|
НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ
ІНСТИТУТ ГІДРОБІОЛОГІЇ
БАЛАНДА Оксана Володимирівна
УДК (547.94:581,526,3):574,522
АЛКАЛОЇДИ ВОДЯНИХ РОСЛИН ТА ЇХ ВПЛИВ НА ФУНКЦІОНАЛЬНУ АКТИВНІСТЬ ГІДРОБІОНТІВ
03.00.17 – гідробіологія
АВТОРЕФЕРАТ
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата біологічних наук
Київ – 2005
Дисертацією є рукопис
Робота виконана в Інституті гідробіології НАН України
Науковий керівник: доктор біологічних наук САКЕВИЧ Олександр
Йосипович, Інститут гідробіології НАН України,
провідний науковий співробітник відділу екологічної
фізіології водяних рослин
Офіційні опоненти: доктор біологічних наук, професор КУЗЬМЕНКО
Михайло Ілліч, Інститут гідробіології НАН України,
завідувач відділу радіоекології
кандидат біологічних наук ШНЮКОВА Єлизавета
Іллінічна, Інститут ботаніки ім. М. Г. Холодного
НАН України, старший науковий співробітник відділу
мембранології і цитохімії
Провідна установа: Київський національний університет ім. Тараса
Шевченка, біологічний факультет
Захист відбудеться 25.10.2005 р. о 11годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.213.01 Інституту гідробіології НАН України за адресою: 04210, м. Київ, просп. Героїв Сталінграда, 12
З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту гідробіології НАН України (04210, м. Київ, просп. Героїв Сталінграда, 12)
Автореферат розісланий 16.09.2005 р.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради
кандидат біологічних наук Гончаренко Н. І.
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність проблеми. Алкалоїди – група органічних азотвмісних речовин, переважно рослинного походження, що мають основний характер і здебільшого гетероциклічну будову [Орехов, 1965; Юнусов, 1981].
Майже всім алкалоїдам властивий значний фізіологічний вплив на організм людини та тварин. У рослинах ці речовини зустрічаються у вигляді солей органічних або мінеральних кислот (від слідів до 1–2, іноді 10% від сухої маси рослини). Їх значення для життєдіяльності рослин ще остаточно не з’ясовано. Припускають, що алкалоїди є продуктом обміну, захисними або запасними речовинами. Їх широко застосовують у медичній практиці, деякі використовуються як сільськогосподарські інсектициди. Біологічна дія алкалоїдів на організм різнобічна. Більшість із цих сполук впливає на різні відділи нервової системи, деякі діють на м’язи, судини, печінку тощо.
Вивченню алкалоїдів наземних рослин присвячено велику кількість наукових робіт, водяні ж рослини у цьому відношенні практично не досліджені. Проте висока біологічна активність цих метаболітів може позначатися на функціонуванні окремих ланок гідробіоценозів. Відомо, що більшість токсинів синьозелених водоростей має алкалоїдну природу. В періоди масового розвитку, а також при відмиранні цих організмів вони виділяються у воду. У таких випадках спостерігається загибель багатьох гідробіонтів, різні види отруєння і навіть смерть людей, що вживають цю воду [Маляревская и др., 1970; Кирпенко и др., 1977; Сиренко, Козицкая, 1988; Рябушко, 2003]. Погіршуються також показники якості питної води: з’являються специфічні запахи та присмак, збільшується концентрація розчинених органічних сполук.
Недостатньо вивчений вплив екзогенних алкалоїдів вищих та нижчих водяних рослин на фізіологічні функції риб, зоопланктону, бактерій і водоростей. Відомо, що ці сполуки, залежно від концентрації, можуть не лише гальмувати функціональну активність гідробіонтів, а й у деяких випадках стимулювати її.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження по дисертаційній роботі здійснювались в Інституті гідробіології НАН України в межах держбюджетної теми “Дослідити вплив біологічно активних речовин водяних рослин на формування якості води та перспективи їх практичного використання” (номер держреєстрації 0198U003582).
