Биология внутренних вод, 2019, № 1, стр. 96-99

Наиболее эффективными накопителями тяжелых металлов (ТМ) в морских водах считаются водоросли [9], поскольку в ходе эволюции они приобрели способность концентрировать некоторые элементы в количествах, превышающих в 10³–10⁴ раз их содержание в воде [11]. Актуальным является поиск связей между структурно-функциональными свойствами водорослей, принадлежащих разным таксонам, и аккумуляцией ими ТМ, совместно встречающихся в среде [6]. В связи с попытками объяснить количественную сторону процесса биоаккумуляции простыми основаниями [4], для их проверки применимы простые двухкомпонентные системы конкурирующих ТМ. Cu и Cd часто сопутствуют друг другу при добыче и промышленной переработке полиметаллических руд [1]. В процессе поглощения водными растениями этих ТМ наблюдается антагонизм. Например, высокий уровень Cu в морской воде снижает накопление Cd в водорослях вдоль побережий, загрязненных отходами добычи медной руды. Пересадка водорослей в воду, обогащенную Cu, вызывает выведение из них Cd [10]. В лабораторных опытах по токсическому действию ТМ на морские водоросли показаны антагонистические эффекты Cu и Cd при их совместном присутствии в среде. Однако проявление антагонизма или синергизма ионов этих металлов зависит от дозы, применяемой в эксперименте [6].

Цель работы – сравнение биоаккумуляции Cu и Cd в макрофитах, близких по систематическому положению и содержанию сухого вещества, из прибрежной зоны Белого моря, одного из металлогенетических районов севера России.

Исследования проводили в акватории губы Чупа Кандалакшского залива Белого моря, представляющей собой фьорд, вдающийся в материковую сушу на ~30 км. Гидрологическая характеристика губы дана в работе [3]. Карельский берег Кандалакшского залива относят к зоне низкого атмосферного загрязнения ТМ [7]. Однако в придонных водах в районе, примыкающем к Кандалакшскому заповеднику, отмечены повышенные концентрации ТМ, особенно Cu, что объясняется металлогенической спецификацией региона [8]. Материал собирали на шести прибрежных станциях (см. табл. 1) с 29 июля по 15 августа 2013 г.

Объектами исследования служили пять видов бурых водорослей (Fucus vesiculosus L., F. serratus L., Pelvetia canaliculata (L.) Dene et Thur (сем. Fucaceae), Chorda filum (L.) Lam. и Saccharina latissima (L.) (сем. Laminariaceae) и один вид высших растений триостренник морской (Triglochin maritimum L.) (сем. Juncaginaceae). Промытые пресной водой участки слоевищ водорослей и листьев T. maritimum обсушивали обеззоленной фильтровальной бумагой, нарезали на фрагменты и взвешивали на аналитических весах. После высушивания при 80°C до постоянной массы определяли их сухую массу с точностью до 1 мг. Образцы минерализовали с помощью СВЧ-минерализатора МС-6 (производитель фирма “Вольта”, Россия) в три этапа с подъемом температуры и давления от 120°C и 15 атм до 180°C и 25 атм. Общее время процесса 12 мин. Элементный анализ осуществляли в термически полученном атомном паре на атомном спектрометре МГА-915М (“Люмэкс”, Россия). Содержание Cu и Cd определяли в параллельных измерениях одних и тех же образцов. Результаты измерений статистически обрабатывали. В качестве членов случайных выборок использовали результаты ≥10 измерений индивидуальных образцов растительного материала, сгруппированные по видам растений и местам сбора. Вычисляли нормированные величины асимметрии и эксцесса, средние значения и величины доверительных интервалов (р = 0.05).

Анализ содержания сухого вещества позволил выделить две группы водорослей по сходству показателей. У Fucus serratus и Pelvetia canaliculata на долю сухого вещества приходится ~24% сырой массы, у Chorda filum и Saccharina latissima ~9–10%. Fucus vesiculosus содержит 30% сухого вещества.

Максимальное содержание Cu в расчете на сырую массу также обнаружено у F. vesiculosus (см. табл. 1), несколько меньше его у Chorda filum и Pelvetia canaliculata. При этом на каждой станции содержание Cu у Fucus vesiculosus было достоверно выше, чем у любого из видов сравнения. Значимых различий по содержанию Сu между Pelvetia canaliculata, Chorda filum и Triglochin maritimum не обнаружено. Низкие значения содержания Cu отмечены у Fucus serratus и Saccharina latissima, различия в данной паре видов статистически значимы. Таким образом, группы сходства, выделенные по содержанию сухого вещества, распадаются, если виды сравнивать по содержанию Сu в сырой массе растений. При пересчете содержания Cu на сухую массу выявлено существенное отставание Pelvetia canaliculata от Chorda filum и от Triglochin maritimum. Напротив, различия между Chorda filum и Fucus vesiculosus не подтверждены. В целом сопоставление концентрации Сu в сухой массе растений с таковой в сырой массе, показало сближение расчетных величин во всех парах сравниваемых видов и на всех станциях. Например, в бухте Летняя содержание Cu у F. vesiculosus в 7.32 раза превышало таковое у Fucus serratus при расчете на сырую массу, и в 6.37 – на сухую (см. табл. 1), показатель сближения был равен 7.32/6.37 ≈ 1.15. Максимальные изменения различий отмечены у мыса Картеш при сравнении наиболее отдаленных по систематическому положению видов: Fucus vesiculosus и Chorda filum, а также Fucus vesiculosus и Saccharina latissima.

