Оценка экологического состояния водных бассейнов Оренбурга на примере р. Урал

АННОТАЦИЯ

В работе проводиться оценка экологического состояния р.Урал Оренбургской области (в районе города Орска) на основе мониторинга генотоксического загрязнения донных отложений. С помощью анализа митотического индекса определялась митотоксическая активность, а с помощью ана-телофазного метода учета хромосомных аберраций определялась мутагенная активность донных отложений исследуемых участков р. Урал.

ABSTRACT

In work assesses the ecological state of the Ural river in the Orenburg region (near the city of Orsk) on the basis of monitoring of genotoxic pollution of bottom sediments. By analyzing the mitotic index was determined by cytotoxic activity of bottom sediments using Ana-telephase method of accounting for chromosomal aberrations were determined mutagenic activity of bottom sediments of the investigated sections of the Ural river.

Ключевые слова: мониторинг, донные отложения, хромосомные аберрации, митотический индекс, генотоксического загрязнения.

Keywords: monitoring, bottom sediments, chromosomal aberrations, the mitotic index, genotoxic pollution.

Глобальной проблемой экологии является загрязнение окружающей среды, в том числе и гидросферы. Причиной этого являются как естественные, так и антропогенные источники, что в современном мире наиболее значимо. Наиболее значимыми для экосистемы является химическое воздействие. Загрязнители вызывают мутации разного уровня: генные (нарушения нуклеотидной последовательности ДНК), геномные (нарушения числа хромосом, в основе которого лежит не расхождение хромосом в ходе митоза и мейоза), хромосомные (нарушения структуры хромосом). Кроме этого загрязнители могу замедлять или ускорять пролиферативные процессы.

В Оренбургской области состояние водных ресурсов считается очень тяжелым. Большое число промышленных предприятий Оренбуржья усугубляют экологическую обстановку водоемов нашего края. Отмечается поступление недостаточно очищенных сточных вод в реки региона. Наибольшую опасность имеют тяжелые металлы (ТМ) и органическое загрязнение.

Цель работы: оценить экологическое состояние региона с помощью мониторинга мутагенной и митотоксической активности донных отложений р.Урал (район г.Орск).

Интерес изучения г.Орска связан с тем, что на его территории находится крупное промышленное предприятие - Орско-Халиловский металлургические комбинаты, а так же Орский Никель-комбинат. Потребление воды в промышленных целях – основной фактор, определяющий потери водостока, а промышленное водоотведение – наиболее опасный источник загрязнения.

Пробы отбирались в двух пунктах: в черте города  Орска (пункт 1) и выше г. Орска (пункт 2,  в посёлке Новоказачий). В качестве контроля использовалась оценка корешков, выращенных на дистиллированной воде.

В качестве материалов исследования были взяты:

- лук Allium cepa – так как данный биотест не требует знания кариотипа и идентификации типов повреждений хромосом, является простым, экономичным и достаточно чувствительным для определения мутагенности;

- и донные отложения (ДО) реки Урал. Преимуществом ДО является их высокая аккумуляционная способность, в результате чего они являются депо мито- и генотокситкантов.

В ходе исследования анализировались показатели митотического индекса (МИ) для определения митотоксической активность с учетом митостимулирующего (МСЭ) и митозугнетающего (МУЭ) эффекта, и ана-телофазного метода учета хромосомных аберраций (ХА) – для определения мутагенная активность ДО исследуемых участков р. Урал.

Интегральная оценка мутагенной и митотоксической активности проводилась с использованием таких показатели, как «выраженность» данных эффектов в баллах (с использованием специальных таблиц).

Пространственное распределение генотоксической активности ДО показала наличие загрязнения р.Урал в изучаемых пунктах. Регистрация генотоксической активности проводилась путем изменения показателей мутагенного и/или митотоксического эффекта(ов).

Анализ МИ и фазных индексов выявили митотоксическую активность ДО в изучаемых пробах, проявившуюся в МУЭ и МСЭ эффектах (рис. 1).