Мета і завдання дослідження. Мета дослідження – визначити якісні та кількісні показники вмісту алкалоїдів у біомасі та середовищі росту водяних рослин, а також дослідити вплив цих метаболітів на функціональну активність представників бактерій, водоростей, безхребетних і риб.
Для досягнення поставленої мети необхідно було вирішити такі завдання:
• провести порівняльний аналіз різних методів кількісного визначення вмісту алкалоїдів у рослинах та воді;
• визначити кількісний та якісний вміст ендо- і екзогенних алкалоїдів, а також супутніх біологічно активних речовин основних видів водяних рослин-алкалоїдоносів;
• дослідити зміни вмісту алкалоїдів у водоростей на різних стадіях їх росту та у вищих водяних рослин залежно від їх фізіологічного стану, сезону вегетації та типу водойми;
• оцінити біологічну активність алкалоїдів різних водяних рослин щодо окремих фізіологічних функцій бактерій, водоростей, безхребетних і риб;
Об’єкти дослідження: вищі водяні рослини та фітопланктон дніпровських водосховищ, культури зелених і синьозелених водоростей, гетеротрофні бактерії, деякі види зоопланктону, молюсків і риб.
Предмет дослідження: алкалоїди та супутні біологічно активні речовини гідрофітів, що впливають на функціональну активність гідробіонтів.
Методи дослідження: при виконанні роботи використано ряд стандартних гідробіологічних, гідрохімічних і фізіологічних методів. Кількісний та якісний вміст алкалоїдів у біомасі та воді визначали за допомогою методів осадження та екстракції, з використанням газової та рідинної хроматографії, мас-спектрометрії тощо.
Наукова новизна одержаних результатів. Вперше здійснено визначення кількісного вмісту алкалоїдів в біомасі 21-ного виду вищих водяних рослин і 16-ти видів водоростей. Проведено порівняльний аналіз вмісту та якісного складу алкалоїдів двох основних видів алкалоїдоносів з родини Nymphaeaceae. У складі комплексу алкалоїдів представників цієї родини Nuphar lutea і Nymphaea candida визначено такі однакові компоненти, як неотіобінуфаридин та дезоксінуфаридин, які зумовлюють подібність їх фізіологічної дії. Паралельно виділено та ідентифіковано ряд ефірів, фенолів, вуглеводнів, терпенів та їх похідних, які теж виявляють біологічну активність.
На прикладі культур синьозелених водоростей показано, що алкалоїди цих організмів накопичуються в середовищі лише після відмирання їх клітин. У водоймах ці метаболіти концентруються головним чином у місцях згону і розкладу сестону з домінуванням видів-збудників “цвітіння” води. Кількість метаболітів при цьому може бути досить значною (кілька сотень мкг/дм3). Розклад алкалоїдів у водному середовищі відбувається поступово протягом 10 діб при температурі 20–25 ˚С.
Визначено, що під впливом комплексу біологічно активних речовин вищих водяних рослин змінюється функціональна активність водоростей різних систематичних груп, структура фітопланктону, зменшується його біомаса і видова різноманітність.
Вперше показано, що алкалоїдні комплекси Nuphar lutea і Nymphaea candida здатні гальмувати основні фізіологічні функції не лише водоростей, а й гетеротрофних бактерій, гіллястовусих ракоподібних (Daphnia magna Straus), молюсків (Dreissena polymorpha Pall., D. bugensis Andr., Anodonta piscinalis Nilss), представників іхтіофауни, таких як амурський чебачок (Pseudorasbora parva (Schlegel)), ембріони і цьоголітки коропа (Cyprinus carpio (L.)), ембріони білого амура (Ctenopharyngodon idella Val.).
Розроблено експрес-метод визначення вмісту розчинених у воді вільних алкалоїдів та їх солей.
Практичне значення одержаних результатів. Одержані результати можуть бути використані при складанні прогнозів якості води у водоймах під час їх “цвітіння” синьозеленими водоростями, а також при визначенні особливостей формування структури прісноводних альгоугруповань.
