|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИСТИНА ИНХС РАН |
||
Сравнительный анализ действия тяжелых металлов на фотосинтетический аппарат клеток Chlorella vulgarisтезисы доклада
- Авторы: Червицов Р.Н., Плюснина Т.Ю., Хрущев С.С., Тодоренко Д.А.
- Сборник: СБОРНИК НАУЧНЫХ ТРУДОВ VII СЪЕЗДА БИОФИЗИКОВ РОССИИ: в 2 томах
- Том: 1
- Тезисы
- Год издания: 2023
- Место издания: Типография ФГБОУ ВО «КубГТУ» Краснодар, Россия
- Первая страница: 350
- Последняя страница: 350
- DOI: 10.26297/SbR6.2023.001
- Аннотация: В настоящее время актуален вопрос определения присутствия в водной среде различных токсикантов, таких как ионы тяжелых металлов, поскольку их присутствие вызывает нарушение процессов фотосинтеза и повреждение различных структур в клетках водорослей, что в конечном итоге может приводить к массовой гибели фитопланктона и нарушению баланса водных экосистем. Один из методов, позволяющих определить присутствие тяжелых металлов в среде, связан с измерением кривых индукции флуоресценции хлорофилла a, характеризующих состояние фотосинтетического аппарата клеток тестовых фотосинтетических организмов и изменяющих свою форму при воздействии различных факторов стресса. Из индукционных кривых могут быть рассчитаны параметры JIP-теста, характеризующие состояние отдельных элементов фотосинтетического аппарата. При обработке больших массивов таких данных целесообразно применять методы машинного обучения, в частности – алгоритм классификации «случайный лес». В данной работе в качестве тестового организма использовалась зеленая водоросль Chlorella vulgaris. Клетки водорослей инкубировались в течение 60 часов, раз в час измерялась кривая индукции флуоресценции. Токсиканты (CdSO4 или K2Cr2O7 в концентрации 20 или 50 мкМ) добавлялись на 17 часу инкубации. Из полученных индукционных кривых в программе PyPhotoSyn были рассчитаны по 12 параметров JIP-теста, которые и составляли массив данных, анализируемый в данной работе. На первом этапе была рассмотрена динамика изменения параметров JIP-теста с течением времени для проб с токсикантами и при их отсутствии. Выявлено, что действие кадмия в малой концентрации (20 мкМ) проявляется относительно слабо: динамика для большинства параметров близка к контрольной. Действие хрома проявляется при обеих концентрациях. Параметр Fv/Fm, характеризующий эффективность работы фотосистемы II, для контрольных данных приблизительно сохраняет свое значение, равное 0,7, на протяжении всего периода инкубации. Для PI, характеризующего общее состояние фотосинтетического аппарата, наблюдается сначала значительное возрастание, а затем убывание. При действии токсикантов наблюдается ингибирование реакционных центров, что выражается в снижении значений данных параметров, причем при воздействии кадмия оно быстро снижается первые часы после добавления токсиканта, а затем спад замедляется, а для образцов с хромом наблюдается более медленное снижение этих параметров, совпадение значений для кадмия и хрома наблюдается после 20 часов действия токсиканта, когда оно уже выражено достаточно сильно. Параметр ABS/RC характеризует площадь антенного комплекса на реакционный центр, его увеличение обычно связывают с ингибированием реакционных центров фотосистем II. Поскольку при действии кадмия и хрома вызывают ингибирование реакционных центров, значения данных параметров возрастают, причем динамика скорости изменения параметров, выявленная ранее, сохранятся и здесь. Изменения параметра Sm, характеризующего пул окисленных хинонов, обычно связывают с изменениями в фотосинтетическом аппарате за пределами фотосистемы II. При добавлении хрома Sm сначала снижается, а затем практически не изменяется, а при добавлении кадмия наблюдается снижение, после которого – значительный рост, что может быт быть связано с хлоропластным дыханием, обычно наблюдаемом при стрессе. Таким образом, ионы кадмия и хрома вызывают повреждения в фотосинтетическом аппарате, однако особенности действия ионов этих металлов различаются. Далее, для данных, полученных в интервале от 17 до 60 часов культивирования, были построены классификаторы по алгоритму случайного леса, где в качестве признаков для классификации использовались параметры JIP-теста. Классификатор для определения наличия или отсутствия токсиканта имеет точность 95% (94% при определении контрольных данных и 95% при определении данных для проб с токсикантом). Классификатор для определения вида токсиканта (кадмий или хром) имеет точность 93%; наибольшая точность выявлена при определении контрольных данных (96%), и данных с хромом (95%), для кадмия точность ниже (87%). Наиболее значимым для классификации из параметров JIP-теста является параметр Fv/Fm – квантовый выход первичной фотохимии, характеризующий эффективность работы фотосистемы II. Таким образом, при действии ионов кадмия и хрома наблюдается ингибирование реакционных центров фотосистем II, что выражается в снижении значений Fv/Fm и увеличении ABS/RC, причем токсическое действие для кадмия проявляется раньше, чем для хрома. Классификатор, построенный с использованием полученных данных, позволяет определять наличие и вид токсиканта с высокой точностью. Данные методы анализа данных имеют перспективы применения для оценки состояния естественных местообитаний.
- Добавил в систему: Хрущев Сергей Сергеевич