К.б.н., доцент, Тихановская Г.А.
Магистрант 1 курса, Машихина Ю.В.
Вологодский государственный университет, Россия
МНОГОКОМПОНЕНТНАЯ
ТЕСТ-СИСТЕМА БИОМОНИТОРИНГА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
Для оценки экологического состояния окружающей среды в настоящее время используются разнообразные методы химического, физико-химического и биологического анализа. Одним из наиболее перспективных и всеобъемлющих методов является биологический мониторинг (биоиндикация и биотестирование). Он позволяет делать вывод о состоянии экосистемы, основываясь на реакции живых организмов, подвергнутых действию факторов среды. В этом случае возможно оценить как прямое действие ксенобиотика, так и последствия его включения в обмен веществ, преобразование и последующее влияние на отдельные проявления жизнедеятельности. Это может быть цитотоксический, мутагенный, тератогенный и др. эффекты воздействия фактора. В связи с этим для биоиндикации необходима разработка разнокомпонентных тест-систем, включающих представителей разных трофических уровней, отклик которых позволит получить интегральную характеристику экологической обстановки в конкретной местности.
Целью данной работы является оценка корреляционной зависимости реакций растительных и животных организмов на определенный комплекс факторов окружающей среды. Для достижения поставленной цели была решена задача по изучению влияния факторов среды на растительные и животные объекты.
Материалом для исследования являлись почвы, подвергнутые хроническому антропогенному загрязнению промышленного предприятия (пункт 1), воздействию выхлопов автомобильного транспорта (пункт 2) и условно чистая почва сельской местности (пункт 3). Данные по содержанию тяжелых металлов в местах отбора проб приводятся в таблице 1.
Таблица 1
Результаты анализа качества среды отдельных пунктов г.Вологды
|
Показатель |
Конц. ТМ,
ммоль/л·10-4 |
ХПК, м2О2/л |
Клетки с
аберрациями, % |
Клетки с
микроядрами, % |
Жизнеспособность
пыльцы, % |
Выживаемость
P.Caudatum |
|
Пункт 1 |
27,5 |
350 |
13,5 |
12,5 |
49,5 |
11,7 |
|
Пункт 2 |
10,02 |
350 |
8,1 |
11,7 |
75,1 |
82,5 |
|
Пункт 3 |
7,5 |
3,54 |
0,7 |
0,3 |
98,9 |
130 |
В качестве откликов тест-системы на воздействие стресс-фактора использовались следующие показатели:
- число клеток с хромосомными аберрациями (Allium-тест). Анализировались клетки корневой меристемы обработанные почвенной вытяжкой пунктов 1, 2, 3. Это цитогенетический эффект фактора;
- стерильность пыльцы растения Tussilago farfara произрастающего в изучаемых пунктах и хронически подвергающееся воздействию фактора. Это можно считать цитоэмбриологическим эффектом загрязнения среды ксенобиотиками;
- выживаемость Protozoa в среде, являющейся вытяжкой из почвы пунктов 1, 2, 3. Целесообразность включения в тест-систему одноклеточных животных Paramecium Caudatum объясняется тем, что результаты, полученные в этом случае могут быть экстраполированы на высших животных и человека. Анализ двигательной активности P. Caudatum проводятся на приборе БиоЛАТ с использованием программ «Cellulata».
Микропрепараты для определения стерильности пыльцы и Allium-теста готовились по общепринятой цитоэмбриологической методике [1]. Фиксация в ацето-алкоголе, окраска ацето-кармином.
Результаты работы приведены в таблицах 1, 2 и рисунках 1,2. Не ставя своей задачей описание всех возможностей такой многокомпонентной системы биомониторинга, а только изучение корреляций между цитогенетическим, эмбриологическим и физиологическим тест-откликами на стресс-факторы среды, следует отметить, что повышенная концентрация тяжелых металлов в почвах вызывает сходные изменения в тест-объектах, которые можно выразить количественно (таблица 1).
Рис.1. Сравнительная характеристика тест-откликов различных тест-объектов на содержание в среде тяжелых металлов
Таблица
2
Выживаемость
Paramecium Caudatum и
жизнеспособность пыльцы (%) в зависимости от расстояния до источника загрязнения
и времени экспозиции
|
Расстояние
до источника загрязнений (м) |
Время
экспозиции (час.) |
Фертильность
пыльцы, % |
||||
|
0 |
3 |
24 |
48 |
72 |
||
|
0 |
100 |
93,6 |
92,4 |
64,3 |
11,7 |
18,1 |
|
250 |
100 |
97 |
98,5 |
74,6 |
24,9 |
21,8 |
|
500 |
100 |
97,8 |
89,9 |
81 |
53,4 |
48,5 |
|
750 |
100 |
90,9 |
86,3 |
82,3 |
68,18 |
61,9 |
|
1000 |
100 |
107 |
106,1 |
98,5 |
69,4 |
95,1 |
|
Контроль |
100 |
102,6 |
98,4 |
110,5 |
121 |
92,1 |
Рис.2.
Зависимость откликов зоо- и фито-тестов от расстояния до источника загрязнения
Так число клеток с хромосомными аберрациями заметно увеличено в пунктах 1 и 2 по сравнению с пунктом 3. В качественном отношении тип перестроек хромосом заключается в образовании анафазных и телофазных хромосомных и хроматидных мостов, вызванных воздействием тяжелых металлов на ДНК. Значительное число клеток с микроядрами является следствием выбросов хромосом в метафазе митоза и нарушения работы веретена деления. Эти нарушения можно объяснить цитотоксическим и генотоксическим действием тяжелых металлов. Нарушения хода митоза соматических клеток к появлению нежизнеспособных клеток с несбалансированным числом хромосом, которые элиминируют в ряду клеточных поколений, либо к появлению мутантных клеток. Следовательно, тяжелые металлы обладают мутагенным эффектом.
Пыльцевой анализ показал влияние тяжелых металлов, постоянно присутствующих в почве, на процессы гаметогенеза. Именно нарушения хода редукционного деления на стадии формирования микроспор приводит к снижению фертильности пыльцы. Т.е. налицо явная корреляция в аномалиях происхождения митоза и мейоза у различных представителей растительного царства [2].
Сходные результаты получены и при анализе выживаемости Protozoa. Наличие тяжелых металлов снижает двигательную активность и, следовательно, их выживаемость.
В таблице 2 и рисунке 2 приведены результаты выживаемости клеток Paramecium Caudatum и фертильности пыльцы Tussilago farfara в зависимости от расстояния до источника загрязнения. Как видно из графика (рис.2) наблюдается одинаковая зависимость тест-откликов двух разных организмов (растение-животное) на действие одного и того же стресс-фактора.
Таким образом, можно сделать вывод о сходной реакции на действие стресс-фактора растительных и животных клеток. Т.е. с помощью многокомпонентных интегральных тест-систем возможно всесторонне оценить экологическое состояние многофакторных природных систем.
1. Паушева 3. П. Практикум по цитологии растений / З. П.
Паушева. – М. : Агропромиздат,
1988. – 271 с.
2. Тихановская
Г.А. Об использовании микрогаметофитного поколения в семействе Tussilago farfara для биоиндикации
природных сред / Г.А. Тихановская, Л.Г. Рувинова, Ю.В.Машихина // Вузовская
наука региону: материалы десятой всероссийской научно-технической конференции /
ВоГТУ. – Вологда, 2012. – С. 248-250.