Комплекс алкалоїдів Nuphar lutea за низької концентрації виявляє фунгіцидну активність відносно ікри риб і тому може бути застосований з метою запобігання грибковим ураженням ікри в процесі її інкубації.
Алкалоїдоносні водяні рослини є перспективною сировиною для виробництва біологічно активних речовин, що можуть бути використані у фармакології, при розробці препаратів для боротьби із шкідниками і хворобами сільськогосподарських рослин тощо.
Одержані нові результати можуть бути використані при формуванні учбових програм з біохімії рослин, гідробіології та екології.
Розроблений експрес-метод кількісного визначення розчинених у воді алкалоїдів достатньо зручний та достовірний і тому може бути застосований в польових умовах та на очисних спорудах водогонів.
Особистий внесок здобувача. Здобувач особисто опрацювала літературу за темою дисертації, оволоділа методами досліджень, брала участь у плануванні дослідів, провела статистичну обробку експериментальних даних та узагальнила їх, зробила висновки, підготувала наукові роботи до публікації. Результати наведені у дисертаційній роботі, отримано здобувачем самостійно або за її безпосередньої участі при виконанні експериментів. У спільних публікаціях здобувач є повноправним співавтором.
Апробація результатів дисертації. Результати дисертації були представлені на 3-му з’їзді Гідроекологічного товариства України (Тернопіль, 2001); Ювілейній науковій конференції студентів, аспірантів та молодих вчених, присвяченій 180-річчю з дня народження Л. С. Ценковського “Биоразнообразие. Экология. Эволюция. Адаптация” (Одесса, 2003); Міжнародній науково-практичній конференції “Україна наукова 2003” (Дніпропетровськ, 2003); 2-й Міжнародній науковій конференції “Озерные экосистемы: биологические процессы, антропогенная трансформация и качество воды” (Минск, 2003); Міжнародній конференції “Современные проблемы физиологии и биохимии водных организмов” (Петрозаводск, 2004); Ksiega konferencyjna/Proceedings ECOpoleґ04 (Opole, 2004); 6th Europдischen Workshop “Biotechnology of Microalgae” (Potsdam, 2005).
Публікації. Результати дисертації викладено у 8 роботах, із них 3 – у фахових виданнях, а 5 – в інших наукових журналах та матеріалах конференцій.
Обсяг і структура дисертації. Дисертація складається із вступу, п’яти розділів, узагальнення, висновків і списку літератури, який нараховує 186 назв. Робота ілюстрована 35 рисунками та 28 таблицями. Загальний обсяг рукопису становить 154 сторінки.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
АЛКАЛОЇДИ РОСЛИН, ЇХ ПРИРОДА, БІОЛОГІЧНА АКТИВНІСТЬ І ВИКОРИСТАННЯ (літературний огляд)
Наведено аналіз наявної у вітчизняній та зарубіжній фаховій літературі інформації щодо класифікації, біосинтезу та метаболізму алкалоїдів у рослинах, механізмів їх дії на тваринні організми. Акцентується увага на алкалоїдах водяних рослин та їх біологічній активності.
