Электронный научный журнал
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,813

ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ СРЕДЫ ВОДНЫХ ЭКОСИСТЕМ В РАЙОНЕ КРУПНЫХ ГОРНО-ДОБЫВАЮЩИХ ПРЕДПРИЯТИЙ (НА ПРИМЕРЕ ПАВЛОВСКОГО ГОРНО-ОБОГАТИТЕЛЬНОГО КОМБИНАТА)

Калаев В.Н. 1 Игнатова И.В. 1 Епринцев С.А. 1 Дмитриев Д.А. 1 Тихомирова Е.В. 1
1 ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет»
Проведено исследование гомеостаза развития прудовой лягушки в районе Павловского горно-обогатительного комбината с использованием микроядерного теста в периферической крови и оценки флуктуируюшей асимметрии. У особей лягушки прудовой (Ranalessone Camerano), обитающих в водоемах Павловского района, уровень флуктуирующей асимметрии билатеральных морфологических признаков составила 0,3, что соответствует 1 баллу по пятибалльной шкале оценки Захарова В.М. В крови лягушек, отловленных в трех водоемах Павловского района, выявлены эритроциты с микроядрами пяти типов: стандартного (преобладающий тип), прикрепленного, в виде палочек, в виде клубочков и неоформленный ядерный материал большого размера. Наибольшая частота эритроцитов с нарушениями отмечается в Малоказинском водохранилище, что свидетельствует о большей степени его загрязненности по сравнению с другими водоемами. Установлены различия между полами в Малоказинском водохранилище: больше всего нарушений отмечено у самцов, что говорит об их большей чувствительности к токсикантам внешней среды, чем самок. Показана большая чувствительность к загрязнению окружающей среды цитогенетических показателей по сравнению с флуктуирующей асимметрией. Проведенные исследования являются элементом биомониторинга и отражают влияние состояния среды обитания на живые организмы в водных экосистемах в районах крупных горнодобывающих предприятий.
микроядро
флуктуирующая асимметрия
павловский горно-обогатительный комбинат
лягушка прудовая
1. Вершинин В.Л. Амфибии как биоиндикаторы состояния урбанизированных экосистем [Текст] / В.Л. Вершинин // Урбоэкосистемы. Проблемы и перспективы: материалы III международной научно-практической конференции (Ишим, 21–22 марта 2008 г.). – Ишим, 2008. – С. 21–25.
2. Гелашвили Д.Б. Экология Нижнего Новгорода: монография. [Текст] / Д.Б. Гелашвили, Е.В. Копосов, Л.А. Лаптев. – Н. Новгород: ННГАСУ, 2008. – 530 с.
3. Дробот Г.П. Использование гематологических показателей Lacertaagilis L. для оценки антропогенно нарушенных территорий [Текст] / Г.П. Дробот, О.С. Ремизова // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. – 2012. – Т. 14, № 1-8. – С. 1-8.
4. Жулева Л.Ю. Использование микроядерного теста для оценки экологической обстановки в районах Астраханской области [Текст] / Л.Ю. Жулева, Н.П. Дубинин // Генетика. – 1994. – Т. 30, № 7. – С. 999–1004.
5. Замалетдинов Р.И. Экология земноводных в условиях большого города (на примере г. Казани): автореф. дис. ... канд. биол. наук. [Текст]. – Казань, 2003. – 24 с.
6. Захаров B.M. Онтогенез и популяция (стабильность развития и популяционная изменчивость) [Текст] / В.М. Захаров // Экология. – 2001. – № 3. – С. 164-168.
7. Здоровье среды: методика оценки / В.М. Захаров, А.С. Баранов, В.И. Борисов [и др.]. – М.: Центр экологической политики России, 2000. – 68 с.
8. Калаев В.Н., Игнатова И.В., Климова Н.В. Частота встречаемости эритроцитов с микроядрами в крови перепела японского (Coturnixjaponica) при разных способах окрашивания // Фундаментальные исследования. – 2013. – № 10-4. – С. 770-775.
