Scientific journal

Modern problems of science and education

ISSN 2070-7428

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,006

Экологическая проблема загрязнения почв актуальна для любого региона с антропогенной нагрузкой, в том числе и для Мордовии. В настоящее время в городе насчитывается около 60 предприятий, совершающих выбросы в атмосферу более 140 вредных веществ различных классов опасности. Химические элементы сами по себе не мутагенные, но при взаимодействии в почве могут образовывать соединения, оказывающие генотоксическое воздействие. В Республике Мордовия проблема загрязнения почв освещена в ряде работ, проведенных с использованием физико-химических показателей [4; 8]. Однако отдалённые последствия действия экотоксикантов, связанные с повреждением генетического аппарата, остаются неизученными. В настоящее время широкое распространение для оценки степени генетического риска получили методы цитогенетического мониторинга, позволяющие определить суммарную нагрузку, являющуюся интегральным показателем эффекта сложнейших комбинаций мутагенов и их модификаторов [1; 5; 7]. Данный метод непосредственно изучает хромосомные мутации, которые, кроме того, могут служить косвенным показателем в отношении индукции генных мутаций, и их результаты сравнительно легко экстраполируются на человеке. Для оценки загрязнения окружающей среды широко применяются растительные объекты, и стандартными методами биоиндикации являются Allium-тест, тестирование с использованием Vicia faba, Grepis cappilaris [3].

Целью настоящей работы является исследование с помощью Аllium сера L. генотоксичности почв у предприятия ООО «Саранский завод керамических изделий» с различным промышленным воздействием.

Материалы и методы исследования

В нашем исследовании была использована почва, взятая из разных точек двухкилометровой зоны предприятия ООО «Саранский завод керамических изделий». Всего было исследовано 15 проб почв, взятых в четырех разных направлениях двухкилометровой зоны предприятия ООО «Саранский завод керамических изделий».

Южный участок

Взято было 6 проб почвы на разном расстоянии от предприятия: а) 1 точка – 50 метров. Почва глинопесчаная, растительности очень мало; б) 2 точка – 100 метров. Почва чернозем с примесью песка и глины, растительности мало; в) 3 точка – 200 метров. Почва чернозем с примесью песка, растительности мало, присутствует травянистая растительность; г) 4 точка – 500 метров. Почва здесь чернозем, растительность разнообразна, присутствуют как кустарники, так и полукустарники; д) 5 точка – 1000 метров. Почва чернозем, растительность здесь преобладает травянистая; е) 6 точка – 2000 метров. Почва чернозем, растительности очень мало.

Северный участок

Взята была одна проба почвы, это связано с доступностью: 1 точка – 50 метров. Почва чернозем, растительности очень мало, преобладает травянистая растительность.

Восточный участок

Взято было 4 пробы почвы на разном расстоянии от предприятия: а) 1 точка – 50 метров. Почва чернозем с примесью песка и глины, растительности очень мало; б) 2 точка – 100 метров. Почва чернозем с примесью песка и глины, растительность преобладает травянистая; в) 3 точка – 200 метров. Почва чернозем, растительность преобладает травянистая, присутствуют кустарники; г) 4 точка – 500 метров. Почва здесь чернозем, растительность разнообразна, присутствуют как кустарники, так и полукустарники.

Западный участок

Взято было 4 пробы почвы на разном расстоянии от предприятия: а) 1 точка – 50 метров. Почва чернозем с примесью песка и глины, растительности очень мало; б) 2 точка – 100 метров. Почва чернозем с примесью песка и глины, растительность преобладает травянистая; в) 3 точка – 200 метров. Почва чернозем, растительность преобладает травянистая, присутствуют кустарники; г) 4 точка – 500 метров. Почва здесь чернозем, растительность разнообразна, присутствуют как кустарники, так и полукустарники.

Контроль

В качестве контроля была использована почва, собранная за пределами города (рис. 3). Почва серая лесная. Растительность представлена деревьями (береза, дуб), кустарниками (ива, шиповник). Участок, с которого отбирались образцы почв, находится на расстоянии не менее 150 м от ближайших автомобильных дорог (считается, что такое расстояние исключает аэрогенное попадание тяжелых металлов в почву от основного источника загрязнения автотранспорта).

В качестве тест-объекта был взят лук репчатый (Allium cepa L.). Выбор объекта исследования не случаен, так как в последние годы использование растений в качестве биологических тестов химических веществ ведется в различных областях мониторинга окружающей среды.

