научная статья по теме ЦИТОГЕНЕТИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ У РАСТЕНИЙ ALLIUM SCHOENOPRASUM ПРОИЗРАСТАЮЩИХ НА ТЕХНОГЕННО ЗАГРЯЗНЕННОЙ ПОЧВЕ Биология

Текст научной статьи на тему «ЦИТОГЕНЕТИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ У РАСТЕНИЙ ALLIUM SCHOENOPRASUM ПРОИЗРАСТАЮЩИХ НА ТЕХНОГЕННО ЗАГРЯЗНЕННОЙ ПОЧВЕ»

РАДИАЦИОННАЯ БИОЛОГИЯ. РАДИОЭКОЛОГИЯ, 2015, том 55, № 1, с. 5-15

_ МАТЕРИАЛЫ МЕЖДУНАРОДНОЙ КОНФЕРЕНЦИИ _

--"БИОЛОГИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ МАЛЫХ ДОЗ -

ИОНИЗИРУЮЩЕЙ РАДИАЦИИ И РАДИОАКТИВНОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ СРЕДЫ" (БИОРАД - 2014)

УДК 574::539.1.04:581.5:575:539.16

ЦИТОГЕНЕТИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ У РАСТЕНИЙ Allium schoenoprasum ПРОИЗРАСТАЮЩИХ НА ТЕХНОГЕННО ЗАГРЯЗНЕННОЙ ПОЧВЕ

© 2015 г. Е. С. Белых, Т. А. Майстренко*

Институт биологии Коми НЦ УрО РАН, Сыктывкар

Изучены цитогенетические эффекты в корневой меристеме растений Allium schoenoprasum, в течение года произраставших на техногенно загрязненной радионуклидами рядов 235U, 238U и 232Th (ТЕРН), тяжелыми металлами и As территории. Анализ спектра хромосомных аберраций показал, что совместно действующие негативные факторы на фоне разной обеспеченности растений макроэлементами и присутствия в почве различных концентраций химических веществ, влияющих на миграцию токсикантов в биогеоценозах, обусловливают неоднозначную ответную реакцию на уровне клеток. В диапазоне значений поглощенных доз от фоновых до 1.2 Гр при возрастании дозо-вой нагрузки наблюдали увеличение доли аберрантных клеток. Однако при дальнейшем повышении дозы облучения регистрировали уменьшение генотоксического эффекта, вызванное, вероятно, сильным токсическим действием высоких концентраций ТЕРН, тяжелых металлов и As в почве, что проявлялось в снижении митотического индекса. Такое изменение пролиферативной активности, в свою очередь, может вызывать недоучет числа повреждений хромосом, регистрируемых ана-тело-фазным методом, и приводить к ошибочным выводам относительно степени генотоксического воздействия при биоиндикационных исследованиях с использованием A. schoenoprasum.

Аберрации хромосом, хроническое облучение, радионуклиды уранового и ториевого рядов, тяжелые металлы, Allium schoenoprasum.

DOI: 10.7868/S0869803115010038

Констатируемое на протяжении последних десятилетий широкомасштабное загрязнение биосферы и разнообразие источников поступления загрязняющих веществ требует разработки и использования адекватной для всех возможных ситуаций системы оценки и контроля качества окружающей среды. Актуальность решения данной проблемы связана с растущим приоритетом безопасности среды обитания как для человека, так и для биоты. Одним из подходов, позволяющим при наличии нескольких одновременно действующих факторов получить интегральную характеристику состояния экосистем, является биологический мониторинг. Изучение реакции живых организмов в природных условиях на техногенное воздействие позволяет определять возможные экологические риски и прогнозировать вероятные последствия загрязнения природной среды, в том числе радионуклидами и тяжелыми металлами.

* Адресат для корреспонденции: Республика Коми, 167982 Сыктывкар, ул. Коммунистическая, 28, ФГБУН Институт биологии Коми НЦ УрО РАН; тел.: (8212) 43-04-78; факс: (8212) 24-01-63; e-mail: roginat@mail.ru.

Удобными объектами для оценки качества среды являются наземные растения, поскольку они в силу прикрепленного образа жизни одними из первых [1] реагируют на загрязнение почвы. Однако использование для биологического тестирования дикорастущих растений осложняется тем, что особенности их реакции на тот или иной тип воздействия часто плохо изучены. Кроме того в областях с холодными климатическими условиями объектами биоиндикационных исследований часто становятся многолетние виды дикорастущих растений, определить возраст которых чаще всего не представляется возможным. Это приводит к неопределенности в оценке продолжительности воздействия на каждое отдельное растение.

В лабораторных условиях для биотестирования природных почв и вод широко применяют виды рода Allium, характеризующиеся высокой чувствительностью к токсическому и мутагенному действию [2—4]. Изучение биологических эффектов, возникающих в клетках при негативном влиянии внешних факторов, позволяет оценить наблюдаемые изменения и определить безопасные для организма уровни воздействия в диапазо-

не доз, при которых еще не проявляется острая токсическая реакция, однако уже индуцируются дополнительные к образующимся спонтанно потенциальные повреждения ДНК, приводящие к цитогенетическим нарушениям.

Один из видов луков А. зекоепоргазит был успешно применен для биотестирования поверхностных природных вод с радиоактивно загрязненных территорий [5, 6]. Однако известно [7, 8], что этот вид лука встречается в естественных луговых сообществах таежных и тундровых зон и потенциально может быть выбран в качестве тест-объекта при проведении биоиндикационных исследований.

Целью выполненной работы было изучение на основе оценки цитогенетических эффектов в корневой меристеме растений и данных физико-химического анализа почв возможности использования в природных условиях А. зекоепоргазит для биотестирования техногенно загрязненных почв.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА

Исследование проводили в окрестностях пос. Водный (Республика Коми) на территории хранилища радиоактивных отходов закрытого полвека назад предприятия по добыче и концентрированию радия. В пределах экспериментального участка, представляющего собой левобережный террасированный склон долины р. Ухты, были выбраны шесть площадок, различающихся уровнем техногенного воздействия и спектром основных загрязняющих веществ. Площадки расположены в пределах II надпойменной террасы (1 и 2) и ее склона (3—6). Техногенно преобразованные почвы на участке складирования промышленных хвостов содержат повышенные концентрации различных химических компонентов пластовых вод, переработанного урансодержаще-го сырья, а также отходов радиевого производства, в том числе радиоактивные элементы.

Геохимические характеристики находящегося за пределами радиоактивно загрязненной территории контрольного участка (7) соответствовали значениям региональных показателей данного физико-географического района [9].

Степень техногенного загрязнения исследуемых участков оценивали по концентрациям в 0— 20-сантиметровом слое почвы тяжелых металлов (ТМ) и тяжелых естественных радионуклидов (ТЕРН). Аналитические работы выполнены в аккредитованных лабораториях "Экоаналит" и миграции радионуклидов и радиохимии ФГБУН Института биологии Коми НЦ УрО РАН. Анализ

собранных образцов почвы проводили не менее чем в трех повторностях.

Для характеристики экологического состояния исследуемой территории по степени комплексного загрязнения почв химическими элементами различных классов опасности рассчитывали суммарный показатель загрязнения (Zc) ландшафтов [10] на основе данных о содержании ТМ в образцах почв:

n

Zc = £ Ki - (n - 1), (1)

i = 1

где К — коэффициент концентрации, равный отношению концентрации c¡ i-го химического элемента в почве загрязненных участков к фоновому

f Ci

значению c¡(bg): K¡ =-; n — число включенных в

ci(bg)

расчет химических элементов, концентрации которых на загрязненных площадках достоверно (р < 0.05) превышают региональные фоновые показатели.

Внешнее и внутреннее воздействие на фитоце-нозы присутствующих в почве в повышенных концентрациях тяжелых естественных радионуклидов оценивали по уровню дозовой нагрузки. Расчет поглощенных доз облучения для наземных травянистых растений исследуемых участков от природных изотопов семейств 238U и 232Th проводили с использованием программы ERICA Tool [11] на основе значений удельных активностей радионуклидов в почве и растениях. Содержание РН в сырой биомассе лука рассчитывали, исходя из значений концентраций соответствующих изотопов в почве с учетом коэффициентов накопления элементов, определенных для данного вида растений и типа почв в исследуемом диапазоне концентраций элементов в период наибольшего прироста биомассы.

Для биоиндикационных исследований использовали приблизительно одинакового размера луковицы A. schoenoprasum из популяции, длительное время выращиваемой на одном месте и размножающейся преимущественно вегетативно, что обеспечило низкий уровень индивидуальной изменчивости. В конце вегетационного сезона растения высадили в предварительно вскопанную почву на делянках площадью 1 м2 контрольного и экспериментального участков. Через год луковицы выкопали, отмыли от почвы и в течение 14 дней хранили при температуре 4°С для синхронизации вступления в митоз большего числа клеток [12]. Затем в лабораторных условиях луковицы помещали для отращивания корней на 30 ч в дистиллированную воду. По окончании

ЦИТОГЕНЕТИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ У РАСТЕНИЙ Allium schoenoprasum Таблица 1. Удельные активности тяжелых естественных радионуклидов в почве исследуемых площадок

Пло-

Удельные активности радионуклидов, Бк/кг

щадка 238U 234U 230Th 226Ra 210Pb 210ро 232Th 228Th 235U

1 0.6 ± 0.1 16 ± 2 1560 ± ± 135 44630 ± ± 5480 169 ± 25 450 ± 67 8 ± 1 2.0 ± 0.6 7 ± 1

2 84 ± 9 974± 107 365400 ± ± 36540 35510 ± ± 3550 97039 ± ± 14556 25600± ± 3800 540 ± 59 180 ± 40 1180 ± 130

3 4.0 ± 0.4 54 ± 4 45600± ± 1945 19540± ± 1847 2407 ± ±953 50800 ± ± 1500 78 ± 4 80 ± 4 80 ± 6

4 3.4 ± 0.5 34 ± 7 17680± ± 4560 16480± ± 3550 6355 ± ± 361 10190± ± 7620 28 ± 10 34 ± 10 58 ± 9

5 1.4 ± 0.1 11 ± 1 57000 ± ± 5700 84127± ± 6073 3370 ± ±506 52990± ± 7950 104 ± 11 102 ± 11 13 ± 1

6 1.2 ± 0.1 20 ± 2 27400 ± ±2740 43577± ± 1164 794 ± ± 119 14370 ± ±2160 50 ± 6 26 ± 4 15 ± 2

7 4.3 ± 1.2 _ * 24 ± 9 25 ± 10 54 ± 20 33 ± 8 6 ± 4 7 ± 2 < 1

* Удельную активность радионуклида не определяли.

Примечание. Здесь и далее приведено среднее значение и ошибка среднего.

эксперимента корни, достигшие длины 0.8— 1.2 см, срезали и фиксировали в ацетоуксусном алкоголе (1 : 3). Анализ перестроек хромосом в ана-телофазе первого митотического цикла клеток корневой меристемы лука проводили с использованием временных давленых препаратов, окрашенных реактивом Шиффа по общепринятой методике [13]. Также подсчитывали митоти-ческий индекс, снижение которого свидетельствует о токсическом эффекте на тканевом уровне [14]. Анализировали не менее 1000 ана-телофаз на вариант.

Для статистической обработки данных использовали критерий Стьюдента (1р).

Таблица 2. Характеристики радиационного воздействия на растения А. зекоепоргазит

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

Пoхожие научные работыпо теме «Биология»