УДК 575.224.045:628.3
ЦИТОГЕНЕТИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ РЕЧНОЙ ВОДЫ ВОДОТОКОВ Г. УССУРИЙСКА (ПРИМОРСКИЙ КРАЙ)
Н. В. Быковская, к. б. н., доцент, bykovskaya_1968@mail.ru, Т. М. Шишлова, к. б. н., доцент, 1950tm@mail.ru,
М. А. Шишлова, к. б. н., доцент кафедры, shishlova1@rambler.ru, кафедра естественнонаучного образования Школы педагогики Дальневосточного федерального университета, г. Уссурийск
В статье содержатся сведения об исследовании зависимости генотоксической (мутагенной и реком-биногенной) активности речной воды водотоков г. Уссурийска Приморского края от степени ее загрязнения тяжелыми металлами, такими как Zn, Cu, Ni, Cd, Pb. Для оценки мутагенной и рекомбиноген-ной активности речной воды, которая характеризует степень загрязнения воды генотоксикантами, использовали биотестирование — генетическую тест-систему «Соматический мозаицизм сои». Данная тест-система позволяет учитывать широкий круг ци-тогенетических нарушений: соматический кроссин-говер, генные (точковые) мутации, хромосомные де-леции, анеуплоидию.
Исследования показали, что тестируемая вода индуцирует цитогенетические нарушения, следовательно, она содержит генотоксиканты. Установлена цито-генетическая (мутагенная и рекомбиногенная) активность воды из водотоков г. Уссурийска в сентябре 2014 г. и мутагенная активность в июле 2014 г. Пробы воды, содержащие высокие концентрации Pb и Cd, вызывают увеличение частоты возникновения одиночных пятен у светло-зеленых растений в 10—40 раз по сравнению с контролем.
The article contains the information about the study of the dependence of the genotoxic (mutagenic and reсombinogenic) activity of river water streams of the city of Ussuriisk in Primorsky Krai on the degree of contamination by heavy metals such as Zn, Cu, Ni, Cd, Pb. To evaluate the mutagenic and recombinogenic activity of the river water, which characterizes the degree of water pollution by genotoxicants, bio-testing, i.e. a genetic test-system "Somatic mosaicism of the soybean", was used. This test-system allows us to take into account a wide range of cytogenetic disturbances: somatic crossing-over, gene (point) mutations, chromosome deletions, aneuploidy.
The studies showed that the water under testing induces cytogenetic disturbances, hence, it contains geno-toxicants. The cytogenetic (mutagenic and reсombino-genic) water activity of the watercourses of Ussuriisk in September 2014 and mutagenic activity in July 2014 were established. The water samples, containing high concentrations of Pb and Cd, cause 10—40 times increase in the incidence of single spots in light-green plants as compared to the control one.
Ключевые слова: биотестирование, тяжелые металлы, цитогенетическая активность воды, генетическая тест-система «Соматический мозаицизм сои».
Keywords: bio-testing, heavy metals, cytogenetic water activity, genetic test-system "Somatic mosaicism of the soybean" (The soybean (Glycine max) spot test).
Введение. Уссурийск, второй по величине (после Владивостока) город Приморского края с населением 192,84 тыс. чел. [1]. Для развития экономики г. Уссурийска и всего Приморского края водный фактор, т. е. обеспечение населения и производства пресной водой в нужных объемах и требуемого качества, является лимитирующим.
Уссурийск беден водными ресурсами: маловодные реки Раковка и Комаровка, удивительно чистые, радующие взгляд в верховьях и совершенно непригодные для рыбной ловли, купания, отдыха в черте города. Полноводная р. Раздольная, крупная водная артерия юга Приморского края, которая близко подходит к южной части города, является одним из источников централизованного водоснабжения и принимает сбросы городских очистных сооружений. Водотоки г. Уссурийска относятся к водосборному бассейну р. Раздольная, которая во многом определяет экологическое состояние Амурского залива Японского моря.
В речных экосистемах происходит накопление и трансформация загрязняющих веществ в более токсичные, мутагенные соединения, наиболее сильными гено-токсикантами в речной воде являются тяжелые металлы, поэтому в меняющихся условиях антропогенного пресса необходим постоянный контроль за качеством речной воды и оценка ее токсичного действия на биоту.
Целью работы стало исследование зависимости мутагенной и рекомбиногенной активности речной воды водотоков г. Уссурийска от степени ее загрязнения тяжелыми металлами для оценки масштабов экологических изменений в экосистеме.
Круг наблюдений мы ограничили металлами — 7п, Си, N1, Сё, РЬ. При выборе элементов для исследования исходили из их биологической значимости (Си), метал-логенической специфики региона (РЬ, N1, 7п, Си), характера природных и техногенных стоков (7п, Си, N1, Сё, РЬ), поступающих в реки Раковка, Комаровка и Раздольная в черте Уссурийского городского округа [2].
Районом работ выбраны основные водотоки города Уссурийск — р. Раковка, р. Комаровка, р. Раздольная. Приморский край относится к территории с муссонным климатом, поэтому реки имеют преимущественно дож-
девое питание. Снежный покров, формирующийся за зиму, невелик, питание грунтовыми водами относительно слабое. Особенностью рек Раковка, Комаровка и Раздольная является высокая динамичность их режима — изменчивость по сезонам года и годам, резко выраженная неравномерность стока, значительное ухудшение качества воды, что вызывает весьма серьезные водохозяйственные проблемы [3].