9. Камкина И.Н. Проблемы адаптации амфибий в условиях повышенных техногенных нагрузок [Текст] / И.Н. Камкина // Биосфера и человечество: сборник материалов конференции молодых ученых памяти Н.В. Тимофеева-Ресовского (Екатеринбург, 24–28 апреля 2000 г.). – Екатеринбург, 2000. – С. 122–123.
10. Кулаичев А.П. Методы и средства комплексного анализа данных [Текст] / А.П. Кулаичев. – М.: ФОРУМ: ИНФА-М, 2006. – 512 с.
11. Микроядерный анализ в оценке цитогенетической нестабильности [Текст] / Н.Н. Ильинских, А.С. Ксенц, Е.Н. Ильинских [и др.]. – Томск: НИТГУ, 2011. – 312 с.
12. Мишурина О.А. Комплексные исследования и технологические решения по извлечению марганца из гидротехногенных ресурсов ГОКов Южного Урала [Текст] / О.А. Мишурина, Н.Л. Медяник // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). – 2009. – № 8. – С. 198-203.
13. Пескова Т.Ю. Флуктуирующая асимметрия озерной лягушки и зеленой жабы [Текст] / Т.Ю. Пескова, Т.И. Жукова, Т.С. Величко // Вопросы герпетологии: материалы IV съезда Герпетологического общества имени А. М. Никольского (Санкт-Петербург, 12–17 октября, 2009 г.). – СПб., 2011. – С. 219–223.
14. Романова Е.Б. Видовая специфика гематологических показателей зеленых лягушек урбанизированных территорий [Текст] / Е.Б. Романова, В.Ю. Николаев // Фундаментальные проблемы науки: сборник статей Международной научно-практической конференции (Уфа, 27–28 сентября 2013 г.). – Уфа, 2013. – Ч. 2. – С. 46-50.
15. Романова Е.Б. Оценка состояния популяций зеленых лягушек рода Rana по комплексу показателей гомеостаза [Текст] / Е.Б. Романова, О.В. Волкова, М.И. Тихонова // Вестник Нижегородского университета им. НИ Лобачевского. – 2011. – № 2. – С. 119-124.
16. Спирина Е.В. Амфибии как биоиндикационная тест-система для экологической оценки водной среды обитания: автореферат дис. ... канд. биол. наук. [Текст]. – Ульяновск, 2007. – 23 с.
17. Тимченко О.І., Сердюк А.М., Турос О.І. Гигиена окружающей среды: политика, практика, перспективы [Текст] / О.І. Тимченко, А.М. Сердюк, О.І. Турос. – Киев: Пресса Украины, 2000. – 127 с.
18. Учебная полевая практика по общей геологии на Семилукском полигоне [Текст] / В.Ф. Лукьянов, В.Н. Бунеев, Г.В. Войцеховский [и др.]. – Воронеж: ИПЦ ВГУ, 2008. – 92 с.
19. Файзулин А.И. Земноводные как биоиндикаторы состояния окружающей среды в условиях среднего Поволжья: половозрастная структура популяций [Текст] / А.И. Файзулин // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. Специальный выпуск «Безопасность. Технологии. Управление». – 2008. – Вып. 9. – С. 271–274.
20. Файзулин А.И. Эколого-фаунистический анализ земноводных Среднего Поволжья и проблемы их охраны: автореферат дис. ... канд. биол. наук. [Текст]. – Тольятти, 2004. – 20 с.
21. Чередниченко О.Г. Оценка генетического статуса озерной лягушки (Ranaridibunda) казахстанской части Прикаспийского региона с помощью микроядерного теста [Текст] / О. Г. Чередниченко, А.Л. Пилюгина, Е.Г. Губицкая // Экологические и эволюционные механизмы структурно-функционального гомеостаза живых систем: Мат. XIV Международной научно-практической экологической конференции (Белгород, 4–8 октября 2016 г.). – Белгород: ИД «Белгород» НИУ «БелГУ», 2016. – С. 84-87.
22. Чубинишвили А.Т. Гомеостаз развития в популяциях озерной лягушки (Ranaridibunda Pall.), обитающих в условиях химического загрязнения в районе Средней Волги [Текст] / А.Т. Чубинишвили // Экология. – 1998. – № 1. – С. 71–74.

