
• Kusk K.O.1981. Comparison of the effects of aromatic hydrocarbons on a laboratory alga and natural phytoplankton. Bot. Mar. 24: 611-613.
• Larson R.A., Berenbaum M.R. 1988. Environmental phototoxicity. Environ. Sci. Technol. 22: 354-360.
• Lichtenthaler H.K., Wellburn A.K. 1983. Determinations of total carotenoids and chlorophylls a and b of leaf extracts in differents solvents. Biochem. Soc. Transactions 11: 591-592.
• Mallakin A., McConkey B.J., Miao G., McKibben B., Snieckus V., Dixon D.G., Greenberg B.M. 1999. Impacts of structural photomodification on the toxicity of environmental contaminants: anthracene photooxidation products. Ecotoxicol. Environ. Saf. 43: 204-212.
• Marwood A.Ch., Smith R.E.H., Solomon K.R., Murray N.Ch., Greenberg B.M. 1999. Intact and photomodyfied polycyclic aromatic hydrocarbons inhibit photosynthesis in natural assemblages of Lake Erie phytoplankton exposed to solar radiation. Ecotoxicol. Environ. Saf. 44: 322-327.
• McConkey B.J., Duxbury C.L., Dixon D.G., Greenberg B.M. 1997. Toxicity of a PAH photooxidation product to the bacteria Photobacterium phosphoreum and the duckweed Lemna gibba: effects of phenanthrene and its primary photoproduct, phenanthrenequinone. Environ. Toxicol. Chem. 16: 892-899.
• Nichols W.H., Bold H.C. 1965. Trichosarcina polymorpha Gen. et Sp. Nov. J. Phycol. 1: 34-38.
• Nikolaou K., Masclet P., Mouvier G. 1984. Sources and chemical reactivity of polynuclear aromatic hydrocarbons in the atmosphere - A critical review. Sci. Total Environ. 32: 103-132.
• Witt G. 2002. Occurrence and transport of polycyclic aromatic hydrocarbons in the water bodies of the Baltic Sea. Mar. Chem. 79: 49-66.