научная статья по теме КОРРЕЛЯЦИОННЫЕ СВЯЗИ МЕЖДУ ЦИТОГЕНЕТИЧЕСКИМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ СОСНЫ ОБЫКНОВЕННОЙ В СВЯЗИ С ВОПРОСАМИ ВЫБОРА ИНФОРМАТИВНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ДЛЯ ЦИТОГЕНЕТИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА Биология

Текст научной статьи на тему «КОРРЕЛЯЦИОННЫЕ СВЯЗИ МЕЖДУ ЦИТОГЕНЕТИЧЕСКИМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ СОСНЫ ОБЫКНОВЕННОЙ В СВЯЗИ С ВОПРОСАМИ ВЫБОРА ИНФОРМАТИВНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ДЛЯ ЦИТОГЕНЕТИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА»

-Ф-

-Ф-

Библиографический список

1. Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий / Утверждена председателем государственного комитета СССР по гидрометеорологии и контролю природной среды № 192 от 04.08.1986 г. — Ленинград: ГИДРОМЕТЕОИЗДАТ, 1987. — 68 с.

2. Крушель Е. Г., Степанченко И. В., Степанченко О. В. Алгоритм оценки пространственного распределения приземных концентраций вредных веществ по результатам точечных измерений // Известия Волгоградского государственного технического университета. — 2011. — Т. 3. — № 10. — С. 9—13.

3. Крушель Е. Г., Панфилов А. Э., Степанченко И. В., Степанченко О. В. Алгоритм оценки рассеивания вредных веществ в атмосфере от транспортного потока на автомагистрали города Камышина // Известия Волгоградского государственного технического университета. — 2011. — Т. 9. — № 11. — С. 29—32.

4. Кожевникова М. Ф., Левенец В. В., Ролик И. Л. Идентификация источников загрязнения: вычислительные методы // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники (19). — 2011. — № 6. — С. 149—156.

УДК 575:504.064:582.475.4(470.324)

КОРРЕЛЯЦИОННЫЕ СВЯЗИ МЕЖДУ ЦИТОГЕНЕТИЧЕСКИМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ

СОСНЫ ОБЫКНОВЕННОЙ В СВЯЗИ С ВОПРОСАМИ

_ _ _ _ _ _

ВЫБОРА ИНФОРМАТИВНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ДЛЯ ЦИТОГЕНЕТИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА

В. Н. Калаев,

проф. кафедры генетики, цитологии и биоинженерии Воронежского государственного университета, Dr_Huixs@mail.ru;

В. Г. Артюхов,

зав. кафедрой биофизики и биотехнологий Воронежского государственного университета, проф., Dr_Huixs@mail.ru;

И. В. Игнатова,

м. н. с. кафедры генетики, цитологии и биоинженерии Воронежского государственного университета, irina777.84@list.ru;

А. Д. Савко,

зав. каф. исторической геологии и палеонтологии Воронежского государственного университета, проф., savko@geol.vsu.ru;

Д. А. Дмитриев,

доц. кафедры исторической геологии и палеонтологии Воронежского государственного университета, dmitgeol@yandex.ru

Проведен анализ корреляционных связей между цитогенетическими характеристиками семенного потомства деревьев сосны обыкновенной на территории Хоперского государственного заповедника и прилегающей к нему территории. С помощью методов кластерного анализа выделены группы цитогенетических параметров, характеризующихся однонаправленными изменениями корреляций под действием факторов среды. Построена шкала информативности цитогенетических показателей сосны обыкновенной по данным корреляционного анализа.

The analysis of the correlation between the cytogenetic characteristics of seed progenies of Scots pine trees on the territory of the State Reserve Khopersky and the surrounding area. With the use of cluster analysis identified groups of cytogenetic parameters, characterized by unidirectional changes in the correlations under the influence of environmental factors. Built Scale informative cytogenetic indices of Scots pine according to correlation analysis.

Ключевые слова: сосна обыкновенная, цитогене-тические показатели, митотическая активность, аномалии митоза, ядрышковые характеристики, корреляционный анализ.

Keywords: Scots pine, cytogenetic indices, mitotic activity, abnormal mitosis, nucleolar characteristics, correlation analysis.

В настоящее время активно проводится цитогенети-ческий мониторинг, который позволяет контролировать изменения цитогенетических систем при спонтанном и индуцированном мутагенезе [1]. В качестве тест-объектов для цитогенетического мониторинга широко применяются хвойные древесные растения, в частности сосна обыкновенная [2—5 и др.], целесообразность использования которой для биоиндикации антропогенного загрязнения окружающей среды подробно обоснована в работах ряда авторов [6—9].

Однако при проведении цитогенетических исследований приходится анализировать большое число цитогенетических показателей: митотический индекс с учетом и без учета профазных клеток, уровень аномалий митоза с учетом и без учета профазных клеток, доля клеток на отдельных стадиях митоза, количество клеток с п ядрышками в ядре, среднее число ядрышек на клетку [2—5, 10, 11], обладающих различной чувствительностью к загрязнению [12], что требует значительных затрат сил и времени.

Экологический мониторинг

Ф-

-Ф-

-Ф-

В связи с этим очень важно выявить ключевой показатель для сокращения числа анализируемых признаков при проведении мониторинговых работ. Это можно осуществить посредством выделения корреляционных связей между цитогенетическими характеристиками в условиях антропогенного загрязнения по сравнению с экологически чистой территорией, что дает возможность пролить свет на цитогенетические механизмы адаптации к неблагоприятным условиям. Для сосны обыкновенной были изучены корреляционные связи между цитогенетическими показателями в клетках апикальной меристемы корней проростков семян деревьев, произрастающих в 1 км от Нововоронежской АЭС. Было показано, что наибольшим числом корреляционных связей и, соответственно, наибольшей информативностью обладают такие показатели как среднее число ядрышек на клетку и количество клеток с остаточными ядрышками [5].

