STRUCTURAL ADAPTATIONS OF CELLULAR WALLS OF AQUATIC PLANTS TO THE ACTION OF IONS OF ZINC AND LEAD

V. V. Grubinko, К. V. Kostyuk

Abstract


Main specific and nonspecific cells responses and membrane structures participation in formation of cells resistance in stress conditions, caused by heavy metals (chlorella, waterweed, duckweed) in toxic concentrations are analyzed. The cell membranes participation in adaptation to toxicants (formation of growths, multiplication, fluidization, forming of aquaporin, apoptosis), which are first exposed to stressors, is discussed. Found specific and nonspecific reactions in membrane formation are proposed to use as biomarkers of toxicity.  The primary response of cells of aquatic plants to the action of toxicants is largely determined by changes in the cell wall. Primary reactions to stress of the outer membranes are membrane ruptures and repair, animation and fluidization, formation of aquaporin. We identified the relationship between the resistance of cells to various toxicants and state of their external walls; this allows us to assert that the stability of the cell membrane is an integral factor in ensuring the sustainability of water plants to adverse environmental conditions. Generating of membranous structures in plant cells by aqueous environment can serve as a biomarker of degradation of such environment. The advantage of these identified effects as a biomarker could be their early identification ability.

Key words: ions, adaptation, algae, cell wall, zinc, lead.

Full Text:

PDF

References


Арсан О.М. Нова концепція в гідроекології – нові можливості системної оцінки негативних впливів на екосистеми // Гидробиол. журн. – 2010. – Т. 46, № 2. – С. 115–118.

Блюма Д.А. Аквапорини рослин // Физиология и биохимия культурных растений. – 2006. – Т. 38, № 5. – С. 396–404.

Веселова Т.В. Веселовский В.А., Чернавский Д.С. Стресс у растений (Биофизический подход). – М.: РАН, 1993. – 144 с.

Гандзюра В.П., Грубінко В.В. Концепція шкодочинності в екології. – Київ-Тернопіль: Вид-во ТНПУ ім. Володимира Гнатюка, 2008. – 144 с.

Грубинко В.В. Регуляторная роль металлов в адаптации гидробионтов: эволюционно-экологические аспекты // Совр. пробл. физиол. и биохим. водных организмов: III Межд. конф., (Петрозаводск, Республика Карелия, Россия, 22-26 июня 2010 г.): тез. докл. – Петрозаводск: Ин-т биологии Карельского НЦ РАН, 2010. – С. 43–46.

Грубінко В.В. Принципи описання стану біо-, еко- систем // Наук. запис. Терноп. нац. пед. ун–ту ім. Володимира Гнатюка. Сер. Біологія. Спец. випуск „Гідроекологія”. – 2010. – № 2(43). – С. 123–136.

Грубинко В.В., Костюк К.В. Структурные изменения в клеточных мембранах водных растений при действии токсических веществ // Гидробиол. журн. – 2011. – Т. 47, № 6. – С. 43–58.

Давыдова С.Л., Тагасов В.И. Тяжелые металлы как супертоксиканты XXI века : учебн. пос. – М.: МГУ, 2002. –140 с.

Костюк К.В., Грубинко В.В. Роль мембранных АТФ-аз в адаптации гидробионтов к факторам водной среды // Гидробиол. журн. – 2010а. – Т. 46, № 4. – С. 49–62.

Костюк К., Грубінко В. Вплив іонів цинку, свинцю та дизельного палива на ліпідний склад мембран клітин водних рослин // Віснику Львівського університету. Серія біологічна. – 2010б. – Вип. 54. – С. 257–264.

Кулинский В.И. Активные формы кислорода и окислительные модификации макромолекул: польза, вред и защита // Соросовский образов. журн. – 1999. –№ 1. – С. 56–63.

Методы физиолого-биохимического исследования водорослей в гидробиологической практике / под ред. А.В. Топачевского. – Киев: Наукова думка, 1975. – 247 с.

Мосин О.В. О феномене клеточной адаптации к тяжелой воде [Електорнный ресурс]. Режим доступа: htth://www.gaudeamus.omskcity.com.

Патологические анатомия и физиология / Ультраструктурная патология клетки [Електронный ресурс]. Режим доступа: http://www.nedug.ru/library/doc.aspx?item=34099

Пахомова В.М. Основные положения современной теории стресса и неспецифический адаптационный синдром у растений // Цитология. – 1995. – Т. 37, Вып. 1-2. – С. 66–87.

Уголев А.М. Принципы организации и эволюции биологических систем // Журнал эволюц. биохим. и физиол. – 1989. – Т. 25, № 2. – С. 215–233.

Финдлей Дж., Эванз У. Биологические мембраны. – М.: Мир; 1990. – 423 с.

Чиркова Т.В. Клеточные мембраны и устойчивость растений к стрессовым воздействиям // Соросовский образов. журн. – 1997. – № 9. – С. 12–17.

Broda B. Metody histochemii roslinnej. – Warszawa: Panstwowy zaklad wydawnictw lekarskich, 1971. – 255 p.

Ito H., Hanyaku H., Harada T., Tanaka S. Fine structure in ascosporogenesis of freeze-substituted Arthroderma simii // Revista Iberoamericana de Micologia (Bilbao, Spain). – 2000. – Ap. 699, E-48080. – P. 13–16.

