ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2015, том 460, № 2, с. 236-241
^ ОБЩАЯ ^^^^^^^^^^^^^^
БИОЛОГИЯ
УДК 574.64:58.084.5
ОЦЕНКА ЦИТОГЕНЕТИЧЕСКИХ НАРУШЕНИЙ В КЛЕТКАХ ВОДНОГО РАСТЕНИЯ Elodea canadensis В ЗОНЕ ТЕХНОГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ РЕКИ ЕНИСЕЙ: НАТУРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И ЛАБОРАТОРНЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТЫ
© 2015 г. А. Я. Болсуновский, Т. А. Зотина, М. Ю. Медведева, Е. А. Трофимова
Представлено академиком РАН А.Г. Дегерменджи 31.07.2014 г. Поступило 06.08.2014 г.
DOI: 10.7868/S0869565215020267
Река Енисей является одной из крупнейших рек мира, которая более 50 лет подвергается радиационному воздействию в результате деятельности Горно-химического комбината (ГХК) Росато-ма в г. Железногорск, производившего оружейный плутоний [1—4]. Донные отложения и пойма р. Енисей загрязнены техногенными радионуклидами, в том числе трансурановыми, не только вблизи ГХК, но и на значительном расстоянии по течению реки. Во время работы ядерных реакторов на ГХК в биомассе погруженных макрофитов р. Енисей регистрировалось более 20 техногенных радионуклидов, характерных для сбросов ГХК [2]. К числу массовых видов макрофитов, ве-гетирующих в р. Енисей как в зоне техногенного загрязнения, так и на фоновых участках, относится Elodea canadensis Michx. (элодея канадская) [5]. Проведенные ранее исследования показали, что на участке р. Енисей, расположенном в зоне радиоактивного загрязнения, значительно возрастала частота цитогенетических нарушений в клетках корней элодеи по сравнению с растениями, вегетирующими в р. Енисей выше сбросов ГХК [6]. Цитогенетические нарушения в корневой меристеме растений используются как показатели цито- и генотоксичности при оценке качества среды обитания [7, 8].
После остановки последнего ядерного реактора на ГХК в апреле 2010 г. уровень радиоактивных сбросов в р. Енисей существенно снизился, однако в донных отложениях реки за время работы ГХК накоплена значительная активность техногенных радионуклидов [3]. Таким образом, донные отложения реки Енисей в настоящий момент
Институт биофизики
Сибирского отделения Российской Академии наук, Красноярск
являются основным депо радионуклидов и тяжелых металлов, которые могут оказывать негативное влияние на жизнедеятельность укорененных макрофитов.
Цель данной работы — оценить уровень цито-генетических нарушений в корнях водного растения E. canadensis Michx. (элодея) по данным натурных исследований и лабораторных экотокси-кологических экспериментов.
Донные отложения (ДО) и растения элодеи отбирали в р. Енисей в летне-осенний период 2011— 2012 гг. на участке протяженностью до 330 км по течению реки от г. Красноярск до устья р. Ангара (рис. 1). Пробы отбирали как в зоне влияния сбросов ГХК (вблизи сел Атаманово, Б. Балчуг и Стрелка — 80—87, 96 и 324 км вниз по течению от г. Красноярск соответственно), так и выше ГХК по течению реки вблизи с. Есаулово (43 км ниже г. Красноярск) и выше г. Красноярск (около 10 км вверх по течению реки). После отбора пробы биомассы элодеи промывали речной водой, для аналитических исследований сушили при 105°C до постоянной массы, а затем озоляли при 450°C. Пробы донных отложений собирали из корне-обитаемого слоя глубиной до 20 см от их поверхности и для аналитических исследований сушили при 105°C до постоянной массы. Удельную активность радионуклидов в пробах биомассы и ДО измеряли на гамма-спектрометре со сверхчистым германиевым детектором ("Canberra", США). Спектры анализировали с помощью программного обеспечения Genie-2000 ("Canberra"). Результаты приведены в Бк/кг сухой массы. Валовое содержание металлов определяли в абсолютно сухих пробах биомассы макрофитов и ДО после их минерализации [9]. Анализы выполнены в аналитической лаборатории Института биофизики СО РАН.