Результаты исследования в городе Орске показали наибольший МУЭ (17 баллов), т.к. при действии водной вытяжкой ДО с этой станции на апикальную меристему Al.cepa митотический индекс был на 5,12% меньше, чем в контроле (табл. 4). Интерпретация показателей фазных индексов на данной станции свидетельствовала об уменьшение пролиферативной способности метестематической ткани, что было связано с бифазной задержкой митоза: замедление профазы на 3% и метафазы на 7,35%  (рис. 1).

Рисунок 1. Оценка митотического индекса и выраженности митотоксического эффекта

Данные результаты говорят о том, что поллютанты, аккумулированные в грунтах, повреждают хромосомы, нарушают репликацию и влияют на митотический аппарат клетки. Результатом последнего нарушения  является изменение подвижности хромосом и задержка цитокинеза.

Выше города Орска по течению р.Урал (ст.2) зарегистрирован слабый (2 балла) МCЭ. МИ оказался на 0,6% выше, чем в контроле (рис. 1,2).  Это связано с ускорением про- и анафазы митоза: профазный индекс меньше контроля на 4.55% (50,51% против 55,05% в контроле), а ана-телофазный почти на 14% (11,47% в пробе и 25,46% контроль). Величина метафазного индекса наоборот увеличилась на 18,53% (38,02% против 19,49% контроля). Значительное замедление митоза на метафазе (в пробе по сравнению с контролем и в сравнении с пробой 1, что ниже г.Орска) говорит об аккумулировании в донных отложениях веществ, которые влияют на подвижность хромосом и задерживают цитокинез. Учитывая, что подвижность хромосом напрямую зависит от веретен деления, следует вывод, что произошло повреждение митотического аппарата или кинетохора хромосом.

Оценивая пространственное распространение мутагенов следует вывод о неблагоприятной генотоксической ситуации на станции 1, что в черте города Орск. Частота хромосомных аберраций в апикальной меристеме проросток корешков лука при воздействии ВВДО (водных вытяжек ДО), полученных с данной станции, составил 12,03%, а в контроле 3,20%. Увеличение на 8,83% соответствует мутагенному эффекту в 1 балл, что интерпретируется как слабый мутагенный эффект. В ходе анализа типов хромосомных аберраций было выявлено увеличение доли мостов на 0,04% и «отставаний» – на 4,15%.

Полученные данные свидетельствуют о присутствии мутагенного эффекта в черте г.Орск. Поллютанты, приведшие  к повреждению митотического аппарата, и тем самым нарушавшие подвижность хромосом и приведшие к задержке цитокинеза, привели и к увеличению хромосомных аберраций («мостов» и «отставаний»), т.е. стали мутагенной активности. То есть имеет место и митогенное и митотоксическое влияние на наследственный аппарат клеток меристемы лука.

На станции 2 (выше по течению реки от промышленного города Орска) в ДО мутагенный эффект не зарегестрирован (табл. 1), но слабый МСЭ свидетельствует, хоть и о незначительном, но все же загрязнении данного участка р.Урал.

Таблица 1.

Мутагенная активность донных отложений реки Урал

Примечание: * - различие между контролем и опытом достоверно при р≤0,05.

Изучение результатов оценки миотического, а далее и фазного индексов на данных станциях тоже свидетельствовали о неблагоприятной обстановке в данных населенных пунктах.

На ст.1 (г. Орск) зарегистрирован наибольший МУЭ (5,12 баллов). МИ на данной станции составил 14,28%, что на 5,12% меньше по сравнению с контролем (19,40%). Изучение фазных индексов этой станции показал, что пролиферация меристематической ткани снижена. Это связано с замедлением ана-телофазы более чем на 10% (15,11 и 25,46). Это говорит о присутствии веществ, повреждающих митотический аппарат (веретено деления и/или кинетохоры хромосом), что приводит к нарушению подвижности хромосом и задержке цитокинез.