Оценка состояния среды в районе горнодобывающих предприятий и проведение мероприятий по снижению эффектов антропогенного воздействия на биосистемы является одним из направлений исследований в области биомониторинга и геоэкологии. Горно-обогатительные предприятия оказывают влияние на окружающую среду в целом и на водные ресурсы как основной компонент биосистем. Сброс неочищенных техногенных стоков на поверхность почвы приводит к накоплению в окружающих водных объектах тяжелых металлов (медь, цинк, железо, марганец многие другие), которые обладают общетоксичными и мутагенными свойствами [12].

Традиционные способы оценки качества воды путем физико-химических анализов сложны и дорогостоящи. Кроме того, следует учитывать, что генотоксические вещества действуют на живые организмы не изолированно, а в разных сочетаниях и концентрациях компонентов. Поэтому решение сложной проблемы определения суммарного действия присутствующих в воде мутагенов и промутагенов на биоту целесообразно путем биоиндикации с использованием морфогенетического и цитогенетического подходов [17].

Одной из наиболее информативных характеристик развития организма является стабильность онтогенеза, которая обусловлена факторами внешней среды и генетически детерминирована. Оценить данный параметр можно по уровню флуктуирующей асимметрии, представляющей собой незначительные, ненаправленные отклонения от строгой симметрии [6]. Работы по определению флуктуирующей асимметрии, выполненные на разных объектах [5, 13, 20, 22], показали, что наиболее высокий уровень флуктуирующей асимметрии характерен для популяций, обитающих в условиях сильного загрязнения среды, наиболее низкий – для контрольных «чистых» популяций.

Другим показателем состояния организма является цитогенетический гомеостаз, который можно охарактеризовать с использованием микроядерного теста. В настоящее время микроядерный анализ широко используется для оценки уровня загрязненности окружающей среды мутагенами. Данный подход позволяет улавливать изменения в природных популяциях и прогнозировать их последствия [4]. К преимуществам микроядерного теста относятся быстрота, дешевизна, простота, независимость от кариотипа [11].

Перспективным объектом биоиндикационных исследований считаются лягушки [1, 9, 16, 19, 21], которые выступают связующим звеном между водными и наземными экосистемами и могут выступать индикаторами состояния соответствующей местности в целом.

В связи с вышеизложенным, целью исследования стала оценка гомеостаза развития прудовой лягушки (Ranalessonae Camerano) с использованием морфогенетического и цитогенетического подходов в районе крупного горнодобывающего предприятия (Павловского горно-обогатительного комбината).

Материалы и методы

Исследования были выполнены в Павловском районе Воронежской области вблизи Павловского горно-обогатительного комбината в трех водоемах: Малоказинском водохранилище, пруду в с. Гаврильск и пруду в с. Каменск. Все водоемы расположены вдоль реки Гаврило (рис. 1).

Рис. 1. Схема расположения мест проведения исследований: 1 – Малоказинское водохранилище, 2 – пруд в с. Гаврильск, 3 – пруд в с. Каменск

Павловский гранитный карьер расположен в Павловском районе Воронежской области (с. Шкурлат). В карьере ведутся работы по добыче гранитного сырья Шкурлатовского месторождения. Карьер представляет собой горнодобывающее предприятие по добыче блоков гранита с последующей их переработкой на щебень, распиловкой на плиты с частичной полировкой последних. Способ добычи гранитного сырья – скважинно-шпуровой с применением взрывных работ.

В структурно-тектоническом отношении Шкурлатовское месторождение расположено в пределах Павловско-Стрелицкого краевого поднятия докембрийского фундамента платформы, сложенного в основном мигматит-гранит-сиенитовым интрузивным комплексом раннепротерозойского возраста. Основными породообразующими минералами комплекса являются: роговая обманка, кварц, калиевый полевой шпат, плагиоклаз (олигоклаз), биотит, мусковит, присутствуют циркон, гранат, магнетит, сфен, апатит, турмалин и другие минералы [18].

Определение качества воды было проведены санитарно-эпидемиологической службой г. Павловска Воронежской области. Тяжелые металлы и плавающие примеси ни в одном из водоемов выявлены не были.

Оценку стабильности развития проводили по уровню флуктуирующей асимметрии согласно рекомендациям [7].

