научная статья по теме ОЦЕНКА ЦИТО- И ГЕНОТОКСИЧНОСТИ ПРИРОДНЫХ ВОД В РАЙОНЕ РАСПОЛОЖЕНИЯ ХРАНИЛИЩА РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ С ПОМОЩЬЮ ALLIUM-ТЕСТА Биология

Текст научной статьи на тему «ОЦЕНКА ЦИТО- И ГЕНОТОКСИЧНОСТИ ПРИРОДНЫХ ВОД В РАЙОНЕ РАСПОЛОЖЕНИЯ ХРАНИЛИЩА РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ С ПОМОЩЬЮ ALLIUM-ТЕСТА»

РАДИОЭКОЛОГИЯ

УДК [57+61]::539.1.04:575.167:57.083:58.032

ОЦЕНКА ЦИТО- И ГЕНОТОКСИЧНОСТИ ПРИРОДНЫХ ВОД В РАЙОНЕ РАСПОЛОЖЕНИЯ ХРАНИЛИЩА РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ С ПОМОЩЬЮ ALLIUM-ТЕСТА

© 2014 г. А. А. Удалова1,2*, С. А. Гераськин2, В. Г. Дикарев2, Н. С. Дикарева2

1Обнинский институт атомной энергетики НИЯУ МИФИ, Обнинск 2Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной радиологии и агроэкологии РАСХН,

Обнинск

Изучена эффективность биотестов "частота аберрантных клеток" и "пролиферативная активность" в корневой меристеме Allium cepa L. для оценки цито- и генотоксичности природных вод в районе расположения хранилища РАО в г. Обнинске Калужской обл., подвергшихся загрязнению 90Sr и тяжелыми металлами. Показано, что Allium-тест применим для диагностики качества природных сред в случае их сочетанного загрязнения химическими веществами и радионуклидами. Анализ спектра цитогенетических нарушений показал, что мутагенное действие отобранных в районе расположения хранилища РАО вод в значительной степени обусловлено действием химических токсикантов. Закономерности проявления биологических эффектов не всегда удается объяснить с помощью данных об уровнях загрязнения вод, что свидетельствует о недостаточности физико-химического мониторинга для получения корректных оценок риска многокомпонентного загрязнения природной среды для биоты и человека.

Биотестирование, Allium-тест, генотоксичность, цитотоксичность, радионуклиды, тяжелые металлы.

DOI: 10.7868/S0869803114010172

При решении задач по обеспечению радиационной и химической безопасности и снижению риска воздействия на здоровье человека и окружающую среду промышленных объектов (в том числе радиационно-опасных) важная роль принадлежит экологическому мониторингу, поэтому совершенствование существующих и разработка новых методов оценки загрязнения природных сред относится к приоритетным направлениям исследований в области природопользования. Характерный для реальных ситуаций многокомпонентный состав загрязнения, сложная динамика поступления токсикантов и негомогенность их распределения в природных средах и живых организмах, взаимодействие между индуцированными разными факторами повреждениями, ограниченные возможности контролирующих служб делают практически невозможным получение корректных оценок риска, основанных только на результатах инструментального анализа. Качество оценки состояния природной среды можно повысить путем разработки и внедрения в практику чувствительных и надежных методов биотестирования, которые позволяют оценить опасность существующего загрязнения для живых ор-

* Адресат для корреспонденции: 249032 Обнинск, Калужская обл., Киевское ш., 109 км, ВНИИСХРАЭ; тел: (48439) 9-69-64; e-mail: oudalova@mail.ru.

ганизмов и дополняют инструментальные методы анализа проб воды, воздуха, почвы данными об интегральной токсичности, учитывающими всю совокупность действующих факторов, а также синергические и антагонистические эффекты их взаимодействия [1—3]. Совместное использование физико-химических и биологических методов контроля загрязнения повышает надежность оценок экологического риска и позволяет обеспечить объективную основу для регулирования поступления потенциально опасных субстанций в окружающую среду.

Широкое применение в методиках биотестирования водных сред нашел лук обыкновенный (Allium cepa L.), с помощью которого проводят оценку эффектов как на молекулярно-клеточном уровне (используя такие показатели как митоти-ческий индекс, число микроядер, частота и спектр аберраций хромосом в ана-телофазных клетках), так и на организменном (ингибирова-ние роста корешков) [4, 5]. Эффективность Allium-теста для оценки токсичности как модельных растворов, так и загрязняемых промышленными и бытовыми сбросами почв, донных отложений, воздуха, пресных и морских вод и т.д. была продемонстрирована во множестве исследований. Вместе с тем, попытки применить Allium-тест для оценки радиационного и радиационно-химиче-

7

97

ского загрязнения природных сред немногочисленны [6—11].

Потенциальным источником сочетанного радиационного и химического воздействия на природную среду являются предприятия ядерного топливного цикла (ЯТЦ). Поступление в окружающую среду техногенных радионуклидов на объектах атомной отрасли в настоящее время строго контролируется, но остается нерешенной проблема обеспечения экологической безопасности хранилищ радиоактивных отходов (РАО). На предприятиях ЯТЦ Российской Федерации размещено около 300 приповерхностных хранилищ твердых РАО, большая часть которых не удовлетворяет требованиям современных нормативных документов по безопасности [12]. Особое внимание заслуживают хранилища РАО, введенные в эксплуатацию в 50-70-е годы прошлого столетия без должного учета природных особенностей территории и обеспечения необходимого уровня защиты. Более того, для большинства старых хранилищ РАО характерно отсутствие исчерпывающих документальных сведений о радионук-лидном составе, величине активности, объеме захороненных в хранилище отходов [12], что делает актуальным применение биологических методов контроля состояния окружающей среды в зонах их влияния.