Для лабораторных токсикологических экспериментов использовали сырые пробы ДО, отобранные на участках с разным уровнем техногенного загрязнения р. Енисей. Фоновая проба (ДО-1) была отобрана выше по течению реки от г. Красноярск (около 10 км). В зоне радиационного и химического загрязнения были отобраны пробы вблизи села Атаманово (ДО-2 — участок отбора Атаманово-1, ДО-3 — участок отбора Атаманово-2) и села Б. Балчуг (ДО-4), на расстоянии 80, 87 и 96 км ниже Красноярска соответственно. Растения элодеи для экспериментов отбирали в р. Енисей на том же фоновом участке, что и пробы донных отложений (ДО-1), и акклиматизировали в лаборатории в течение двух недель. Для экспериментов использовали новые апикальные побеги длиной 4 см, которые высаживали в стеклянные стаканы с ДО. В дальнейшем эти стаканы с побегами элодеи выдерживали при температуре 19—20°C и круглосуточном освещении люминесцентными лампами в течение 14 сут. Все тестируемые ДО были исследованы в трехкратной повторности. Более подробно методика проведения эксперимента описана ранее в работе [10].
Для исследования цитогенетических характеристик корни элодеи фиксировали в смеси этанола и уксусной кислоты (3 части 96%-го этанола и 1 часть ледяной уксусной кислоты) сразу после отделения от растений в натурных условиях и после окончания лабораторного эксперимента. Через несколько суток корни окрашивали 2%-м ацетоорсеином, как описано ранее [11, 12]. Из окрашенных корешков готовили давленые препараты, которые просматривали сразу после их приготовления с помощью микроскопа Olympus CX31 при увеличении в 900 раз и фотографировали. Исследовали аномалии в делящихся клетках на стадиях анафазы и телофазы клеточного цикла. Долю (частоту) клеток с цитогенетическими аномалиями оценивали как отношение числа клеток, содержащих аномалию, к общему числу просмотренных анафазных и телофазных клеток и выражали в процентах.
Полученные данные натурных исследований содержания радионуклидов в биомассе элодеи и ДО р. Енисей представлены в табл. 1. Вблизи г. Красноярск основной вклад в суммарную у-ак-тивность проб элодеи и донных отложений дают естественные радионуклиды — 7Be и 40K. При этом содержание техногенного радионуклида 137Cs в пробах ДО и растений этого района регистрируется на фоновом уровне глобальных выпадений (до 5 Бк/кг). В пробах ДО, собранных ниже по течению реки от ГХК (в районе Атаманово-2), зарегистрированы такие техногенные радионуклиды, как 60Co (максимальное содержание — 199 Бк/кг), 152Eu и 154Eu — 432 и 67 Бк/кг соответственно, 241Am — до 11 ± 1 Бк/кг. По мере удаления от ГХК
Рис. 1. Карта-схема участка р. Енисей (Красноярский край) с районами отбора проб донных отложений и водных растений.
