ФІЗІОЛОГО-БІОХІМІЧНИЙ ВІДГУК АСОЦІАЦІЇ NOSTOC COMMUNE НА ВПЛИВ ІМІДАЗОЛІНОНОВИХ ГЕРБІЦИДІВ
DOI:
https://doi.org/10.31861/biosystems2026.02.384Ключові слова:
Nostoc commune, альгобактеріальна асоціація, імазамокс, імідазолінонові гербіциди, білки, ліпіди, вуглеводи, фотосинтетичні пігменти, амінокислотиАнотація
Досліджено особливості фізіолого-біохімічної реакції альгобактеріальної асоціації Nostoc commune на токсичну дію імідазолінонового гербіциду (діючі речовини - імазамокс та імазапір). Актуальність роботи зумовлена необхідністю комплексної оцінки екотоксикологічних ризиків застосування зазначених пестицидів для фотосинтезувальних мікроорганізмів у водних екосистемах, а також пошуком ефективних біоагентів для фіторемедіації забруднених водних середовищ.
Культивування асоціації N. commune здійснювали методом накопичувальної культури на живильному середовищі BG-11 протягом 28 діб. Вплив гербіцидного навантаження моделювали в діапазоні концентрацій імазамоксу 0,01–5,0 мг/л. У процесі експерименту проаналізовано динаміку росту (за оптичною щільністю культури), стан пігментного апарату, компонентний біохімічний склад біомаси та амінокислотний профіль клітин.
У результаті проведених досліджень виявлено двофазний характер ростової відповіді мікроорганізмів на дію гербіциду. За умов низьких концентрацій імазамоксу (0,01–0,1 мг/л) спостерігався стимулювальний ефект щодо ростових процесів, тоді як підвищення вмісту речовини до 0,5–5,0 мг/л викликало дозозалежне пригнічення життєдіяльності культури. Встановлено структурну перебудову пігментного комплексу, що проявлялася вірогідним зниженням вмісту хлорофілу a та фікобіліпротеїнів за високих концентрацій пестициду при одночасному збереженні високого рівня каротиноїдів. З’ясовано, що токсична дія супроводжується концентраційно залежним зменшенням частки загального білка в біомасі (з 47 % до 19 %) із компенсаторним зростанням вмісту ліпідно-вуглеводної фракції. Серед дослідженого спектра амінокислот найбільшу чутливість виявив лейцин, вміст якого за мінімальної концентрації імазамоксу знижувався на 46 % порівняно з контролем.
Отримані експериментальні дані свідчать про високий адаптаційний потенціал асоціації N. commune за умови помірного пестицидного навантаження, а також підтверджують доцільність використання вивчених біохімічних маркерів для діагностики токсичного ураження водних мікробіоценозів імідазоліноновими гербіцидами.
Посилання
1. Ahmed, S.F., Mofijur, M., Parisa, T.A., Islam, N., Kusumo, F., Inayat, A., Le, V.G., Badruddin, I.A., Khan, T.M.Y., Ong H.C. (2022). Progress and challenges of contaminate removal from wastewater using microalgae biomass. Chemosphere, 286. 131656, https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2021.131656
2. Alvarez, X., Alves, A., Ribeiro, M. P., Lazzari, M., Coutinho, P., & Otero, A. (2021). Biochemical characterization of Nostoc sp. exopolysaccharides and evaluation of potential use in wound healing. Carbohydrate Polymers, 254, 117303. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2020.117303
3. Amaro, H. M., Salgado, E. M., Nunes, O. C., Pires, J. C.M., Esteves, A. F. (2023). Microalgae systems - environmental agents for wastewater treatment and further potential biomass valorisation. Journal of Environmental Management, 337, 117678. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2023.117678
4. Atoku, D. I., Ojekunle, O. Z., Taiwo, A. M., & Shittu, O. B. (2021). Evaluating the efficiency of Nostoc commune, Oscillatoria limosa and Chlorella vulgaris in a phycoremediation of heavy metals contaminated industrial wastewater. Scientific African, 12, e00817. https://doi.org/10.1016/j.sciaf.2021.e00817
5. Cepoi, L., Zinicovscaia, I., Valuta, A., Codreanu, L., Rudi, L., Chiriac, T., Yushin, N., Grozdov, D., & Peshkova, A. (2022). Bioremediation capacity of edaphic cyanobacteria Nostoc linckia for chromium in association with other heavy-metals-contaminated soils. Environments, 9(1), 1. https://doi.org/10.3390/environments9010001
6. Chai, W.S., Tan, W.G., Munawaroh, H.S.H., Gupta, V.K., Ho, S.-H., Show P.L. (2021). Multifaceted roles of microalgae in the application of wastewater biotreatment: a review. Environ. Pollut., 269, 116236. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2020.116236
7. Cooper, M. B., & Smith, A. G. (2015). Exploring mutualistic interactions between microalgae and bacteria in the omics age. Current Opinion in Plant Biology, 26, 147–153. https://doi.org/10.1016/j.pbi.2015.07.003
8. Cruz, D., Vasconcelos, V., Pierre, G., et al. (2020). Exopolysaccharides from Cyanobacteria: Strategies for Bioprocess Development. Applied Sciences, 10(11), 3763.
https://doi.org/10.3390/app10113763
9. Cui J., Xie Y., Sun T., Chen L., Zhang W. (2021). Deciphering and engineering photosynthetic cyanobacteria for heavy metal bioremediation. Science of the Total Environment, 738, 144111.