ОБ’ЄКТИ ТА МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕНЬ
Кількісний вміст алкалоїдів визначали у біомасі та середовищі росту культур зелених і синьозелених водоростей: Acutodesmus dimorphus (Turp.) Tsar. Meyen IBASU-A251, Desmodesmus armatus (Chod.) Hegew. IBASU-A270, Desmodesmus brasiliensis (Bohl.) Hegew. IBASU-A273, Chlorella vulgaris Beijer. CCAP-211/11b, Selenastrum gracile Reinsch IBASU-A317, Anabaena sp. PCC 7120 France, Anabaena sp. PCC 7120 P9 (Wolk USA), Anabaena flos-aquae (Lyngb.) Brйb. HPDP-26, Anabaena hassalii (Kьtz.) Wittr. HPDP-7, Anabaena variabilis Kьtz. HPDP-10, Aphanizomenon flos-aquae (L.) Ralfs. CCAP 1401-1 Great Brit. Zehnder 8, Aphanizomenon flos-aquae FBA 218 Trйbon, Aphanizomenon flos-aquae f. gracile (Lemm.) Elenk. SAG 31. 79, Calothrix braunii Born. et Flah. HPDP-16, Calothrix elenkinii Kossinsk. HPDP-2, Hapalosiphon fontinalis (Ag.) Born. emend. Elenk. HPDP-3, Lyngbya limnetica Lemm. HPDP-9, Microcystis aeruginosa Kьtz. emend. Elenk. HPDP-6, Nostoc sp. HPDP-8, Nostoc punctiforme (Kьtz.) Hariot HPDP-48, Oscillatoria limosa (Ag.) HPDP-12, Oscillatoria neglecta Lemm. HPDP-25, Phormidium autumnale f. uncinata (Ag.) Kondrat. HPDP-18, Scytonema ocellatum Lyngb. HPDP-37, Spirulina platensis (Nordst.) Geite. HPDP-60, Tolypothrix tenuis Kьtz. HPDP-5.
Культури вирощували на середовищі Фітцджеральда у модифікації А. Цендера і П. Горема № 11 [Сиренко, Сакевич, Осипов, 1975] при температурі 22 – 25 ˚С і освітленні 3 000 л, з чергуванням світло/темрява 16/8 годин.
Кількісний вміст алкалоїдів визначали також у фітомасі вищих водяних рослин: Nuphar lutea (L.) Smith. (глечики жовті), Nymphaea candida J. et C. Presl. (латаття сніжно-біле), Ceratophyllum demersum L. (кушир занурений), Batrachium circinatum (Sibth.) Spach. (водяний жовтець закручений), Caltha palustris L. (калюжниця болотна), Rorippa amphibia (L.) Bess. (водяний хрін земноводний), Myriophyllum spicatum L. (водопериця колосиста), Oenanthe aquatica (L.) Poir. (омег водяний), Potamogeton perfoliatus L. (рдесник пронизанолистий), P. pusillus L. (рдесник маленький), Vallisneria spiralis L. (валіснерія спіральна), Stratiotes aloides L. (водяний різак алоеподібний), Elodea canadensis Michx. (елодея канадська), Butomus umbellatus L. (сусак зонтичний), Phragmites australis (Cav.) Trin. ex Steud (очерет звичайний), Glyceria maxima (C. Hartm.) Holmb. (лепешняк великий), Acorus calamus L. (лепеха звичайна), Wolffia arhiza (L.) Horkel ex Wimm. (вольфія безкоренева), Najas marina L. (різуха морська), Typha angustifolia L. (рогіз вузьколистий), T. latifolia L. (рогіз широколистий).
Вищі водяні рослини збирали на мілководдях Канівського водосховища, у непроточних водоймах околиць сіл Чапаєвка і Шамраєвка, а також у річках Південний Буг і Тетерів.
Вміст алкалоїдів у біомасі водоростей визначали на стадії їх логарифмічного та стаціонарного росту, а у вищих водяних рослинах – в період їх максимальної вегетації.
Об’єктом дослідження був також фітопланктон з різних ділянок річкової частини Канівського водосховища і малопроточних ставів у районі сіл Чапаєвка та Глеваха.
Кількісний вміст алкалоїдів оцінювали паралельно двома методами: екстракцією хлорорганічними розчинниками і диетиловим ефіром, а також осадженням за допомогою кремнійвольфрамової кислоти [Методы..., 1987].
Ефірну олію Acorus calamus виділяли гідродистиляційним методом [Сакевич О.Й., Хамар І.С., 1997]. Отриману суміш терпенових сполук і алкалоїдів обробляли 1%-ним розчином HCl, одержуючи розчинні у воді хлоргідрати, які використовували в наступних дослідах.
Препаративне виділення алкалоїду неотіобінуфаридину з Nuphar lutea здійснювали за допомогою паперової хроматографії [Методы..., 1987].