Станции отбора проб на р. Комаровка и р. Раковка были выбраны так, чтобы охватить верховья рек, как самые чистые участки на их пути (ст. № 1 — верховье р. Комаровка, ст. № 3 — верховье р. Раковка) и места интенсивного воздействия предприятий города — ст. № 2 и ст. № 4 на р. Комаровка и р. Раковка соответственно. На р. Раздольная были две станции: ст. № 5 — до г. Уссурийска (район с. Борисовка), для характеристики качества речной воды до воздействия города и ст. № 6 — после очистных сооружений канализации МУП «Уссурийск-водоканал», для оценки воздействия города на водоток.
Методы и объект исследования. Объектом исследования явилась речная вода, взятая у берега на глубине 20—30 см от поверхностной водной пленки в летний и осенний период 2014 года.
Содержание тяжелых металлов в пробах речной воды определяли методом атомно-аб-сорбционной спектроскопии с электротермической атомизацией (ААС с ЭТА).
Для оценки генотоксической (мутагенной и рекомбиногенной) активности речной воды, которая характеризует степень загрязнения воды генотоксикантами, использовали биотестирование — генетическую тест-систему «Соматический мозаицизм сои». Она позволяет учитывать широкий круг цитогенетических нарушений: соматический кроссинговер, генные (точковые) мутации, хромосомные деле-ции, анеуплоидию [4]. Объектом данной тест-системы является линия сои Glycine max (L.), которая гетерозиготна по гену хлорофильной недостаточности — yellow^, локализованному в ядерной ДНК. Система «Соматический мо-заицизм сои» основана на учете различного типа пятен, которые возникают в результате обработки семян генотоксикантами. Тип пятен на верхней поверхности трех первых листьев у растений сои различных генотипов и фенотипов (Уцуц — светло-зеленые растения, УцУц — темно-зеленые растения, уцуц — желтые растения), т. е. характер соматическо-
го мозаицизма позволяет установить возможный генетический механизм возникновения этих пятен [5].
Семена гетерозиготной сои замачивали в течение суток в пробах тестируемой воды, контрольные семена — в дистиллированной воде.
Результаты и их обсуждение. Исследование речной воды на содержание тяжелых металлов показало высокие концентрации меди, цинка, свинца, никеля в р. Комаровка и р. Раковка в центре города (ст. № 2, ст. № 4) и в р. Раздольная после очистных сооружений канализации МУП «Уссурийск-водоканал» (ст. № 6). В качестве санитарно-гигиенических нормативов использовали ПДК для водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения [6]. Результаты химического анализа проб воды представлены в табл. 1.
На тест-системе «Соматический мозаицизм сои» нами ранее был выявлен цитогенетичес-кий эффект ацетата свинца [7], хлоридов меди,
Таблица 1 Концентрация металлов в речной воде водотоков г. Уссурийска (мг/л), п = 6
\ ПДК, Zn Cu Ni Cd Pb
№ N. 1,0 0,1 0,1 0,01 0,1
станции N.
Июль 2014 г.
1 0 , 04 3 , 033 3 , 03 1 0300 0 03 0,0000
0 , 0 1 0,0006 0300 02 0300 003 0300 0 08
2 0 , 1 3 3 , 03 030034 03002 0 ,009
0 , 044 0 ,003 0 30006 0 °00003 6 0300 02
3 0 , 3 0 3 , 034 0 , 004 0300 003 030035
0 , 03 0 30008 0 30008 0300 003 0300 07
4 0 , 30 3 , 0 3 0 03003 3 , 000 2 0 ,009
0 , 0 7 0 3 0036 0 3 00 3 0300 003 0300 07
5 0 , 04 3 , 034 03003 3 , 000 3 0 , 002
0 , 0 1 0 30008 0300 3 0300 003 0 30004
6 0 , 048 0 30036 03008 3 , 000 3 030035
0 , 0 1 5 3 , 03 1 03002 0300 0 08 0 30007
Сентябрь 2014 г.
1 0 , 03 5 3 , 032 3 , 03 1 0300 0 04 03003
0 ,0 3 0 30004 0300 02 0300 003 0 300007
2 0 , 088 3 , 032 3 , 03 1 3 ,0002 0 , 0 3 1
0 ,0 3 0 30004 0 30002 0300 0 07 030032
3 0 , 095 3 , 033 3 , 035 3 ,0002 030035
0 , 03 3 0 30006 0 30007 0300 0 07 0 30004
4 0 , 1 4 0 ;0 1 3 3 , 035 0,0002 0 , 0 3 3
0 , 05 0 ДЮ! 0 30007 0300 000 0 3 0036
5 0 , 04 0 3 0038 0 ^03 2 0300 000 0 , 00 1
0 , 0 1 0 30005 0 30006 0300 003 0300 02
6 0 , 04 3 03003 3 , 034 0300 0 03 030025
0 , 0 1 5 03003 0 30008 0300 000 0 30005
Таблица 2
Индукция соматического мозаицизма на листьях сои под действием проб воды
ч Эффект появления пятен на листьях растений сои
\ вариант
№ ¥11У11 У11У11 Возможный механизм
станции темно-зеле- желтые двойные светло-зеле- светло-зеле-
\ ные пятна пятна пятна ные пятна ные пятна
Июль 2014 г.
1 - ± - - - ХА, АП
2 - + - - ± ХА, АП, ТМ, хл. ДНК
3 ± - - - ± ТМ, АП, хл. ДНК
4 + - - + + ТМ, АП, ХА, хл. ДНК
5 - ± - - ± ХА, АП, ТМ, хл. ДНК
6 - + - - + ХА, АП, ТМ, хл. ДНК
Сентябрь 2014 г.
1 + + ± ± - СК, ХА, АП, ТМ
2 + + + + - СК, ХА, АП, ТМ
3 + + + + ± СК, ХА, АП, ТМ, хл. ДНК
4 + + ± + ± СК, ХА, АП, ТМ, хл. ДНК
5 + + ± + + СК, ХА, АП, ТМ, хл. ДН
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.