Максимальное содержание Cd в сырой массе зарегистрировано у Fucus serratus. Второе и третье места по этому показателю также занимали представители сем. Fucaceae (Fucus vesiculosus и Pelvetia canaliculata). Менее всего Cd выявлено в листьях Triglochin maritimum. Ламинариевые (Chorda filum и Saccharina latissima) содержали Cd в количествах, бóльших по сравнению с высшим растением, но в меньших, чем любой из представителей фукусовых. Такая тенденция наблюдалась на всех станциях, где произрастали сравниваемые виды водной растительности. Пересчет содержания Cd на сухую массу показал, что оно максимально у Fucus serratus. Достаточно близкие величины получены для Fucus vesiculosus и Pelvetia canaliculata. У Triglochin maritimum в сухой массе листьев Cd было меньше всего. Заметно больше, чем у T. maritimum, этого элемента в Chorda filum. Таким образом, в группе перечисленных видов прибрежной морской растительности сохраняются соотношения в распределении Cd, выявленные при расчете на сырую массу. Из общей тенденции выпадает Saccharina latissima. При пересчете на сухую массу этот вид занял второе место. Сближение величин содержания Cd при переходе от расчетов на сырую массу к расчету на сухое вещество близко к аналогичным данным для Cu, но полного совпадения показателей не наблюдается. Этот факт не укладывается в систему представлений, рассматривающую накопление металлов в водорослях как функцию сухого вещества [4]. Данные авторов (см. табл. 1) свидетельствуют, что расчет содержания ТМ на сухое вещество в разных водорослях приводит к статистически различным результатам. Более того, при одинаковой доле сухого вещества в сырой массе Fucus serratus и Pelvetia canaliculata отмечается совпадение содержания только Cu. Поскольку в губе Медвежья Fucus serratus содержит Cd в 3 раза больше, чем Pelvetia canaliculata, было бы некорректно утверждать, что между сухим веществом и содержанием элемента имеет место простая однофакторная зависимость. Также между Chorda filum и Saccharina latissima по содержанию сухого вещества нет значимых различий, но способность сорбировать ТМ они проявляют противоположным образом. У мыса Картеш содержание Cu выше в слоевищах Chorda filum, а Cd – Saccharina latissima. Выраженные различия между видами в части накопления Cu и Cd могут объясняться различиями состава полисахаридов, ответственных за аккумуляцию ТМ [2]. Кроме того, помимо полисахаридного связывания, для некоторых элементов, например Cu, у водорослей отмечен также механизм белкового связывания [5]. Таким образом, полученные данные демонстрируют индивидуальные особенности водорослей, как биоаккумуляторов ТМ, и свидетельствуют, что даже близкие по систематическому положению виды существенно различаются как накопители Cu и Cd.

Почти повсеместное присутствие Fucus vesiculosus в районе исследований позволило оценить степень устойчивости отношения Cu/Cd в пределах одного вида. Показательно, что на трех станциях (губа Медвежья, бухты Левая и Летняя) в слоевищах F. vesiculosus отмечены весьма стабильные значения содержания обоих элементов (см. табл. 1). Отношение Cu/Cd укладывается в пределы 1.42–1.49. Этим показателям соответствуют средние величины содержания Cu 0.930–0.982 и Cd 0.632–0.660 мкг/г сухой массы. При достижении содержания Cu величины 1.453 мкг/г сухой массы (пос. Чупа), отношение Cu/Cd возрастает до 2.10, при величине 1.992 (мыс Картеш) – до 4.17. Очевидно, в талломах F. vesiculosus антагонистическое действие Cu по отношению к Cd присутствует при повышенных концентрациях меди и отсутствует при низких, что в целом соответствует наблюдениям других авторов [10]. Вероятно, природный фон по Cu и Cd на обследованных участках в губе Чупа невысокий, а его геохимические аномалии, в том числе вызываемые возможными техногенными загрязнениями, отсутствуют, либо ограничены по площади.

Выводы. В прибрежье губы Чупа наиболее эффективные накопители Cu и Cd – виды сем. Fucaceae. Между содержанием сухого вещества в водорослях и количеством сорбированной Cu и (или) Cd не обнаруживается признаков простой функциональной зависимости, если сравниваются разные виды. Даже на одном природном фоне виды, близкие по систематическому положению и содержанию сухого вещества, существенно различаются как биоаккумуляторы Cu и Cd.