Рослинні алкалоїди та ефірну олію Acorus calamus розділяли на компоненти методом хромато-мас-спектрометрії у демо-центрі фірми Waters на “Waters Integrity System”, яка є комбінацією послідовно з’єднаних рідинного хроматографа, діодно-матричного (PDA) та мас-спектрометричного (MS) детекторів. Паралельно використовували газовий хромато-мас-спектрометр Hewlett Packard GC/MS 5890/5972.
Для визначення спектру біологічної активності виділених речовин проведено ряд модельних дослідів. Зокрема досліджували відгук культур водоростей (Anabaena sp., Microcystis aeruginosa, Oscillatoria sp., Desmodesmus armatus, Chlorella vulgaris) та зразків літнього фітопланктону на внесення у середовище розчинних алкалоїдів Nuphar lutea, Nymphaea candida, ефірних олій з Acorus calamus, а також екстрактів кореневищ цих рослин.
Вплив алкалоїдів на функціональну активність водоростей оцінювали за швидкістю росту і накопиченням їх біомаси, активністю ферменту нітратредуктази, а також за показниками нагромадження амонійного азоту у середовищі [Сиренко, Сакевич, Осипов, 1975].
Чисельність гетеротрофних бактерій підраховували стандартним мікробіологічним методом після їх висіву на рибопептонному агарі [Родина, 1965].
Як тест-об’єкти використовували також гіллястовусих ракоподібних (Daphnia magna Straus), молюсків (Dreissena polymorpha Pall., D. bugensis Andr., Anodonta piscinalis Nilss) і деяких представників іхтіофауни, таких як цьоголітки коропа (Cyprinus carpio (L.)) та амурський чебачок (Pseudorasbora parva (Schlegel)).
В окремих дослідах було використано сперматозоїди і ікру коропа та білого амура (Ctenopharyngodon idella Val.). Стадії розвитку коропа визначали за методом А. П. Макєєвої [Макєєва, 1992], білого амура – за С. Ч. Соїним [Соин, 1963].
Математичне опрацювання одержаних результатів здійснювали з використанням кореляційного та регресійного аналізів, а також інших статистичних методів [Зайцев, 1984; Рокицкий, 1973].
АЛКАЛОЇДИ ДЕЯКИХ ВИЩИХ І НИЖЧИХ ВОДЯНИХ РОСЛИН
На різних етапах розвитку водорості виділяють у воду вуглеводні, азотвмісні сполуки, органічні кислоти, альдегіди, кетони, ефіри, феноли, терпени [Сакевич, 1985], що мають високу біологічну активність. Але особливої уваги заслуговують токсичні метаболіти водоростей алкалоїдної природи, які спричинюють загибель зоопланктону, риб, птахів, тяжкі отруєння у тварин і людей.
Нами встановлено, що алкалоїди надходять у воду головним чином під час розкладу клітин водоростей і значно менше – в процесі їх метаболізму. Основним джерелом накопичення алкалоїдів у воді дніпровських водосховищ є не вищі водяні рослини, а синьозелені водорості. Це пояснюється тим, що в їх біомасі вміст алкалоїдів вищий, ніж у макрофітів. Крім того, біомаса збудників “цвітіння” у цих водоймах значно більша. До того ж, вищі водяні рослини розкладаються повільніше і виділяють алкалоїдів у воду не більше 0,5 мг/дм3. Водночас концентрація розчинених у воді алкалоїдів у місцях згону сестону може сягати 2 мг/дм3.
Досліджено кількісні характеристики вмісту алкалоїдів у біомасі та культуральному середовищі деяких видів синьозелених і зелених водоростей (табл. 1).
Таблиця 1
Вміст алкалоїдів у біомасі та культуральному середовищі водоростей (M±m, n = 3–4)
Проведені експериментальні дослідження показали, що практично всі види синьозелених водоростей – як культури, так і природні популяції – містили речовини алкалоїдної природи. Це стосується і біомаси водоростей і їх культурального середовища. Максимальна кількість алкалоїдів виявлена у Hapalosiphon fontinalis.