Цитогенетический анализ оценивали по количеству эритроцитов с микроядрами. Для изготовления препаратов крови лягушек декапитировали, разрезали кожу с брюшной стороны, осуществляли забор крови из сердца с помощью шприца. Каплю крови наносили на сухое чистое предметное стекло и готовили мазок. Затем препараты высушивали на воздухе несколько минут. Сухие препараты окрашивались раствором красителя Гимза 1:5 в течение 20 мин. Затем препараты накрывали покровными стеклами и просматривали на микроскопе «МИКМЕД-6». На каждом препарате просматривали не менее 1000 клеток.

Статистическую обработку данных проводили с помощью пакета статистических программ «Stadia». Процедура группировки данных и их обработка изложены в работе [10]. Сравнение особей из трех водоемов по уровню клеток с микроядрами осуществляли с использованием непараметрических Х–критерия Ван-дер-Вардена и критерия Вилкоксона, по величине флуктуирующей асимметрии – по t-критерию Стьюдента.

Результаты исследований и их обсуждение

Величина флуктуирующей асимметрии у прудовой лягушки (Ranalessonae), обитающей в водоемах Павловского района, представлена в таблице 1.

Таблица 1

Величина флуктуирующей асимметрии билатеральных морфологических признаков лягушки прудовой (Ranalessonae Camerano)

Водоем

самцы

самки

Малоказинское водохранилище

0,30±0,04

0,30±0,04

пруд с. Гаврильск

0,40±0,06

0,30±0,04

пруд с. Каменск

0,30±0,03

0,30±0,03

Согласно пятибалльной шкале оценки отклонений организма от условной нормы по величине интегрального показателя стабильности развития для земноводных Захарова В.М., качество среды в обследованных водоемах соответствует 1 баллу (условно нормальное).

В результате проведенных исследований нами было выявлено, согласно классификации, предложенной Жулевой и Дубининой [4], 5 типов клеток с микроядрами: стандартного типа, прикрепленного типа, неоформленные в виде «палочек», неоформленные в виде клубочков и округлые образования большого размера (рис. 2).

Рис. 2. Типы микроядер, выявляемые в крови прудовой лягушки (Ranalessonae), обитающей в водоемах Павловского района

Анализ частоты встречаемости клеток с микроядрами выявил наибольшую частоту нарушений у лягушек, обитающих в Малоказинском водохранилище и водоеме с. Гаврильск, по сравнению с лягушками, обитающими в водоеме с. Каменск (P< 0,05) (табл. 2).

Таблица 2

Частота встречаемости аберрантных клеток в крови прудовой лягушки (Ranalessonae), обитающей в водоемах Павловского района

Исследуемый водоем

Пол особи

Общее количество аберрантных клеток, ‰

Типы аберрантных клеток, ‰

Микроядра стандартного типа

Микроядра прикрепленного типа

Микроядра в виде «палочек»

Микроядра в виде «клубочков»

Неоформленный ядерный материал

Малоказинское водохранилище

самец

6,7±0,6**

4,7±0,5***

1,1±0,3

0,4±0,2

0,4±0,2

0,2±0,1

самка

4,6±0,5

1,9±0,3

1,4±0,2

0,3±0,1

0,5±0,2

0,5±0,2

общее

5,7±0,4

3,3±0,4а

1,3±0,2

0,3±0,1

0,4±0,1

0,4±0,1

пруд с. Гаврильск

самец

4,7±0,7

2,2±0,5

1,5±0,4

0,4±0,1

1,2±0,8

0,3±0,1

самка

6,3±0,8

2,7±0,3

1,9±0,5

0,6±0,2

0,5±0,2

0,4±0,2

общее

5,5±0,6

2,5±0,3а

1,7±0,3

0,3±0,1

0,8±0,4

0,4±0,1

пруд с. Каменск

самец

4,8±0,6

2,6±0,5***

1,1±0,4

0,4±0,2

0,5±0,2

0,3±0,1

самка

4,7±0,5

1,1±0,4

1,7±0,3

0,3±0,1

0,4±0,1

0,5±0,1

общее

4,8±0,4

2,2±0,4

1,4±0,3

0,4±0,2

0,4±0,1

0,4±0,1

Обозначения: *** – различия с самками, обитающими в том же водоеме, достоверны, P<0,05, ** – различия с самками, обитающими в том же водоеме, достоверны, P<0,01, а – различия с особями, обитающими в пруду с. Каменск, достоверны, P<0,05.

