ЭКОЛОГИЯ, 2015, № 6, с. 444-453
УДК 599.323.43-13+504.5:699.2/.8
ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ В СИСТЕМЕ МАТЬ-ПЛАЦЕНТА-ПЛОД У РЫЖЕЙ ПОЛЕВКИ В УСЛОВИЯХ ЗАГРЯЗНЕНИЯ СРЕДЫ ВЫБРОСАМИ МЕДЕПЛАВИЛЬНОГО КОМБИНАТА
© 2015 г. С. В. Мухачева, В. С. Безель
Институт экологии растений и животных УрО РАН 620144 Екатеринбург, ул. 8 Марта, 202 e-mail: msv@ipae.uran.ru Поступила в редакцию 20.11.2014 г.
Аккумуляция тяжелых металлов (Cu, Zn, Cd, Pb) в системе мать—плацента—плод исследована у мелких млекопитающих (на примере рыжей полевки), обитающих в условиях загрязнения среды выбросами медеплавильного производства (Средний Урал). Оценена роль гастроинтестинального и плацентарного барьеров в транслокации исследованных элементов от рационов беременных самок до эмбрионов. Показано, что при существующих уровнях загрязнения среды поступление токсикантов в организм материнских особей не обязательно приводит к значительным эмбриональным потерям в течение беременности, но может сказываться на качестве потомства и его жизнеспособности в ранний постнатальный период.
Ключевые слова: мелкие млекопитающие, промышленное загрязнение, тяжелые металлы, эмбрион, плацента, медеплавильный завод, Средний Урал.
DOI: 10.7868/S0367059715060128
Необходимым условием устойчивого функционирования природных популяций любого вида считается их способность поддерживать высокий уровень обилия при неблагоприятных изменениях среды, в том числе при интенсивном антропогенном воздействии. Это в полной мере относится к мелким млекопитающим (мышевидным грызунам и мелким насекомоядным), обитающим в условиях загрязнения среды различными поллю-тантами (тяжелые металлы, радиоактивные элементы, органические соединения) и часто используемым в качестве модельных объектов как в популяционной экологии (Шварц, 1980), так и в экотоксикологии (Talmage, Walton, 1991).
Большинство авторов связывает наблюдаемые токсические эффекты с последствиями прямого воздействия загрязнителей на репродукцию (Ди-нерман, 1980; Москвитина и др., 2011; Domingo, 1994; Thompson, Bannigan, 2008). Если в лабораторном эксперименте возможна точная оценка токсического эффекта в зависимости от дозовой нагрузки, то при изучении природных популяций необходимо учитывать множество дополнительных факторов: мозаичность полей загрязнения, изменчивость рационов, пространственное перемещение животных в градиенте загрязнения и т.д. В этих условиях оценить вклад прямого воздей-
ствия поллютантов можно, оперируя величинами поступления с кормом и накопления токсических элементов в организме. При этом необходимо учитывать наличие в организме эффективных ги-стогематических барьеров, благодаря которым реализуется интенсивный селективный транспорт и обеспечивается защита потомства от действия разнообразных химических факторов.
Исследования, посвященные транслокации химических элементов в цепочке рацион—материнский организм—плацента—плод, при хроническом воздействии токсикантов на животных в условиях эксперимента крайне немногочисленны, а для природных популяций практически отсутствуют. Цель настоящей работы — оценить роль гастроинтестинального и плацентарного барьеров в транслокации тяжелых металлов в системе мать—плацента—плод у мелких млекопитающих (на примере рыжей полевки), обитающих в условиях загрязнения среды выбросами медеплавильного производства. Проверяемая нами гипотеза заключается в предположении, что при существующих уровнях загрязнения среды поступление токсикантов в организм материнских особей не обязательно приводит к значительным эмбриональным потерям в течение беременности, но мо-
Таблица 1. Объем исследованного материала
Период, годы Отработано ловушко-суток Добыто самок1 Количество образцов для измерения концентрации тяжелых металлов Оценка массы 3 эмбриона3
2 рацион печень плацента 3 эмбрион3
1990-1994 23365 144 82 101 0 7 (2) 34 (6)
1995-2000 18115 135 134 70 52 63 (9) 68(13)
2003-2007 13725 190 614 26 80 92 (18) 198(28)
Итого 55205 469 216 197 132 162 (29) 300 (47)
Примечание: 1 — приведено общее количество размножающихся самок в отловах; 2 — для оценивания концентрации элементов в рационе использовали содержимое желудка самок; 3 — количество проанализированных эмбрионов, в круглых скобках — число выводков; 4 — для оценки долговременных изменений приведены данные за 2012—2014 г.