Необхідно підкреслити, що вміст алкалоїдів як у біомасі, так і у культуральному середовищі значно змінюється залежно від щільності культури та тривалості вирощування водоростей. Здебільшого на стаціонарній фазі розвитку зменшення вмісту алкалоїдів у біомасі синьозелених водоростей супроводжувалось його збільшенням у культуральному середовищі.
Досліджена залежність між концентрацією розчинених у воді алкалоїдів і відносною швидкістю росту культур Anabaena sp. і Oscillatoria sp. є оберненою і яскраво вираженою, що підтверджує коефіціент кореляції (r), який відповідно становить -0,855 і -0,775; Р=0,95 (рис 1).
Рис.1. Залежність вмісту алкалоїдів у середовищі від відносної швидкості росту культур: а – Anabaena sp.; б – Oscillatoria sp; ® – фактичні (експериментальні) значення; Ў – теоретичні (розрахункові) значення.
Аналіз води і фітопланктону з різних ділянок річкової частини Канівського водосховища показав, що кількість розчинених у воді алкалоїдів корелює (r = 0,666 при P = 0,99) з ростом біомаси та подальшим відмиранням саме синьозелених водоростей (рис. 2).
Рис. 2. Вміст розчинених у воді алкалоїдів залежно від розвитку фітопланктону.
У модельних дослідах нами було з’ясовано, що при повному відмиранні фітопланктону з домінуванням синьозелених водоростей і відсутності джерела їх надходження максимальна концентрація алкалоїдів (2 мг/дм3) поступово зменшувалась і досягала залишкової кількості на 11-ту добу експозиції при температурі 25 ˚С.
Метаболіти алкалоїдної природи виявлені нами також у більшості досліджених вищих водяних рослин (табл. 2).
Таблиця 2
Кількісний вміст алкалоїдів у біомасі деяких видів болотних і водяних макрофітів (M±m)
При визначенні кількісного вмісту алкалоїдів у біомасі та водному середовищі рослин слід враховувати, що ці метаболіти представлені як вільними сполуками, що не розчинні у воді, так і водорозчинними солями (яблучної, винної, лимонної та інших органічних і неорганічних кислот). У водяних рослинах солей алкалоїдів зазвичай міститься значно більше, ніж їх вільних форм.
При визначенні вмісту алкалоїдів у біомасі рослин варто також брати до уваги методи їх виділення. Якщо при використанні екстракційних методів виходи цих сполук дещо занижені, то осадження їх розчинних форм (солей) з допомогою спеціальних реактивів (наприклад, кремнійвольфрамової кислоти) більш ефективне і легке. Розроблений нами метод осадження розчинених у воді вільних алкалоїдів та їх солей кремнійвольфрамовою кислотою достатньо простий, зручний і достовірний. Він може мати також практичне значення при визначенні можливості надходження в питну воду алкалоїдів із синьозелених водоростей на очисних спорудах водогонів після хлорування води. У переліку показників якості води токсини Cyanophyta відсутні. А часом, за наявності хлору циклічні метаболіти цієї групи фітопланктону можуть приєднувати атоми хлору, перетворюючись в ще більш небезпечні для людини сполуки типу диоксинів та інші хлорорганічні речовини. Щоб уникнути надходження в питну воду біологічно активних метаболітів на водоочисних спорудах водогонів слід вилучати біомасу водоростей з води до її хлорування [Сиренко, Козицкая, 1988].
Вперше досліджено комплекс алкалоїдів Nymphaea candida, що містить близько 13 сполук цього класу, більшість з яких є ізомерами. Нам вдалося ідентифікувати структури лише чотирьох з цих алкалоїдів: кастораміну, (+,-)-3-епінуфараміну, дезоксінуфаридину та неотіобінуфаридину. Останні дві сполуки входять також до складу комплексу біологічно активних речовин, одержаного з Nuphar lutea. Отже, ми можемо стверджувати про наявність спільних алкалоїдів у двох представників родини Nymphaeaceae.