Для определения митотической активности и анализа спектра аберраций готовили давленные ацетокарминовые препараты по методики Паушевой [6].

В каждом препарате подсчитывали делящиеся клетки, анализировали все анафазные клетки и учитывали долю клеток с аберрациями хромосом. Анализ спектра аберраций проводили с выделением одиночных и двойных фрагментов и мостов по классификации Бочкова Н.П. [2].

Статистическую обработку результатов проводили стандартными методами вариационной статистики. Полученные данные обрабатывали методом вариационной статистики с применением программ Stat2, Fstat.

Результаты исследований и их обсуждение

Мы исследовали фитотоксическое действие почв тестируемых пунктов на всхожесть семян модельного растения. Результаты биотестирования приведены в таблице 1. Исследования показали, что всхожесть семян A. сepa L. достоверно ниже контроля, то есть тестируемая почва является фитотоксичной и ингибирует развитие исследуемого тест-отклика. Наибольшее ингибирование всхожести семян репчатого лука наблюдалось во всех направлениях от предприятия в пробах почв, которые находились на расстояние 50 м от предприятия.

Таблица 1

Результаты биотестирования почв по всхожести семян Allium cepa L.

Отличие от контроля достоверно при *р < 0,001, **р < 0,01, ***р < 0,05.

В южном участке наибольшее ингибирование всхожести семян наблюдалось в пробах почв, взятых на расстоянии 50 и 2000 метров и составило 78,3 и 82,1% соответственно, а наименьшее – в пробе почвы, взятой на расстоянии 1000 метров, и составило 46,9%. Уменьшение всхожести семян в пробе почвы, взятой на расстоянии 2000 метров от завода, можно объяснить близостью железной дороги. В северном участке ингибирование всхожести семян составило 82,7%. На данном участке наблюдается наибольшее ингибирование всхожести семян, это можно объяснить близостью автодороги. В восточном и западном участках наибольшее ингибирование всхожести семян наблюдалось в пробе, взятой на расстоянии 50 метров от завода, а наименьшее на расстоянии 500 метров. В восточном участке ингибирование всхожести семян A. cepa L. в пробе почвы 500 метров составило 55,5%, а в 50 метров – 78,1%. В западном участке ингибирование всхожести семян в пробе почвы 500 метров составило 56,7%, а в 50 метров – 77,5%.

Мы также определяли митотическую активность пролиферативных клеток корешков проростков A. cepa, выросших на почве, взятой у предприятия ООО «Саранский завод керамических изделий». Результаты исследования представлены в таблице 2.

Таблица 2

Митотическая активность меристематических клеток корешков

проростков Allium cepa L.

Отличие от контроля достоверно при *р< 0,001, **р< 0,01, ***р< 0,05.

В южном участке максимальный процент ингибирования митотической активности был зафиксирован в корешках проростков, выросших на почве, взятой на расстоянии 50 и 2000 метров, и составил 51,9 и 55,6% соответственно, а наименьший – в пробе почвы, взятой на расстоянии 1000 метров, и составил 8,6%. Уменьшение митотического индекса в пробе почвы, взятой на расстоянии 2000 метров от завода, можно объяснить близостью железной дороги.

В северном участке ингибирование митотической активности клеток проростков A. cepa L. составило 58,1%. На данном участке наблюдается наибольшее ингибирование митотического индекса, это можно объяснить близостью автодороги.

На южном участке в пробе почвы, взятой на расстоянии 2000 метров, и на северном участке в пробах почвы, взятых на расстоянии 50 метров, в условиях стресса происходило снижение доли клеток на стадии профазы и рост доли клеток на стадии метафазы и анафазы-телофазы митоз.

На восточном и западном участках максимальный процент ингибирования митотической активности клеток наблюдался в пробах, взятых на расстоянии 50 метров от завода, а наименьший – на расстоянии 500 метров. В восточном участке ингибирование митотического индекса клеток A. cepa L. в пробе почвы 500 метров составило 16,5%, а в пробе 50 метров – 54,6%. В западном участке ингибирование митотической активности клеток в пробе почвы 500 метров составило 14,1%, а в 50 метров – 52,4%.