Анализ частоты встречаемости эритроцитов со стандартными микроядрами совпадает с результатами, полученными при анализе общего числа нарушений. Из всех типов микроядер они являются преобладающими. По мнению Л.Ю. Жулевой и Н.П. Дубинина, наличие в клетках периферической крови озерной лягушки микроядер стандартного типа является естественным, тогда как наличие в клетках микроядер других видов является результатом цитогенетического нарушения, произошедшего в организме под действием загрязненности окружающей среды мутагенами [4]. В то же время рядом авторов установлено, что у прудовой лягушки в г. Нижнем Новгороде преобладают микроядра прикрепленного типа [14, 15]. Преобладание клеток с микроядрами прикрепленного вида в крови зеленых лягушек свидетельствует о нарушениях цитогенетического гомеостаза, что связано, по-видимому, с дефектами в структуре хромосом, вызванными мутагенными факторами окружающей среды и воздействием приоритетных загрязнителей водоемов на организм животных [2].

По частоте встречаемости эритроцитов с микроядрами прикрепленного типа, ядерного материала в виде палочек, клубочков, округлых образований большого размера различий между лягушками обследованных водоемов установлено не было. Образование первого типа микроядер обусловлено нарушениями в структуре хромосом, а остальных типов – отставание хромосом в мета- или анафазе митоза [4].

Были выявлены различия между полами у обследованных особей лягушек Малоказинского водохранилища (самцы – 6,7±0,6 ‰; самки – 4,6 ± 0,5 ‰ (различия достоверны (P< 0,01)).

Стоит отметить, что максимальное число клеток с микроядрами наблюдалось у самцов лягушек, обитающих в Малоказинском водохранилище, по сравнению с самцами Гаврильского и Каменского водоемов (Р < 0,05), что свидетельствует об их большей чувствительности к генотоксикантам. Ранее различия между полами по частоте эритроцитов с микроядрами отмечались у прыткой ящерицы [3], перепела японского при промышленном разведении [8] и др.

Частоты встречаемости микроядер в виде палочек, клубочков и образований большого размера не отличаются между водоемами.

На основании проведенных исследований можно сделать следующие выводы:

1. У особей лягушки прудовой (Ranalessone Camerano), обитающих в водоемах Павловского района, уровень флуктуирующей асимметрии билатеральных морфологических признаков составил 0,3, что соответствует 1 баллу по пятибалльной шкале оценки отклонений организма от условной нормы по величине интегрального показателя стабильности развития для земноводных Захарова В.М. Это говорит об условной норме состояния среды обитания [7]. Различия между полами установлены не были.

2. В крови лягушек, отловленных в трех водоемах Павловского района, выявлены эритроциты с микроядрами пяти типов: стандартного (преобладающий тип), прикрепленного, в виде палочек, в виде клубочков и неоформленный ядерный материал большого размера. Наибольшая частота эритроцитов с нарушениями отмечается в Малоказинском водохранилище, что свидетельствует о большей степени его загрязненности по сравнению с другими водоемами.

3. Установлены различия между полами в Малоказинском водохранилище: больше нарушений отмечено у самцов, что говорит об их большей чувствительности к токсикантам внешней среды, чем самок.

4. Показана большая чувствительность к загрязнению окружающей среды цитогенетических показателей по сравнению с флуктуирующей асимметрией.

5. Проведенные исследования являются элементом биомониторинга и отражают состояние среды обитания на живых организмах в водных экосистемах в районах крупных горнодобывающих предприятий.

Исследование выполнено в рамках и при поддержке проекта РФФИ № 16-45-360284 р_а «Мониторинг состояния биотехносферы урбанизированных территорий Воронежской области как фактора устойчивого развития региона».


Библиографическая ссылка

Калаев В.Н., Игнатова И.В., Епринцев С.А., Дмитриев Д.А., Тихомирова Е.В. ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ СРЕДЫ ВОДНЫХ ЭКОСИСТЕМ В РАЙОНЕ КРУПНЫХ ГОРНО-ДОБЫВАЮЩИХ ПРЕДПРИЯТИЙ (НА ПРИМЕРЕ ПАВЛОВСКОГО ГОРНО-ОБОГАТИТЕЛЬНОГО КОМБИНАТА) // Современные проблемы науки и образования. – 2016. – № 6.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=25924 (дата обращения: 08.04.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074