10. Fuentes, J. L., Garbayo, I., Cuaresma, M., Montero, Z., González-del-Valle, M., & Vílchez, C. (2016). Impact of microalgae-bacteria interactions on the production of algal biomass and associated compounds. Marine Drugs, 14(5), 100. https://doi.org/10.3390/md14050100
11. Hadwan, M. H., & Abed, H. N. (2016). Data supporting the spectrophotometric method for the estimation of catalase activity. Data in brief, 6, 194-199. https://doi.org/10.1016/j.dib.2015.12.012
12. Ho, H.-I., Park, C.-H., Yoo, K.-E., Kim, N.-Y., & Hwang, S.-J. (2024). Survival and development strategies of cyanobacteria through akinete formation and germination in the life cycle. Water, 16(5), 770. https://doi.org/10.3390/w16050770
13. Huang, L., Jin, Y., Zhou, D., Liu, L., Huang, S., Zhao, Y., & Chen, Y. (2022). A review of the role of extracellular polymeric substances (EPS) in wastewater treatment systems. International Journal of Environmental Research and Public Health, 19(19), 12191. https://doi.org/10.3390/ijerph191912191
14. Ikioukenigha M., Abamba E. E., Chikukula A. A., Dugeri D. R., Ibeneme U. J., Olukayode O. J., Okpro O., Akpome A. (2024). Herbicides Effects on Soil Functions: A Review. Asian Soil Research Journal, 8(4), 34–41. https://doi.org/10.9734/asrj/2024/v8i4160
15. León-Miranda, E., & Tejada-Jiménez, M. (2023). Microalgal and nitrogen-fixing bacterial consortia: From interaction to biotechnological potential. Plants, 12(13), 2476. https://doi.org/10.3390/plants12132476
16. Milošević, N. A., & Govedarica, M. M. (2002). Effect of herbicides on microbiological properties of soil. Proceedings of Matica Srpska for Natural Sciences, 102, 5–21. https://doi.org/10.2298/ZMSPN0201005M
17. Onyeaka H, Akinsemolu A, Muhammad AI, Ejiohuo O. (2025). A green microbe for a sustainable future: the versatile applications of Nostoc commune. Sustain Microbiol. 2(4). https://doi.org/10.1093/sumbio/qvaf025
18. Park, S., Kang, E.-Y., Kim, M.-G., Ko, J.-H., Lee, H.-K., & Shin, J.-H. (2022). The beneficial effects of cyanobacterial co-culture on plant growth. Life, 12(2), 223. https://doi.org/10.3390/life12020223
19. Rojano-Delgado, A. M., Priego-Capote, F., Luque de Castro, M. D., & De Prado, R. (2015). Mechanism of imazamox resistance of the Clearfield® wheat cultivar for better weed control. Agronomy for Sustainable Development, 35, 639–648. https://doi.org/10.1007/s13593-014-0232-7
20. Tamaru Y, Takani Y, Yoshida T, Sakamoto T. Crucial role of extracellular polysaccharides in desiccation and freezing tolerance in the terrestrial cyanobacterium Nostoc commune. Appl Environ Microbiol. 2005 Nov;71(11):7327-33. https://doi.org/10.1128/AEM.71.11.7327-7333.2005
21. Tan, S., Evans, R. R., Dahmer, M. L., Singh, B. K., & Shaner, D. L. (2005). Imidazolinone‐tolerant crops: history, current status and future. Pest Management Science: Formerly Pesticide Science, 61(3), 246-257. https://doi.org/10.1002/ps.993
22. Temina, M., Rezankova, H., Rezanka, T., & Dembitsky, V. M. (2007). Diversity of the fatty acids of the Nostoc species and their statistical analysis. Microbiological Research, 162, 308–321. https://doi.org/10.1016/j.micres.2006.01.010
23. Touliabah HE, El-Sheekh MM, Ismail MM, El-Kassas H. A Review of Microalgae- and Cyanobacteria-Based Biodegradation of Organic Pollutants. Molecules. 2022 Feb 8;27(3):1141. https://doi.org/10.3390/molecules27031141
24. Touloupakis, E., Chini Zittelli, G., Silva Benavides, A. M., & Torzillo, G. (2023). Growth and photosynthetic performance of Nostoc linckia (formerly N. calcicola) cells grown in BG11 and BG110 media. Photochemical & Photobiological Sciences, 22, 795–807. https://doi.org/10.1007/s43630-02200353-6
25. Verasoundarapandian G., Lim Z. S., Mohamed Radziff S. B., Taufik S. H., Puasa N. A., Shaharuddin N. A., Merican F., Wong C.-Y., Lalung J., Ahmad S. A. (2022). Remediation of pesticides by microalgae as a feasible approach in agriculture: Bibliometric strategies. Agronomy, 12(1), 117. https://doi.org/10.3390/agronomy12010117
26. Xie, J., Zhao, L., Liu, K., Guo, F., Gao, L., & Liu, W. (2018). Activity, toxicity, molecular docking, and environmental effects of three imidazolinone herbicides enantiomers. Science of the Total Environment, 622–623, 594–602. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2017.11.333
27. Zahra, Z., Choo, D. H., Lee, H., & Parveen, A. (2020). Cyanobacteria: Review of current potentials and applications. Environments, 7(2), 13. https://doi.org/10.3390/environments7020013