В связи с этим нами был проведен анализ корреляционных связей между цитогенетичес-кими показателями семенного потомства деревьев сосны обыкновенной, произрастающих на экологически чистой территории Хоперского государственного заповедника и на территории, подвергающейся антропогенному прессингу, вблизи пос. Пески (Песковский лесхоз) Воронежской области.

Исследования проводились в 148 квартале Хоперского заповедника (тип леса — сосняк травяной, возраст деревьев сосны 48—60 лет, высота — 11—21 м, диаметр — 12—28 см) и в 113 квартале Песковского лесхоза, в непосредственной близости от поселка Пески (тип леса — сосняк травяной, возраст деревьев — 48—59 лет, высота — 12—15 м, диаметр — 13—17 см).

Сбор семян проводили в осенне-зимний период 2007 г. с 7—10 фенотипически нормальных деревьев. Пророщенные семена с корешками, достигшими 0,5—1 см фиксировали в спиртово-уксусной смеси (3:1) во время пика митотической активности. С каждой опытной территории было проанализировано по 45 проростков.

На микропрепаратах исследовали следующие цитогенетические показатели: митоти-ческую активность — отношение числа делящихся клеток к общему числу подсчитанных клеток (%) с учетом и без учета профазных клеток; уровень аномалий митоза — отношение числа клеток с нарушениями к общему числу делящихся клеток (% ) с учетом и без учета профазных клеток; процентное соотно-

шение количества клеток по стадиям митоза; ядрышковые характеристики — среднее число ядрышек на клетку и отношение числа клеток с 1, 2, 3 и т. д. ядрышками в ядре к общему числу клеток с ядрышками (%).

Вышеописанные цитогенетические показатели отражают митотическую активность — скорость прохождения клетками стадий митоза; уровень патологий митоза — частоту нарушений митотического аппарата; распределение клеток по стадиям митоза — время прохождения клетками стадий митоза и задержку на какой-либо из них, что обусловлено еЬеек-рошЬ-проверкой целостности генетического материала [3]. Задержка клеток на стадии профазы митоза свидетельствует о повреждении хромосом, задержка клеток на стадии метафа-зы — о повреждении веретена деления, задержка клеток на стадии ана-телофазы митоза — о нарушении формирования клеточной стенки [14]. Изменение митотической активности, подсчитанной без учета профазных клеток, обусловлено задержкой клеток на стадии профазы митоза (снижение показателя) или задержкой клеток на стадии мета-, ана-тело-фазы митоза (рост показателя) [15]. Ядрыш-ковые характеристики позволяют судить об уровне метаболизма клетки: повышенное число ядрышек в клетке свидетельствует об активации ядрышкообразующих районов, а пониженное — о подавлении транскрипционной функции [16, 17].

Процедура группировки данных и их статистическая обработка изложены в работе Ку-лаичева [18]. В матрицу данных вносили значения цитогенетических показателей (мито-тическую активность с учетом и без учета профазных клеток (%); уровень аномалий митоза с учетом и без учета профазных клеток (%); процентное соотношение количества клеток по стадиям митоза (%); среднее число ядрышек на клетку (%) и доли клеток с 1, 2, 3 и т. д. ядрышками в ядре (%)). Связь между цитогенетическими параметрами выявляли с использованием непараметрического коэффициента корреляции Спирмена (г8). Корреляция считалась отличной от нуля при Р < 0,05. Корреляционную связь считали высокой, если значения коэффициента корреляции находились (по абсолютному значению) в интервале от 0,6 до 1,0, средней — от 0,3 до 0,59, низкой — от 0 до 0,29 [19]. Кластерный анализ корреляционной матрицы проводили с использованием метрики вычисления расстояний Спирмена, стратегия группировки Уорда.

Экологический мониторинг

ф-

Результаты и обсуждение. Методы кластерного анализа корреляционной матрицы позволили выделить в каждой выборке по 3 группы цитогенетических признаков (рис. 1). Распределение показателей по группам на чистой территории и территории, подвергающейся

Б1

12

«

К «

О н о о

сЗ Л

Л

к

Л

1 группа 2 группа 3 группа Цитогенетические показатели А

'Б1

12

и

К Л

£ 4

о

сЗ

. -"V ^ I V ~ У"~

1 группа 2 группа 3 группа Цитогенетические показатели Б

Рис. 1. Дендрограмма, построенная по данным цитогенетических показателей семенного потомства деревьев сосныь обыкновенной, произрастающих в Хоперском государственном заповеднике (А) и Песковском лесхозе (Б). Обозначения: 1 — митотическая активность, подсчитанная с учетом профазных клеток; 2 — митотическая активность, подсчитанная без учета

профазных клеток; 3 — уровень патологий митоза, подсчитанный с учетом профазных клеток; 4 — уровень патологий митоза, подсчитанный без учета профазных клеток; 5 — доля клеток на стадии профазы митоза;

6 — доля клеток на стадии метафазы митоза; 7 — доля клеток на стадии анафазы-телофазы митоза; 8—15 — клетки с 1—8 ядрышками в ядре; 16 — среднее число ядрышек на клетку

антропогенному влиянию, сходно. Первая группа — изменения про

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