Как видно из представленных данных, распределение митотоксической активности неравномерно. Наибольшая активность митотоксикантов приурочена к северному участку в пробах почв, взятых на расстоянии 50 метров от предприятия, и к южному участку в пробах почв, взятых на расстоянии 2000 метров, где влияние идет не только от предприятия, но и от дорог. Наименьшая активность митотоксикантов наблюдалась в пробах почв, взятых в южном участке на расстоянии от завода 1000 метров.

Цитологический анализ хромосомных аберраций является одной из надежных методик оценки и идентификации факта мутагенного воздействия. Известно, что ксенобиотики, вызывающие метафазные блоки, обладают мутагенной активностью. Мы предположили, что антропогенные ксенобиотики в исследуемых образцах почв также мутагенны. Проведенный анателофазный анализ показал, что все почвы индуцировали хромосомные аберрации в клетках корневой меристемы тест-объекта (рисунок).

Зависимость частоты возникновения хромосомных аберраций в клетках корневой меристемы А. cepa L. от расстояния от предприятия

Из рисунка видно, что наибольшая частота встречаемости аберраций наблюдалась во всех направлениях, кроме южного от предприятия в пробах почв, которые находились на расстояние 50 метров от завода. Чем дальше брали пробы почв от предприятия, тем меньше наблюдалась частота возникновения хромосомных аберраций.

В южном участке максимальный процент частоты хромосомных аберраций был зафиксирован в пробах почвы, взятых на расстоянии 2000 метров от предприятия, и составил 15,8 ± 0,66%, а минимальный - на расстоянии 1000 метров и составил 6,3 ± 0,02%.

В северном участке процент встречаемости хромосомных аберраций в пробе почвы, взятой на расстоянии 50 метров от завода, составил 10,3± 0,44%.

В восточном участке максимальный процент частоты хромосомных аберраций был зафиксирован в пробе почвы, взятой на расстоянии 50 метров, и составил 10,3±0,33%, а минимальный на расстоянии 500 м - 6,1±0,37%.

В западном участке наибольшее количество хромосомных аберраций было зафиксировано в пробе почвы, взятой на расстоянии 50 метров, и составило 11,3±0,56%, а минимальное на расстоянии 500 метров - 5,1±0,74%.

Во всех анализируемых препаратах встречались анателофазы со следующими аберрациями: простые и двойные «мосты», «отставания» и фрагментированные хромосомы. Аберрации хромосомного типа отражают воздействие генотоксикантов, когда клетка находится на стадии G1; аберрации хроматидного типа происходят, когда клетка находится на стадии S и G2.

Заключение

Необходимо усиление биомониторинга – контроля за состоянием окружающей среды с помощью биoлогических систем. В качестве профилактических мер следует использовать развитие «безотходных» технологий, ограничение производства веществ с мутагенным действием, усиление всех видов контроля за состоянием потенциально опасных предприятий: химические и микробиологические производства, научно-промышленные установки биотехнологического характера.

Проанализировав исходные данные, можно сделать некоторые обобщения.

1. Цитогенетический анализ показал, что почва тестируемого объекта обладает токсическим воздействием на всхожесть семян A. сepa: максимальным в пробах почв, взятых из южного участка зоны 2000 метров, а минимальным – из южного участка зоны 1000 метров.

2. Почва предприятия влияет на митотическую активность клеток апикальной меристемы A. cepa, понижая прoлиферативную активность клеток лука: максимальное понижение зафиксировано в пробах почв, взятых из северного участка зоны 50 метров, а минимальное – из южного участка зоны 1000 метров.

3. Цитогенетический анализ на растительном тест-объекте показал, что почва у предприятия ООО «Саранский завод керамических изделий» обладает выраженным мутагенным эффектом и связанным чаще всего с повреждением не одной, а нескольких хромосом одновременно; максимальный мутагенный эффект зафиксирован в южном участке зоны 2000 метров, где воздействие идет не только от предприятия, но и от железной дороги, минимальный – в южном участке зоны 1000 метров, где воздействия минимальны как от предприятия, так и от железной дороги.

По полученным результатам можно дать следующие практические рекомендации.

1. В мониторинге почв рекомендуется использовать наряду с другими методами цитогенетический метод анализа, дающий прямую оценку суммарного токсического и генотоксического загрязнения почвы.

2. При анализе генотоксического воздействия почвы на объекты природы следует использовать одновременно несколько взаимодополняющих критериев для повышения объективности оценки.

3. В связи с повышенным содержанием тяжелых металлов в зоне предприятия провести компенсационное оздоровление почв путем озеленения.