На ст. 2, что выше г.Орска по течению Урала, зафиксирован слабый  МСЭ (2 балла). МИ составил 20,00%, а в контроле 19,40%. Зафиксированы задержки, как профазы, так и ана-телофазы, но при этом отмечалось  ускорение метафазы. Профазный индекс был меньше контроля на 4,55% (50,51%; 55,05), а ана-телофазного почти на 14% (11,47 и  25,46). Величина метафазного индекса наоборот показала ускорение на 18,53% (38,02 – в пробе и 19,4% - контроль).

Исходя из этого следует вывод о  митозугнетающем эффекте в г.Орск, где уменьшение пролиферации меристемы было связано с низкой скоростью прохождения ана-телофазы. Это говорит о накопление в ДО преимущественно веществ, повреждающих веретено деления и/или кинетохоры хромосом.

Таким образом, неблагоприятная генотоксическая ситуация в районе г.Орска связана с определенным пространственным распределением мутагенов. Частота хромосомных аберраций в клетках проростов лука была превышена, что дало основание сделать вывод о мутагенной активности (1 балл) на исследуемой территории. Это слабый, но все же мутагенный эффект.

Частота хромосомных «поломок» также была превышены:  частота мостов 0,04%, а отставаний – 4,12%.

В ходе исследования ВВДО установлено присутствие в реке Урал на исследованных станциях присутствие загрязняющих веществ. Наиболее неблагоприятная ситуация (наличие мутагенного и МУЭ) зарегистрирована в г.Орск, где установлено снижение пролиферативной способности метестематической ткани, связанное с замедлением как про-, так и метафазы митоза.

Загрязнители, присутствующие в грунте, стали причиной хромосомных аберрацией, что зарегистрировано в виде увеличения доли мостов и отставаний, что говорит о мутагенной активности ДО.

Все это свидетельствует об аккумуляции митотоксикантов и митогенов в ДО реки Урал в черте г.Орск и говорит о неблагоприятной генотоксической ситуации в зоне исследования.

Список литературы:
1. Алов И.А. Цитофизиология и патология митоза. М.: Медицина; 1972.
2. Архарова И.А., Трушин М.В. Растительные тест-системы для определения генотоксичности потенциальных лекарственных средств. Наука в информационном просторе. В кн.: Материалы VIII междунар. научно-практической конференции. Днепропетровск; 2012; Т. 2: 3-5.
3. Боев В.М., Куксанов В.Ф., Быстрых В.В.Химические канцерогены среды обитания и злокачественные новообразования. М.: Медицина; 2002.
4. Бондаренко Л.В, Дукельская А.В. Методы тестирования генетической активности факторов окружающей среды. Экологическая генетика. 2007; 5(1): 42-44.
5. Винокуров Ю.И., Чибилев А.А., Красноярова Б.А., Павлейчик В.М., Платонова С.Г., Сивохип Ж.Т. Региональные экологические проблемы в трансграничных бассейнах рек Урал и Иртыш. Известия Российской академии наук. Серия географическая. 2010; (3): 95–104.
6. Дубинина Л.Г. Мутагенная активность природных отложений и искусственных водоемов Астраханской области. Генетика. 1996; 32(4): 584-589.
7. Прохорова И.М., Ковалева М.И., Фомичева А.Н.Генетическая токсикология: лабораторный практикум. Ярославль: ЯрГУ; 2005.
8. Прохорова И.М., Фомичева А.Н., Ковалева М.И., Бабаназарова О.В. Пространственная и временная динамика мутагенной активности воды оз. Неро. Биология внутренних вод, приложение. 2008; (2): 17-23.
9. Фомичева А.Н. Пространственно-временная динамика генотоксической активности воды малой реки в условиях многофакторной антропогенной нагрузки: на примере р. Которосль: автореф. дис. … канд. биол. наук. Астрахань; 2004.
10. Шевелуха В.С., Блиновский И.К., Хруеталева Л.И., Головнина А.М.
Методические рекомендации по комплексной оценке генетического риска применения фиторегуляторов в растениеводстве. М.: МСХА; 1992.