ВПЛИВ БІОЛОГІЧНО АКТИВНИХ РЕЧОВИН ВИЩИХ ВОДЯНИХ РОСЛИН НА БАКТЕРІЇ ТА ВОДОРОСТІ
Нами проведено досліди по вивченню впливу комплексів алкалоїдів Nuphar lutea і Nymphaea candida на розвиток гетеротрофних бактерій та водоростей.
Показано, що через 2 доби після внесення в середовище 0,1 мг/дм3 водорозчинних алкалоїдів Nuphar lutea кількість гетеротрофних бактерій, що ростуть на рибопептонному агарі, зменшилась до 252 тис. кл/дм3 проти 283 тис. кл/дм3 в контролі, а при 1 мг/дм3 – до 35 тис. кл/дм3.
Під впливом комплексу алкалоїдів Nuphar lutea пригнічується інтенсивність росту культур зелених і синьозелених водоростей. Останні більш чутливі до вмісту в середовищі цих метаболітів, великі концентрації яких (1,5 мг/дм3) можуть призводити до майже повного відмирання їх клітин (90–94% на 7-му добу). Слід підкреслити, що характер зміни показників життєздатності клітин Microcystis aeruginosa і Anabaena sp. був однаковим. Водночас ріст зелених водоростей Chlorella vulgaris і Desmodesmus communis під впливом метаболітів алкалоїдної природи Nuphar lutea суттєво відрізнявся. Так, при концентрації цих речовин 1 мг/дм3 зменшувалась відносна швидкість росту культури Chlorella vulgaris, в той час як змін у рості Desmodesmus communis не відбувалось. Проте при збільшенні концентрації діючої речовини до 2,5–25 мг/дм3 спостерігалось пригнічення активності ферменту нітратредуктази і синьозелених і зелених водоростей, а також підвищення концентрації амонійного азоту у середовищі, що є наслідком відмирання клітин гідробіонтів.
Додавання 5–10 г/дм3 подрібненого кореневища Nuphar lutea у водне середовище з фітопланктоном призводило до змін видового складу, зменшення його біомаси та видової різноманітності. Насамперед, як і у культур, пригнічувався ріст синьозелених водоростей Microcystis aeruginosa і Anabaena flos-aquae.
Встановлено, що комплекс алкалоїдів Nymphaea candida (1 і 3 мг/дм3) із супутніми біологічно активними речовинами виявляє значно меншу активність, ніж з Nuphar lutea, і відносна швидкість росту ні зелених, ні синьозелених водоростей не змінюється. Це може бути зумовлено відмінностями у складі та кількісному співвідношенні компонентів алкалоїдних комплексів Nuphar lutea та Nymphaea candida.
Виділений з Nuphar lutea чистий алкалоїд неотіобінуфаридин у концентрації 1–3 мг/дм3 гальмував ріст культур водоростей, проте дещо меншою мірою, ніж увесь комплекс.
При дослідженні впливу терпенових сполук з Acorus calamus на розвиток фітопланктону та культур водоростей виявилось, що вони також пригнічують ріст масових видів синьозелених водоростей.
Таким чином, у природних водоймах алелопатичний вплив вищих водяних рослин на водорості зумовлений не окремими речовинами, а комплексом низькомолекулярних метаболітів, що прижиттєво і посмертно виділяються макрофітами [Романенко, Сакевич, Усенко, 2005].