В настоящей работе оценена эффективность использования AШum-теста для определения ци-то- и генотоксичности радиационно-химическо-го загрязнения грунтовых и поверхностных вод на территории и в непосредственной близости от хранилища РАО в г. Обнинске Калужской области.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Характеристика района исследования. Хранилище РАО Государственного научного центра "Физико-энергетический институт им. А.И. Лей-пунского" (ГНЦ РФ — ФЭИ) (рис. 1) было создано в г. Обнинске Калужской обл. в 1954 г. Заполнение хранилища радиоактивными отходами предприятий Москвы, Ленинграда и Обнинска производилось до 1961 г. Подробное ландшафт-но-геохимическое описание района размещения объекта представлено в [13, 14]. Уровни активности радионуклидов в грунтовых водах в 1961— 1998 гг. не превышали фоновых значений [15]. В 1998 г. была обнаружена утечка 908г через нарушения гидроизоляции одной из емкостей, что вызвало значительное увеличение объемной активности (до 40 Бк/л) в наблюдательной скважине [13, 14, 16]. Согласно оценке [13], активность попавших в окружающую среду радионуклидов не превысила 4.4 х 108 Бк (12 мКи) и на 90% определялась 908г. Наибольшие значения удельной активности 908г в почве были отмечены в непосред-

ственной близости от аварийной емкости (до 180—210 Бк/кг) [16]. Ущерб для здоровья населения от поступления таких количеств 90Sr в окружающую среду пренебрежимо мал [13]. Для оценки последствий утечки радионуклидов для окружающей среды было проведено комплексное радиоэкологическое обследование территории хранилища, которое включало блок работ, выполненных методами биологического мониторинга с применением разных тест-объектов [8, 15, 17], в том числе настоящее исследование с использованием Allium-теста.

Отбор и физико-химический анализ проб воды. Отбор проб воды на территории хранилища был проведен летом 2004 г. из наблюдательных скважин (варианты 5, 6, 7); на прилегающей к хранилищу территории места пробоотбора были расположены в сторону разгрузки водоносных горизонтов (юго-восточное направление, к р. Протва): скважина с внешней стороны от забора хранилища (вариант 8), небольшой водоем (лужа), образованный стоком грунтовых вод с территории хранилища на расстоянии около 50 м от емкости № 4 (вариант 9), из которого вытекал ручей (вариант 4), впадавший в болотце (вариант 3). В качестве контроля (вариант 1) использовали воду из лесного ручья, протекающего на расстоянии около 10 км в северо-восточном направлении от хранилища РАО.

Анализ радионуклидного состава воды проводили на гамма-спектрометре с полупроводниковым детектором. Объемную активность 90Sr измеряли бета-спектрометром "Прогресс". При определении макроэлементов (K, Na, Ca, Mg) атомно-абсорбционным методом (Varian 250+, пламенный вариант) подготовка профильтрованных проб воды к анализу включала разбавление де-ионизированной водой в 10—100 раз и добавление Cs и Sr в качестве ионизационных буферов. Для измерения микроэлементов (Cd, Co, Zn, Cr, Fe и др.) на атомно-эмиссионном спектрофотометре с индуктивно связанной плазмой (Varian ICP AES Liberty II) отфильтрованные и подкисленные (добавлением 1—2 мл концентрированной HNO3 на 1 л воды) пробы концентрировали упариванием в 8 раз. Показатели качества воды (pH, жесткость, минерализация и т.д.) определяли по стандартным методикам.

Биологическое тестирование проб воды. В качестве тест-объекта использовали лук репчатый (Allium cepa L.) сорта Штудтгартен-ризен первой репродукции урожая 2003 г. На каждый вариант опыта брали по 10 луковиц одинакового размера (диаметром 15—17 мм, массой 5—8 г). Для обеспечения равномерности прорастания и синхронизации деления клеток луковицы в течение суток выдерживали в дистиллированной воде в холодильнике, затем помещали в пробирки с

С

места отбора проб

Ю

Рис. 1. Карта-схема хранилища РАО ГНЦ РФ — ФЭИ и прилегающей территории.

анализируемыми пробами воды и проращивали в течение 3 сут в термостате при температуре +24°С. В качестве лабораторного контроля использовали дистиллированную воду (вариант 2). 70—100 корешков на вариант фиксировали в смеси спирт : ледяная уксусная кислота (3 : 1). Препараты для цитогенетического анализа готовили из

апикальной меристемы корешков и окрашивали ацетоорсеином. В каждом препарате анализировали все ана-телофазные клетки. При определении митотического индекса (МИ) и частоты аберрантных клеток (АК) просматривали 1350— 3230 клеток в 16—39 препаратах и 3150—7080 ана-телофазных клеток в 17—33 препаратах соответ-

Таблица 1. Общие показатели качества и содержание радионуклидов в пробах воды

Вариант

Гидрохимические показатели

pH

жесткость, мг-экв/л

хлориды, мг/л

нитраты, мг/л

3(болото) 7.95 3.4 9.4 3.1 - <28 <8 <24 2.0 <0.5

4(ручей) 7.15 10.0 10.0 0.0 - <27 <7 24 44.8* <0.5

5 ( скв. № 4) 8.15 11.7* 10.2 1.0 - <23 <5 18 51.2* <0.5

6 ( скв. № 5) 8.05 3.4 7.6 1.6 - <27 <5 28 <0.5 <0.5

7 (скв. № 7) 7.65 10.3* 6.9 11.1 - <42

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком