ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ БИОЛОГИЧЕСКАЯ, 2014, № 5, с. 510-517
= ЭКОЛОГИЯ =
УДК 575.224.23:576.312.35/37:581.526.3
ЦИТОГЕНЕТИЧЕСКОЕ ИЗУЧЕНИЕ ВОДНЫХ РАСТЕНИЙ АКВАТОРИИ ЕНИСЕЯ В ЗОНЕ РАДИАЦИОННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ
© 2014 г. Е. Н. Муратова*, О. В. Горячкина*, М. Г. Корнилова**, А. В. Пименов*, Т. С. Седельникова*, А. Я. Болсуновский***
* Институт леса им. В.Н. Сукачева СО РАН, 660036 Красноярск, Академгородок **Красноярский государственный аграрный университет, 660049 Красноярск, просп. Мира, 90 ***Институт биофизики СО РАН, 660036 Красноярск, Академгородок E-mail: elena-muratova@ksc.krasn.ru Поступила в редакцию 06.09.2012 г.
Проведено цитогенетическое исследование водных растений в акватории Енисея в районе радиационного загрязнения Красноярского горно-химического комбината и Производственного объединения "Электрохимический завод". Установлено, что суммарная частота аномалий как в ана-тело-фазе, так и в метафазе митоза в опытных образцах значительно превышает контрольные. Характер нарушений показывает, что они связаны частично с непосредственным повреждением структуры хромосом и частично с повреждением веретена деления.
DOI: 10.7868/S0002332914050099
На территории Сибири значительному радиационному загрязнению подверглась речная система Енисея, в бассейне которого находятся два комбината — Красноярский горно-химический комбинат Минатома РФ по производству оружейного плутония (ГХК, Железногорск) и ПО "Электрохимический завод" по обогащению урана (ЭХЗ, Зеленогорск). Для охлаждения ядерных реакторов эти комбинаты используют воду Енисея (ГХК) и р. Кан, впадающей в Енисей (ЭХЗ); затем вода снова сбрасывается в эти реки.
Многолетняя производственная деятельность комбинатов привела к радиоактивному загрязнению поймы Енисея на больших территориях. Исследования, проведенные сотрудниками Института биофизики СО РАН, показали, что радионуклиды накапливаются в почве, донных осадках, водных организмах, биомассе произрастающих в воде и прибрежных растений (Болсуновский и др., 1999, 2000, 2003 и др.).
Цель работы — цитогенетические исследования некоторых эдификаторных гидрофитов акватории Енисея в зоне влияния ГХК и ЭХК.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
В качестве объектов исследования использовались элодея канадская Elodea canadensis Michx. сем. Hydrocharitaceae (для Сибири это заносное растение, его родина — Северная Америка), шел-ковник Кауфмана (водяной лютик) Batrachium
kauffmannii (Clerc) V. Krecz. сем. Ranunculaceae и сусак зонтичный Butomus umbellatus L. сем. Bu-tomaceae.
Материалом для исследований послужили образцы, собранные в 2003—2009 гг. в протоках Енисея вниз по течению от Красноярска до устья Ангары. Данная акватория испытывает максимальное влияние широкого спектра загрязняющих и радиоактивных веществ (Болсуновский и др., 1999). Участки отбора образцов: о-в Атаманов-ский (окрестности пос. Атаманово, 86 км от Красноярска), с. Большой Балчуг (97 км от Красноярска), о-в Березовый (напротив с. Б. Балчуг), о-в Журавлев (окресности с. Захаровка, 278 км), пос. Стрелка (330 км), устье р. Кан (110 км), устье р. Большая Тель (94.5 км от Красноярска). В качестве контроля использовались образцы растений из окрестностей с. Есаулово (45 км вниз по течению Енисея от Красноярска). Для того чтобы исключить влияние техногенных выбросов Красноярска на цитогенетические параметры растений, был выбран еще один контрольный участок — окрестности пос. Удачный (5 км вверх по течению Енисея от Красноярска).
Исследования проводились на корешках взрослых растений, в зоне активного роста и деления клеток. Материал был зафиксирован в полевых условиях. Для разброса хромосом применяли обработку 0.1%-ным колхицином в течение 4—5 ч. Часть материала была зафиксирована без обработки колхицином. В качестве фиксатора ис-
Рис. 1. Кариотип элодеи канадской. а — 2п = 48; б, в — 2п = 96. Масштаб: 10 мкм; для рис. 1 и 2.
пользовали уксусно-кислый алкоголь (1 : 3). Материал перед окрашиванием протравливали 4%-ными железоаммонийными квасцами в течение 15—20 мин, а затем окрашивали ацетогема-токсилином. Проростки выдерживали в красителе 12—24 ч. После этого отрезали 1.5—2 мм от кончика корешка и помещали на предметное стекло в каплю насыщенного раствора хлоралгидрата, накрывали покровным стеклом и делали давленый препарат. Препараты просматривали под микроскопами МБИ-6 и Микмед-6 (ЛОМО) в масляной иммерсионной системе (объектив х90). Для микрофотосъемки метафазных пластинок использовали цифровые камеры-окуляры DCM 130 или ДСМ-510.
Для изучения аномалий митоза анализировали клетки на стадиях метафазы и ана-телофазы. В каждом варианте просматривали 30—50 корешков (>500 пластинок).
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Хромосомы изученных видов — элодеи канадской, шелковника Кауфмана и сусака зонтичного — мелкие, 1—3 мкм, по морфологии двуплечие, мета- или субметацентрические. У элодеи канадской в акватории Енисея отмечено несколько хромосомных чисел — 2п = 24, 32, 40, 48, 56, 64, 72 и 96, наиболее вероятное основное число хромосом (х) равно 8 (возможно, х = 12). В протоке около с. Есаулово и в районе пос. Стрелка элодея имеет весь вышеприведенный спектр чисел хромосом (от 24 до 96). При этом в окрестностях с. Есаулово в основном преобладают 2п = 32 и 48, в пос. Стрелка — 2п = 40 и 48, в окрестностях с. Б. Балчуг — 2п = 24, 32, 40, 48, 64, причем наиболее часто встречаются значения 24, 32, 40. В районе с. Захаровка у элодеи канадской 2п = 24, 32, 40, 56 (наиболее часто отмечается значение 32), а в районе с. Атаманово 2п = 24, 32, 40, 48 (преобладают значения 32 и 40).
Во всех пунктах сбора материала у элодеи канадской отмечались также анеуплоидные числа хромосом (от 20 до 96). В окрестностях пос. Удачный также встречаются 2п = 40, 48, 96, причем чаще всего 2п = 96. Кроме корешков с постоянным числом хромосом отмечалась миксоплоидия, когда в пределах одного препарата (с одного корешка) наблюдались разные числа хромосом — анеуп-лоидные или чаще кратные основному набору. Чаще всего встречались миксоплоиды 32/48, 24/48/96, 48/96. На рис. 1 представлены метафаз-ные пластинки элодеи канадской с 2п = 48 и 96.
Интересно, что вариабельность хромосомных чисел встречается и у других гигро- и гидрофитов (Пробатова, Соколовская, 1981, 1984). Многие из них хорошо размножаются вегетативно, а для элодеи канадской этот способ размножения основной. Наличие хромосомной изменчивости расширяет норму реакции растений в новых условиях среды и способствует устойчивости вида при изменении этих условий.
У шелковника Кауфмана в большинстве случаев отмечено тетраплоидное число хромосом 2п = 4х = 32 (основные число х = 8), но иногда встречались растения с триплоидным числом хромосом (2п = 3х = 24). У сусака зонтичного в исследованных местообитаниях акватории Енисея отмечено только одно число хромосом (2п = 2х = 16).
Суммарная частота хромосомных нарушений в ана-телофазах у элодеи канадской в контрольных вариантах (с. Есаулово и пос. Удачный) составляет 10.3 и 3.0%. В то же время в опытных образцах частота нарушений значительно выше (табл. 1). У элодеи канадской в районах с. Захаровка, устьев рек Кан и Б. Тель, пос. Атаманово наблюдалась более высокая частота встречаемости нарушений в метафазе — 10.3, 8.5, 7.6 и 6.5% соответственно (табл. 2). На рис. 2 и 3 представлены пластинки элодеи канадской с нарушениями в метафазе и ана-телофазах митоза.
Рис. 2. Нарушения на стадии метафазы митоза элодеи канадской. а, б — хромосомы вне веретена деления (выброс хромосом); в — кольцевое расположение хромосом; г — остаточные ядрышки; д, е — мосты в результате агглютинации хромосом.
Рис. 3. Нарушения на стадии ана-телофазы митоза элодеи канадской. а—в — мосты, г—е — отставания хромосом.
к
GJ
И
и о н К л
о и
и К о и о м К л и о
Таблица 1. Частота встречаемости и спектр нарушений в ана-телофазах митоза водных растений акватории Енисея
Происхождение Число изученных Частота встречаемости нарушений Спектр нарушений, шт./%
ана- и телофаз число клеток % (.М+т) неравномерное расхождение отставания и выброс хромосом мосты агглютинация фрагментация
Элодея канадская Elodea canadensis Michx.
пос. Удачный 1653 64 3 ± 0.46 18/1.1 39/2.3 7/0.4 - -
с. Есаулово 1879 193 10.3 ±1.32 120/6.4 62/3.3 10/0.5 1/0.1 -
пос. Атаманово 683 223 32.7 ±3.39 108/15.8 103/15 12/1.8 - -
с. Б. Балчуг 677 169 25 ±2.73 133/19.6 33/4.9 2/0.3 1/0.2 -
с. Захаровка 759 237 31.2 ± 3 134/17.7 79/10.4 19/2.5 5/0.7 -
пос. Стрелка 664 231 34.8 ±4.24 121/18.2 87/13.1 13/2 10/1.5 -
о-в Березовый 1060 256 24.1 ±2.28 130/12.3 87/7.2 32/3 17/1.6 -
Устье р. Кан 975 92 9.4 ± 1.82 7/0.72 43/4.4 41/4 - 1/0.2
Устье р. Б.Тель 865 76 8.8 ± 1.5 19/2.2 28/3.2 29/3.35 - -
Шелковник Кауфмана Batrachium kauffmannii (Clerc) V Krecz.
пос. Удачный 223 11 4.9 ±2.49 3/1.3 5/2.2 3/1.3 - -
с. Есаулово 2336 148 6.4 ± 1.16 98/4.2 35/1.5 11/0.5 4/0.2 -
пос. Атаманово 4011 408 10.9 ±0.72 98/2.4 218/5.4 92/2.3 - -
с. Б. Балчуг 984 255 26 ±2.52 174/17.7 70/7.2 10/1 1/0.1 -
о-в Березовый 878 81 8.9 ± 1.29 28/3.2 43/4.9 10/1.1 - -
Устье р. Б. Тель 1842 416 22.7 ±3.04 294/16 117/6.4 5/0.3 - -
Сусак зонтичный Butomus umbellatus L.
пос. Удачный 451 6 1.3 ± 1.1 2/0.4 4/0.9 - - -
пос. Стрелка 507 156 30.8 ±1.56 125/24.7 30/6 1/0.2 - -
К S
S
и Я
И
н S л
и
0 g
и S
0J
и я
S
и
и
g
я Е
X
н и Я Я
я=
>
1
та Я Я и Я Я
о р
fcq
Lfi U>
Примечание. "—" — отсутствие нарушений этого типа; для табл. 1 и 2.
Таблица 2. Частота встречаемости и спектр нарушений в метафазах митоза водных растений акватории Енисея
Происхождение Число изученных метафаз Частота встречаемости нарушений, шт./% Спектр нарушений, шт./%
фрагментация хромосом кольцевые хромосомы выброс и преждевременное расхождение хромосом кольцевое расположение хромосом остаточное ядрышко растяжение хромосом
Элодея канадская Elodea canadensis Michx.
пос. Удачный 394 — - - - - - -
с. Есаулово 375 1/0.3 - 1/0.3 - - - -
пос. Атаманово 108 7/6.5 5/4.6 2/1.9 - - - -
с. Б. Балчуг 102 2/2 - 2/2 - - - -
с. Захаровка 204 21/10.3 13/6.4 8/3.9 - - - -
пос.
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.