CC BY
70
УДК 574.21
Сизова Е. А., Романова А. П., Умрихина В. В.
Оренбургский государственный университет, г Оренбург, Россия E-mail: Sizova.L78@yandex.ru; rmnv_nastya@mail.ru; viktoriya_279@mail.ru
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ФЛУКТУИРУЮЩЕЙ АСИММЕТРИИ ALBURNUS ALBURNUS И RANA RIDIBUNDA ДЛЯ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ВОДНОЙ СРЕДЫ
Реки Оренбургской области испытывают значительную антропогенную и техногенную нагрузку. На сегодняшний день несовершенство системы контроля экологического состояния водоемов, которая основывается только на определении загрязнителей и сопоставлении их с предельно-допустимыми концентрациями, довольно очевидно, и все большее предпочтение отдается биологическим методам оценки состояния окружающей среды. Биологическая оценка может быть реализована при использовании организмов-биоиндикаторов, которыми в данной работе являются Alburnus alburnus и Rana ridibunda. Анализ стабильности развития морфологических структур этих животных позволяет установить класс качества воды в исследуемых водоемах по индексу ЧАПП (число асимметричных проявлений на признак).
В ходе отбора животных был установлен класс качества воды в р. Сакмара и в р. Урал на исследуемых участках. Результаты изучения флуктуирующей асимметрии показали 3 класс качества вод (загрязненная) с индексом ЧАПп 0,4 и 0,58 для Alburnus alburnus и Rana ridibunda соответственно на участках р. Сакмара в районе поселка Ленина и р. Урал в районе пешеходного моста на «Набережной» города Оренбурга. Грязная и очень грязная (4 и 5 класс качества) с индексом ЧАПП от 0,47 до 0,6 для Alburnus alburnus и от 0,61 до 0,73 для Rana ridibunda на участках р. Сакмара в районе железнодорожного моста внутри границ поселка Берды и в районе автомобильного моста на пр. Братьев Коростелевых, а также на участках р. Урал в районе железнодорожного моста в Центральном Районе Оренбурга вблизи садового товарищества «Газовик» и в районе автомобильного моста, находящегося на Загородном шоссе. Полученные данные демонстрируют возможность применения флуктуирующей асимметрии для оценки экологического состояния водной среды.
Ключевые слова: биоиндикация, флуктуирующая асимметрия, стабильность развития, река Сакмара, река Урал.
Неотъемлемой частью мониторинга состояния водных экосистем являются биоиндикационные исследования, которые предполагают обнаружение и определение экологически значимых природных и антропогенных нагрузок на основе реакций живых организмов непосредственно в среде их обитания [1], [2]. В качестве биоиндикаторов и тест-систем могут быть использованы различные организмы, однако для исследования необходимо выбирать наиболее чувствительные объекты, которым характерна высокая скорость отклика и выраженность параметров [3], [4].
Экологический стресс влияет на устойчивость онтогенеза и зачастую приводит к фено-типическим изменениям особей в популяциях животных [5]. Неспособность особи нормально развиваться в условиях стресса часто проявляется в повышенной асимметрии билатеральных структур. Флуктуирующая асимметрия является одним из видов данной асимметрии [6]. Сущность метода оценки флуктуирующей асимметрии заключается в сравнении стабильности развития особей загрязненных районов с известной заданной нормой отклонений [7], [8].
Материалы и методы
Исследования выполнены в ходе изучения флуктуирующей асимметрии Alburnus alburnus и Rana ridibunda, взятых в качестве биоиндикаторов в двух пресных водоемах (р. Урал и р. Сакмара) Оренбургской области в летний период 2016 г. [9]. Сбор образцов животных проводился на 3 участках реки Сакмара и на 3 участках реки Урал (см. рис. 1).
Анализ флуктуирующей асимметрии рыб и земноводных проводился по методике биологической диагностики окружающей среды Е.И. Егоровой [10]. Оценку стабильности развития Rana ridibunda и Alburnus alburnus выполняли по 11 (1-7 - признаки окраски: число полос и пятен на бедре; число полос и пятен на голени; число полос и пятен на стопе; число пятен на спине; 8-11 - признаки кожных покровов: число пятен на вентральной стороне второго, третьего и четвертого пальцев; число пор на вентральной стороне третьего пальца) и 5 (1-5 - меристические признаки: число лучей в грудных плавниках; число лучей в брюшных плавниках; число жаберных тычинок; число
глоточных зубов; число чешуй в боковой линии) морфогенетическим показателям [11].
