Redox Reactions in Hydrocharis morsus-ranae L. under Industrial Impacts

Abstract

Aquatic ecosystems are very sensitive to industrial impacts, and, therefore, it is increasingly important to study the mechanisms underlying the tolerance of aquatic organisms to water pollution. Heavy metals (HMs) are among the most common and toxic pollutants of aquatic ecosystems. They have a particularly strong effect on macrophytes, which are in close contact with the aquatic environment and can accumulate metals in considerable quantities. Hydrocharis morsus-ranae L. is a floating macrophyte (pleistophyte) with a high capacity for accumulation of HMs. The aim of the present study was to assess the effect of industrial pollution on the redox reactions in H. morsus-ranae and to identify the role of low molecular weight antioxidants in adaptation of this macrophyte to unfavorable conditions. A comparative analysis of the physiological and biochemical characteristics of H. morsus-ranae from two (reference and impacted) water bodies was carried out. The study revealed an increased level of lipid peroxidation products in the leaves of H. morsus-ranae under industrial impact, which indicates oxidative stress. Nevertheless, this floating plant demonstrated fairly high resistance to adverse conditions, due to the synthesis of non-enzymatic antioxidants such as proline and soluble protein thiols. Revealing the response of macrophytes to pollution of water bodies will help predict the state of aquatic ecosystems with an increase in anthropogenic pressure

Водные экосистемы характеризуются высокой чувствительностью к техногенным нагрузкам, поэтому все более актуальным является изучение механизмов устойчивости гидробионтов к загрязнению водных объектов. Тяжелые металлы (ТМ) относятся к наиболее распространенным и токсичным поллютантам гидроэкосистем. Особенно сильное воздействие они оказывают на макрофиты, которые контактируют с водной средой и могут накапливать металлы в значительных количествах. Hydrocharis morsus-ranae L. относится к плавающим макрофитам (плейстофитам), обладающим высокой аккумулятивной способностью по отношению к ТМ. Цель исследования – оценка влияния техногенного загрязнения на редокс-реакции у H. morsus-ranae, а также выявление роли низкомолекулярных антиоксидантов в его адаптации к неблагоприятным условиям. Проведен сравнительный анализ физиолого-биохимических характеристик H. morsus-ranae из двух водных объектов (фон и импакт). Исследование определило повышенный уровень содержания продуктов перекисного окисления липидов в листьях H. morsus-ranae в условиях техногенного воздействия, что свидетельствует об окислительном стрессе. Тем не менее этот макрофит продемонстрировал достаточно высокую устойчивость к неблагоприятным условиям, что стало возможным благодаря синтезу таких неэнзиматических антиоксидантов, как пролин и растворимые белковые тиолы. Выявление ответных реакций макрофитов на загрязнение водных объектов будет способствовать прогнозированию состояния гидроценозов при усилении антропогенного прессинга