Mehrle P.M., Bergmann H.L. Biomarkers: Biochemical, Physiological, Histological Markers of Anthropogenic Stress. – Lewis: Boca Raton, FL, USA, 2002. – Р. 211–234.

Tiwari S.C., Polito V.S., Webster B.D. In dry pear (Pyrus communis L.) pollen, membranes assume a tightly packed multilamellate aspect that disappears rapidly upon hydration // Protoplasma. – 1990. – Vol. 153, № 3. – Р. 157–168.

Thewke D., Kramer M., Sinensky M. S. Transcriptional homeostatic control of membrane lipid composition // Biochem. Biophys. Res. Commun. – 2003. – Vol. 273. – Р. 1–4.

REFERENCES

Arsan, O.M. (2010). New conception in a hydroecology: is new possibilities of system estimation of negative influences on the ecosystems. Hydrobiolog. J., 46(2), 115-118.

Blooma, D.A. (2006). Plants aquaporins. Physiologi and biochemistry of cultural plants, 38(5), 396-404.

Broda, B. (1971). Metody histochemii roslinnej. Warszawa: Panstwowy zaklad wydawnictw lekarskich.

Chirkova, T.V. (1997). Cellular membranes and stability of plants to stress influences. Sorosovskiy obrazovatelniy J., (9), 12–17.

Findley, G., & Evans, U. (1990). Biological membranes. Мoscow: Mir.

Davydova, S.L., & Tagasov, V.I. (2002). Heavy metals as supertoxicants XXI of century. Moscow: MSU.

Gandzyura, V.P., & Grubinko, V.V. (2008). Concept of harmfulness in ecology. Ternopil: Publ. V. Hnatiuk Ternopil National Pedagogical.

Grubinko, V.V. (2010). A regulator role of metals is in adaptation of aquatic organisms: evolutional and ecological aspects. Current problems of physiology and biochemistry of aquatic organisms: Proceedings of the III International Conference (June 22-26, 2010), Petrozavodsk, Republic of Karelia, Russia.

Grubinko, V.V. (2010). Principles characterizing states of bio-, eko- systems. Naukovi zapiski ternopilskogo universiteta V. Hnatyuka. Biology series, 2(43), 123–136.

Grubinko, V.V., & Kostiuk, K.V. (2012). Structural Changes in the Cellular Membranes of the Aquatic Plants under the Impact of Toxic Substances. Hydrobiol. J., 48(2), 40-54.

Ito, H., Hanyaku, H., Harada, T., & Tanaka, S. (2000). Fine structure in ascosporogenesis of freeze-substituted Arthroderma simii. Revista Iberoamericana de Micologia 699, 13–16.

Kostiuk, К.V., & Grubinko, V.V. (2010). Role of Membrane ATP-ases in Adaptation of Aquatic Organisms to Environmental Factors. Hydrobiol. J., 46(6), 45-56.

Kostiuk, К., & Grubinko, V. (2010). The effect of zinc, lead ion and diesel fuel on membrane lipid composition of aquatic plants. Visnyk of Lviv university. Biology series., (54), 257-264.

Kulinskiy, V.I. (1999). Active forms of oxygen and oxidizing modifications of macromolecules: benefit, harm and defence. Sorosovskiy obrazovatelniy J., (1), 56-63.

Mehrle, P.M., Bergmann, H.L. (2002). Biomarkers: Biochemical, Physiological, Histological Markers of Anthropogenic Stress. Lewis: Boca Raton.

Mosin, O.V. About the phenomenon of cellular adaptation to heavy water. Retrieved from htth://www.gaudeamus.omskcity.com.Pathoanatomy and physiology.

Pachomova, V.M. (1995). Substantive provisions of modern theory of stress and nonspecific adaptation syndrome at plants. Cytology, 37(1-2), 66-87.

Tiwari, S.C., Polito, V.S., & Webster, B.D. (1990). In dry pear (Pyrus communis L.) pollen, membranes assume a tightly packed multilamellate aspect that disappears rapidly upon hydration. Protoplasma, 153(3), 157–168.

Thewke, D., Kramer, M., & Sinensky, M. S. (2003). Transcriptional homeostatic control of membrane lipid composition. Biochem. Biophys. Res. Commun, 273, 1–4.

Topachevskiy, A.V. (Ed.), (1975). Methods of physiological and biochemical research of algae in hydrobiologycal practice. Kyiv: Naukova dumka.

Ugolev, A.M. (1989). Principles of organization and evolution of the biological systems. J. evolution Biochem. and Physiol, 25(2), 215-233.

Ultrastructural pathology of cell. Retrieved from: http://www.nedug.ru/library/doc.aspx?item=34099.

Veselova, T.V., Veselovskiy, V.A., & Chernavskiy, D.S. (1993). Stress at plants (Biophysical approach). Мoskov: Russain Academy of Sciences.




DOI: http://dx.doi.org/10.15421/20122_20

Article Metrics

Metrics Loading ...

Metrics powered by PLOS ALM

Refbacks

  • There are currently no refbacks.




Since April 2018 Journal changed the editorial policy and starts to be published exclusively in English, and changed its main site into www.ujecology.com

 

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

© 2017 Ukrainian Journal of Ecology. ISSN 2520-2138