ВПЛИВ АЛКАЛОЇДІВ РОДИНИ NYMPHAEACEAE НА ДЕЯКІ ФІЗІОЛОГІЧНІ ФУНКЦІЇ БЕЗХРЕБЕТНИХ І РИБ
Порівняння токсичної дії алкалоїдних комплексів Nuphar lutea і Nymphaea candida на гіллястовусих ракоподібних у гострих дослідах показало, що різниця між величинами медіанної летальної концентрації цих двох препаратів для молоді та половозрілих самиць Daphnia magna становить майже два порядки. Токсичний вплив алкалоїдів Nuphar lutea і Nymphaea candida на молодь D. magna у 48-годинному експерименті характеризувався такими показниками: ЛК0 – відповідно 0,17 мкг/дм3 і 0,09 мг/дм3, ЛК50 – 5,74 мкг/дм3 і 1,40 мг/дм3, ЛК100 – 191,21 мкг/дм3 і 20,36 мг/дм3.
Вивчення дії алкалоїдів Nuphar lutea на гіллястовусих ракоподібних Daphnia magna у хронічних дослідах показало, що в діапазоні концентрацій 0,01–1,00 мкг/дм3 ці речовини виявляють прогресуючу ембріотоксичну дію (відбувається періодичне розсмоктування яєць у виводкових камерах, яке призводить до зменшення кількості виметів порівняно з контролем на 38%). Вплив препарату з Nymphaea candida в концентрації 0,1 мг/дм3 майже за всіма дослідженими показниками (тривалість статевого дозрівання, кількість виметів, тривалість ембріонального розвитку) можна характеризувати як стимулюючий. Середня кількість нащадків, отриманих від самиці при цій концентрації, була на 19% вища, ніж у контролі. Зменшувалась тривалість ембріонального розвитку та статевого дозрівання (Р≥0,95). При концентрації алкалоїдів Nymphaea candida 1 мг/дм3 спостерігався токсичний ефект за всіма вище зазначеними показниками.
У модельних дослідах встановлено, що хлоргідрати алкалоїдів глечиків жовтих у концентрації 5 мг/дм3 викликають загибель молюсків роду Dreissena на 38% більше ніж у контролі, а при 25 мг/дм3 – на 66%. Ці речовини здатні пригнічувати функцію прикріплення молюсків Dreissena до субстрату з утворенням друз і викликати загибель їх симбіонтів – інфузорій. На наш погляд, це може бути пов’язано з впливом алкалоїдів на мітохондрії, що, як відомо, забезпечують енергією війки інфузорій.
Значна токсичність алкалоїдів Nuphar lutea відзначена також відносно цьоголітків коропа. Ці сполуки при концентрації 0,3–1,0 г/кг у гострих дослідах, незалежно від шляхів їх введення (внутрішньопорожнинне, внутрішньом’язове і введення в кишковий тракт), спричинюють пригнічення рухової активності, затримку дихальних рухів, посилення споживання кисню та загибель риб. При малій концентрації (0,05 г/кг) внаслідок адаптації до дії токсичних речовин або їх знешкодження реакції організму можуть мати зворотний характер.
Дослідження з впливу комплексу алкалоїдів Nuphar lutea на амурського чебачка показали, що після додавання діючої речовини в середовище загибель риб спостерігалась вже у перші три години. Медіанна смертельна концентрація становила 3,59 мг/дм3 (рис. 3).
Із збільшенням тривалості дії токсичний ефект посилювався, і вже через 5 годин величина ЛК50 дорівнювала 0,91 мг/дм3. У перші 10 хв дії високої концентрації препарату у риб спостерігалось сильне збудження, дещо порушувалась координація рухів і збільшувалась кількість зяберних рухів. Через деякий час починались судоми, риби вкривались слизом і через 3 години наставала смерть. Ці симптоми вказують на нервово-паралітичну дію комплексу алкалоїдів Nuphar lutea.
В аналогічних дослідах було встановлено, що комплекс алкалоїдів Nymphaea candida за своєю токсичністю відносно амурського чебачка слабкіший, ніж з Nuphar lutea. Про це свідчить медіанна летальна концентрація, яка становила на 24-ту годину досліду при дії алкалоїдів латаття 9,6 мг/дм3, глечиків жовтих – 0,3 мг/дм3. У діапазоні концентрацій 8,7–13,7 мг/дм3 препарату Nymphaea candida також спостерігались симптоми нервово-паралітичної дії.
| 