жет сказываться на качестве потомства и его жизнеспособности в ранний постнатальный период.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ
В работе использованы материалы, полученные в ходе многолетних (1990—2007 гг.) исследований сообществ мелких млекопитающих, населяющих территории в зоне действия Средне-уральского медеплавильного завода (СУМЗ) и фоновые участки. Комбинат, расположенный в 50 км к западу от г. Екатеринбурга, в течение многих десятилетий (с 1940 г.) являлся крупнейшим источником атмосферного загрязнения. Основные ингредиенты выбросов — газообразные соединения S, F и N, а также пылевые частицы с сорбированными металлами (Cu, Pb, Zn, Cd, Fe, Hg и др.) и металлоидами (As). Несмотря на существенное снижение объема атмосферных выбросов в последние десятилетия (1989 г. — 141 тыс. т/год, 2005 г. — 25 тыс. т/год, с 2010 г. — менее 5 тыс. т/год), содержание тяжелых металлов в почве (Трубина и др., 2014) и кормовых объектах рыжих полевок (с 1990 по 2014 г., наши данные) изменялось незначительно, что позволило нам в дальнейшем рассматривать объединенные выборки.
Участки исследования расположены в западном направлении от источника эмиссии в зоне действия комбината (в 1—2 и 4—6 км) и на значительном удалении от него (20—30 км). На основании анализа содержания тяжелых металлов в природных депонирующих средах (почве, лесной подстилке, снежном покрове) участки были отнесены соответственно к загрязненной (Imp) или фоновой (Bg) зонам. Подробная характеристика участков приведена ранее (Воробейчик и др., 1994; Мухачева, 2007).
В качестве модельного объекта использовали рыжую полевку (Clethrionomys (Myodes) glareolus Schreber, 1780) — вид, доминирующий в сообществах мелких млекопитающих сравниваемых территорий. Животных отлавливали линиями лову-
шек-плашек (25 шт. через 5—7 м, которые экспонировали в течение 4—5 сут с ежедневной однократной проверкой) в течение периода массового размножения (с мая по август) одновременно на всех участках. Отработано более 55000 ловуш-ко-суток, добыто 469 размножающихся самок рыжей полевки (табл. 1).
Стадию развития эмбрионов определяли по методике Н.В. Тупиковой (1964). Эмбрионы и соответствующие им плаценты освобождали от плодных оболочек, удаляли амниотическую жидкость, взвешивали на электронных весах Tanita (с точностью до 0.001 г) и высушивали при температуре 65°C для химического анализа. Для оценки изменения массы эмбрионов в течение беременности (от 12 до 20 дней) использовали данные по 300 эмбрионам из 47 выводков.
Содержание приоритетных в районе исследования поллютантов (Cu, Zn, Cd, Pb) изучали в рационе (содержимом желудка) и организме (печень) беременных рыжих полевок, плацентах и эмбрионах на поздних сроках беременности. Индивидуальные уровни накопления анализировали в 216 образцах содержимого желудков, 197 — печени, 162 — эмбрионах и 132 — плацентах. Для оценки барьерной функции желудочно-кишечного тракта и плаценты использовали только "парные" субстраты, т.е. содержимое желудка и печень одних и тех же самок (n = 140), эмбрионы с соответствующими плацентами (n = 132).