по течению реки содержание вышеотмеченных техногенных радионуклидов снижается в пробах ДО, однако это не относится к 137С8. Так, высокие активности 137С8 зарегистрированы в корнеоби-таемом слое ДО как вблизи ГХК (участок отбора Атаманово-1 — 1882 Бк/кг), так и на расстоянии 244 км от ГХК (район с. Стрелка — 2676 Бк/кг). Эти данные свидетельствуют о неоднородном характере распределения радиоактивного загрязнения ДО в р. Енисей. Доля 137С8 в суммарной активности техногенных радионуклидов в пробах ДО, отобранных ниже ГХК, составляла 54—99%. В биомассе элодеи из р. Енисей зарегистрирован природный радионуклид 40К, который обладал самой высокой удельной активностью (611— 1400 Бк/кг). На участке реки, расположенном ниже ГХК, в биомассе элодеи мы зарегистрировали такие техногенные радионуклиды, как 60Со, 137С8, 152Еи и 241Ат с активностями 32, 60, 20 и 2.4 Бк/кг соответственно. Как и для ДО, максимальное содержание 137С8 отмечено в пробах элодеи, собран-
Таблица 1. Удельная активность радионуклидов (Бк/кг сухой массы, X ± в биомассе побегов элодеи (над чертой) и в верхнем слое донных отложений (под чертой), собранных в р. Енисей вблизи указанных населенных пунктов
Радионуклид Красноярск Есаулово Атаманово-1 Атаманово-2 Б. Балчуг Стрелка
7Ве 46 ± 3 4 ± 1 4 1 ± 3 6 0 ± 5 <МДА <МДА <МДА <МДА 35 ± 2 <М-ДА
40К 6 1 1 ± 3 0 1259±58 н. а. 1400 ± 70 1030 ±60 8 4 1 ± 4 1
5 1 8 ± 2 5 424 ± 24 453 ± 26 602 ± 34 5 58 ± 31 5 14 ± 3 1
60Со - н . а. 1 3 ± 1 3 2 ± 1 1 9 9 ± 5 2 1 ± 1 9 1 ± 2 0 .7 ± 0 .2 1 .2 ± 0 .1
137С8 0 . 4 ± 0 .2 0 . 6 ± 0 .2 н. а. 26 ± 1 60 ± 3 50 ± 2
1 . 2 ± 0 .2 5 ± 1 1882 ±81 748 ± 3 2 282 ± 1 2 2676 ± 134
152Еи 5 ± 1 2 0 ± 1 1 .1 ± 0 .2
432 ± 7 1 28 ± 3 4 . 8 ± 0 .2
154Еи - - - <МДА 67 ± 2 <М-Д-А 17 ± 1 <М-ДА <М-ДА
241АШ - - - <МДА 11 ± 1 2 . 4 ± 0 .6 2 ± 1 <М-ДА <М-ДА
Еу 658 ± 3 3 1300 ± 62 н . а. 1463 ± 73 1133± 66 928 ± 46
5 23 ± 2 6 489 ± 30 2348 ± 10 8 2059 ± 83 1079±50 3 196 ± 165
Еу техн. 0 . 4 ± 0 .2 0 . 6 ± 0 .2 н. а. 63 ± 3 1 03 ± 6 52 ± 2
1 . 2 ± 0 .2 5 ± 1 1895 ±82 1 457 ± 47 5 21 ± 1 9 2682 ± 134
Примечание. * — радионуклид не обнаружен; н. а. — пробу биомассы не анализировали; <МДА — активность радионуклида меньше минимально детектируемой активности; Еу — сумма активностей всех гамма-излучающих радионуклидов; Еу техн. — сумма активностей техногенных гамма-излучающих радионуклидов.
ной вблизи ГХК и на удалении 244 км от ГХК (район Стрелка).
Содержание тяжелых металлов, по данным аналитической лаборатории Института биофизики СО РАН, варьировались в пробах ДО на исследованном участке реки в 1.3—2.0 раза — для Fe, в 1.2—3.3 раза — для Си, в 1.5-4.1 раза — для Мп, до 2.0 раз — для Zn, в 1.1—1.5 раза — для N1, в 1.5—4.2 раза — для РЬ, до 1.7 раза — для Со и в 1.1—3.3 раза — для Сг. Однако зарегистрированные концентрации тяжелых металлов не превышали предельно допустимые уровни для ДО в ряде европейских стран [13]. Как следствие вышесказанного, анализ содержания тяжелых металлов в биомассе элодеи также не выявил высоких концентраций металлов в районах отбора в период 2011—2012 гг. Этот факт подтверждает полученные ранее данные [6] об отсутствии общих тенденций в изменении содержания тяжелых металлов в биомассе побегов элодеи в зависимости от места отбора проб по течению реки ниже или выше г. Красноярск. И поэтому на данном этапе исследования нельзя достоверно утверждать, что зарегистрированные уровни тяжелых металлов в ДО могут
быть токсичными для элодеи в выбранных районах отбора проб.
В пробах корней элодеи, отобранных в р. Енисей выше сбросов ГХК (г. Красноярск и с. Есауло-во) в 2012 г., частота клеток с
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.