Анотація до роботи:

Довгалюк А.І. Порівняння цитогенетичної та антимікротрубочкової активності фітотоксичних металів. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук за спеціальністю 03.00.11 – цитологія, клітинна біологія та гістологія. – Інститут клітинної біології та генетичної інженерії НАН України, Київ, 2004.

Дисертацію присвячено порівняльному вивченню впливу іонів Cd²⁺, Pb²⁺, Ni²⁺, Al³⁺, Cu²⁺ та Zn²⁺ на мітотичну активність, цитогенетичні параметри та мікротрубочкові утворення меристемних клітин проростків цибулі. Виявлено високу кореляцію між ризотоксичністю та цитотоксичністю тестованих полютантів, на основі чого запропоновано два ряди токсичності металів: Cu > Cd > Ni > Pb > Al > Zn – за ефективними інгібуючими концентраціями; та Cu > Pb > Cd > Zn > Ni > Al – за сублетальними і летальними концентраціями. За результатами цитогенетичного аналізу показано, що для більшості тестованих металів властивішою є індукція турбагенних аномалій, пов’язаних з порушенням проходження мітозу та цитокінезу, ніж спричинення кластогенних пошкоджень (хромосомних аберацій) в клітинах кореневого апексу. На підставі аналізу частоти виникнення турбагенних ефектів (відставання хромосом, К-мітозів, мультиполярних мітозів, реститутивних та двоядерних клітин) висловлено припущення, що мікротрубочки рослинних клітин можуть бути важливою мішенню для іонів токсичних металів, яке було перевірено шляхом візуалізації мікротрубочок в апікальній меристемі коренів цибулі за допомогою імунофлюоресцентної мікроскопії. Виявлено, що Сd²⁺ і Pb²⁺ зумовлюють руйнування мікротрубочкових структур, Nі²⁺ сприяє зшиванню пучків мікротрубочок у великі розгалужені агрегати, що не можуть повноцінно функціонувати через втрату динамічної нестабільності. В той же час Al³⁺ стабілізує, а Cu²⁺ i Zn²⁺ не проявляють пошкоджуючої дії на мікротрубочки меристемних клітин цибулі. Проаналізована роль мікротрубочок в опосередкуванні дії токсичних металів на рослинну клітину.

У дисертаційній роботі проведено дослідження ризотоксичної, цитотоксичної, генотоксичної та антимікротрубочкової дії широкого діапазону концентрацій кадмію, свинцю, нікелю, алюмінію, міді та цинку в меристемних клітинах проростків цибулі.

1. Показано, що всі досліджувані метали дозозалежно інгібують кореневий ріст, однак найбільша ризотоксичність характерна для Cu. За ефективними токсичними концентраціями (ЕК₅₀) метали розташовуються в такій послідовності: Cu > Cd > Ni > Pb > Al > Zn; а за концентраціями повного пригнічення росту коренів ряд металів дещо змінюється: Cu > Pb > Cd > Zn > Ni > Al.

2. Встановлено, що за зміною показників мітотичного індексу та співвідношення фаз мітозу найсильніший антимітотичний ефект мають Ni і Cd, а найслабший вплив на мітотичну активність клітин проявляє Al.

3. Виявлено високу кореляцію між ризотоксичністю кадмію, свинцю, нікелю, алюмінію, міді та цинку і їхньою цитотоксичністю для апікальної кореневої меристеми. Ряди токсичності металів за цими показниками співпадають.

4. Цитогенетична активність тестованих металів характеризується як кластогенною, так і анеугенною дією, причому здатність спричиняти порушення ходу мітозу й цитокінезу (анеугенні ефекти) є більш властивою для досліджуваних сполук, ніж індукція хромосомних аберацій.

5. За кількістю хромосомних пошкоджень, що виникають під впливом важких металів та алюмінію у кореневій меристемі, запропоновано такий ряд кластогенності тестованих металів: Zn > Pb Cd Cu Al Ni.

6. За здатністю індукувати анеугенні порушення в мітотичних та інтерфазних клітинах кореневої меристеми цибулі токсичні метали розташовуються в такій послідовності: Ni >> Cd > Al > Pb > Cu > Zn.

7. Вперше показано антимікротрубочкові ефекти нікелю, кадмію та свинцю у рослинних клітинах. Виявлено, що кадмій і свинець характеризуються подібним механізмом дії, спричиняючи руйнацію окремих мікротрубочок, тоді як нікель зумовлює агрегацію мікротрубочок у товсті нефункціональні пучки.

8. Виявлено стабілізуючий вплив іонів алюмінію на мікротрубочкові структури в клітинах цибулі.

9. На основі порівняння цитогенетичних та антимікротрубочкових ефектів ацетату й нітрату свинцю продемонстровано, що сполуки важких металів проявляють свою токсичність в основному через катіони, а кислотні залишки солей несуттєво впливають на специфіку пошкоджуючої дії іонів металів.

10. Виявлено, що ефективні токсичні концентрації Cu, Zn та Ni є нижчими за затверджені гранично допустимі концентрації цих металів у ґрунті відповідно у 23, 12,5 та 8 разів, що дає підстави для їх перегляду.

Публікації автора:

1. Довгалюк А.І., Калиняк Т.Б., Блюм Я.Б. Токсична дія іонів металів на ріст та мітотичну активність клітин коренів цибулі Allium cepa L. // Доповіді НАН України – 1998. – № 6. – С. 173-178.

2. Довгалюк А.И., Калиняк Т.Б., Блюм Я.Б. Оценка фито- и цитотоксической активности солей металлов с помощью корневой апикальной меристемы лука // Цитология и генетика – 2001. – № 1. – С. 3-9.

3. Довгалюк А.И., Калиняк Т.Б., Блюм Я.Б. Цитогенетические эффекты солей токсичных металлов в клетках апикальной меристемы корней проростков Allium cepa L. // Цитология и генетика – 2001. – № 2. – С. 3-10.

4. Довгалюк А.И., Калиняк Т.Б., Блюм Я.Б. Специфические эффекты ионов токсических металлов на микротрубочки меристематических клеток корней лука (Allium cepa L.) // Доповіді НАН України – 2002. – № 1. – С. 162-168.

5. Довгалюк А.І., Ляшенко Ю.О., Блюм Я.Б. Цитотоксична активність нітрату та ацетату свинцю та її зв’язок з порушеннями хромосомного апарату і мікротрубочкових утворень меристемних клітин цибулі (Allium cepa L.) // Доповіді НАН України – 2002. – № 8. – С. 149-154.

6. Dovgalyuk A.I., Kalynyak T.B., Blume Ya.B. Heavy metals have a different action from aluminium in disrupting microtubules in onion meristematic cells // Cell Biol. Intern. – 2003. – Vol. 27, № 3. – P. 193-195.

7. Dovgalyuk A., Trofimyak T., Blume Ya. Mitotic disturbances induced by toxic metal ions / ECBO 97 – European Congress for Molecular Cell Biology (Brighton, England, March 22-25, 1997) // ECBO 97 – 1997. – P. 24.

8. Dovgalyuk A., Trofimyak T., Blume Ya. Screening of the salts of cadmium, lead, nickel, aluminium, copper and zinc for the identification of their mutagenic activity / SEB Annual Meeting (Canterbury, England, April 7-11, 1997) // J. Exp. Bot. – 1997. – V. 48 (Suppl. 2). – P. C2.

9. Dovgalyuk A., Kalynyak T., Blume Ya. Chromosome and genome mutations caused by toxic metals / International Conference “Molecular Biology of Plants Under Environmental Stress” (Poznan’, Poland, September 17-19, 1997) // Biological Bulletin of Pozna. – 1997. – V. 34 (Supplement). – P. 41.

10. Kalynyak T.B., Dovgalyuk A, Blume Ya. Evaluation of heavy metal toxicity by the Allium test / SEB Annual Meeting (York, England, April 4-7, 1998)// J. Exp. Bot. – 1998. – V.49 (May, Suppl.). – P. 89.

11. Довгалюк А.И., Калиняк Т.Б., Блюм Я.Б. Иммунофлуоресцентный анализ влияния Ni, Cd и Al на микротрубочки клеток корня лука / Международная конференция “Цитоскелет и клеточная регуляция” (Пущино, Россия, 11-12 мая, 2000) // Тезисы докладов конференции – Москва: МАКС Пресс, 2000. – С. 14.

12. Dovgalyuk A., Kalynyak T., Blume Ya. Different effects of toxic metal ions on plant microtubules / 12^th Congress of the Federation of European Societies of Plant Physiology (Budapest, Hungary, August 21-26, 2000) // Plant Physiol. and Biochem. – 2000. – V. 38 (Suppl.). – P. 38.

13. Довгалюк А.І., Блюм Я.Б. Роль мікротрубочок рослинних клітин в реалізації антимітотичної активності іонів токсичних металів / VII Конференція молодих вчених “Проблеми фізіології рослин і генетики на рубежі третього тисячоліття” (Київ, 18-20 жовтня, 2000) // Збірник тез конференції – Київ: Україна-СВІТ, 2000. – С. 77.

14. Dovgalyuk A. Lead influences on the microtubule organization in Allium meristem cells /International Symposium “Plants under Environmental Stress” (October 23-28, 2001, Moscow, Russia) // Plants under Environmental Stress (Abstracts) – Moscow: Publishing House of Peoples’ Friendship University of Russia, 2001. – P. 56-57.

15. Довгалюк А.І. Морфогенетичні ефекти іонів фітотоксичних металів у корінцях проростків цибулі / VIII Конференція молодих вчених “Сучасні напрямки в фізіології та генетиці рослин” (23-25 жовтня, 2002, Київ) // Збірник тез конференції – Київ, 2002. – C. 67.

16. Довгалюк А.І. Allium cepa L. як тест-об’єкт для індикації біологічного ризику важких металів // IV Міжнародна наукова конференція „Промислова ботаніка: стан та перспективи розвитку” (17-19 вересня, 2003, Донецьк) // Матеріали конференції. – Донецьк: ТОВ „Либідь”, 2003. – С. 61-63.