Образцы измельчали, взвешивали (около 0.1 г) на аналитических весах KERN-770 с точностью 0.00001 г, озоляли в микроволновой печи MWS-2 (Berghof, Германия) методом мокрой минерализации в 65%-ной азотной кислоте. Концентрацию элементов (мкг/г сухой массы) определяли методом атомной абсорбции на спектрометре AAS 3 Vario (Analitik Jena AG, Германия) с использованием пламенного (для Cu, Zn) или электротермического (Cd, Pb) вариантов атомизации. Анализы выполнены в лаборатории экотоксикологии популяций и сообществ ИЭРиЖ УрО РАН, аккредито-
Таблица 2. Концентрации тяжелых металлов (мкг/г сухой массы) в рационе, печени, эмбрионах и плаценте беременных рыжих полевок, обитающих на фоновой (Bg) и загрязненной (Imp) территориях
Субстрат Зона отлова Концентрация элемента, мкг/г сухой массы
Cu Zn Cd Pb
Bg 16 .3 7 [ 73 ] 89. 24 [ 72 ] 0 . 91 [ 73] 7.67 [ 70 ]
Содержимое желудка 5 . 08 - 83. 20 1 9.0 6- 45 2.9 1 0. 01 -9 .3 8 0 .01 - 59. 47
Imp 1 48. 30 [ 140 ] 1 1 .8 5- 08 7.1 2 1 91. 53 [ 1 39 ] 22.98 - 15 16. 78 4 . 27 [1 43 ] 0 .10 - 1 7. 30 3 8 .3 7 [ 135 ] 0 .12 - 287 .38
Bg 1 1 .7 1 [ 84 ] 94. 73 [ 83 ] 1. 55 [ 84 ] 1 .57 [ 69 ]
Печень 3 . 78 - 26. 51 2 1.3 1- 18 7.45 0. 01 -8 .08 0 .01 - 1 0. 86
Imp 1 3 .5 5 [ 111 ] 4.32 - 63. 62 1 00. 92 [ 11 2 ] 25 .70- 154.5 3 8 .75 [1 11 ] 0 .49 -54. 82 3 .57 [ 97 ] 0 . 22 - 1 9. 65
Bg 12.12 [99] 84. 70 [ 99 ] 0. 12 [99] 0. 65 [ 46 ]
Плацента 2 . 51 - 32. 1 3 1 6.1 1- 39 5.7 7 0. 01 -0 .94 0. 10 -3 .72
Imp 14.90 [ 33 ] 80. 50 [ 33 ] 0. 70 [ 3 3 ] 0 .41 [1 1 ]
2. 04 - 38. 22 3 6.27- 164.5 7 0.25 - 1 .17 0 . 09 - 1 .3 0
Эмбрион Bg 6. 88 [ 11 3 ] 1 .39 -1 9.5 6 90.04 [ 11 2 ] 68.3 9- 296.8 0 0. 04 [ 98 ] 0. 01 -0.75 1. 13 [ 47] 0 .11 - 6.1 1
Imp 8 .07 [ 5 0 ] 86. 84 [ 50 ] 0 . 06 [ 4 1 ] 4. 32 [1 9 ]
1 . 60 - 1 7. 1 1 3 9.53- 31 1.1 9 0 . 01 -1 .22 1. 13 -9 .4 9
Примечание: в числителе приведены медиана и объем выборки (в квадратных скобках), в знаменателе — минимальное и максимальное значения.
ванной на техническую компетентность (аттестат аккредитации № РОСС. RU000l.515630). Качество измерений оценивали по международному стандартному образцу СRМ 185R (бычья печень). Проанализировано 707 образцов (см. табл. 1), выполнено около 2600 элементоопределений.
Статистический анализ осуществляли в пакете 81а1АзИса ^8.0. Для оценки различий в содержании элементов использовали непараметрический тест Манна—Уитни (и), для выявления связей между концентрациями элементов в субстратах, а также массы эмбрионов с концентрациями тяжелых металлов в них — коэффициент корреляции Спир-мена. Множественные сравнения выполнили по критерию Тьюки, значимыми считали различия при р < 0.05.
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.