В исследовании использовались такие показатели, как частота асимметричных проявлений на признак (ЧАПП) и частота асимметричных проявлений на особь (ЧАП) [12]. ЧАПП рассчитывалось как отношение числа особей, имеющих асимметричный признак, к общему числу учтенных признаков, а ЧАП - как отношение числа признаков, проявляющих асимметрию, к общему числу признаков умноженное на общее число особей в одной выборке [5], [13].
Провели балльную оценку качества среды обитания в соответствии с таблицей 1 [4], в которой приведены коэффициенты флуктуирующей асимметрии [14].
Статистическая обработка данных проведена стандартными методами, с использованием общепринятых параметров [15].
Результаты
Полученные результаты позволили оценить стабильность развития Alburnus alburnus и Rana ridibunda на 6 исследуемых участках двух рек Оренбургской области, а также оценить степень загрязнения вод р. Сакмара и р. Урал (табл. 2 и 3).
Анализ качества вод и их бальная оценка показали, что особи Alburnus alburnus и Rana ridibunda в 1 и 4 точках
вдоль реки детской железной дороги. Еще один немало действующий негативный фактор, для данной точки сбора - это то, что в зимний период коммунальными службами сюда свозится и складируется снег, который был убран с улиц всего города Оренбурга и, соответственно, содержащий в себе ряд загрязняющих веществ, попадающих по весне в Урал.
Показатели стабильности развития Alburnus alburnus и Rana ridibunda во 2 точке показали
имеют среднии уровень отклонении, что соответствует 3 классу качества воды - загрязненная. Такое значение показателя в 1 точке может быть связано с воздействием на реку находящихся вблизи полей, садов и дачных участков поселка Ленина. В 4 точке вода характеризуется как загрязненная, что может объясняться прохождением
Рисунок 1 - Точки сбора образцов животных: точка 1 - участок р. Сакмара в районе поселка Ленина; точка 2 - участок р. Сакмара в районе железнодорожного моста
внутри границ поселка Берды; точка 3 - участок р. Сакмара в районе автомобильного моста на пр. Братьев Коростелевых; точка 4 - участок р. Урал в районе пешеходного моста на «Набережной» города Оренбурга; точка 5 - участок р. Урал в районе железнодорожного моста в Центральном Районе Оренбурга вблизи садового товарищества «Газовик»; точка 6 - участок р. Урал в районе автомобильного моста, находящегося на Загородном шоссе
Таблица 1 - Оценка качества окружающей среды в баллах по интегральному показателю стабильности
развития животных (по В.М. Захарову, 1996 г.)
Класс Коэффициент асимметрии согласно балльной оценке
1 (чисто) 2 (относительно чисто) 3 (загрязнено) 4 (грязно) 5 (очень грязно)
Рыбы <0,35 0,35-0,40 0,40-0,45 0,45-0,50 >0,50
Земноводные <0,50 0,50-0,55 0,55-0,60 0,60-0,65 >0,65
Биологические науки
4 и 5 класс качества воды на этом участке соответственно (грязно и очень грязно). Данная точка находится в промышленном районе города Оренбурга со значительной концентрацией производственных объектов. Помимо этого свое влияние на загрязнение реки оказывает и садовое товарищество Сакмара, которое является источником засорения берегов твердыми бытовыми отходами. Кроме перечисленного, во 2 точке значительный вклад в загрязнение реки, вносит и обширная железнодорожная сеть, находящаяся в этом районе города, поскольку продукты сгорания топлива поездов, так или иначе, попадают в водоем. В 5 точке отбора проб качество воды оценивается как 4 класс - грязно. Это может быть связано с тем, что вблизи данного участка проходят железнодорожный и автомобильный мосты со значительными потоками транспортных средств. Также высокую нагрузку на реку оказывают: с одной стороны, садовое товарищество «Газовик», с другой, сады «Остров мира-1», и ряд промышленных предприятий, сконцентрированных на улице Донгузской и в микрорайоне «Аренда».
Бальная оценка флуктуирующей асимметрии по отклонениям в стабильности развития морфологических структур Alburnus alburnus и Rana ridibunda в 3 и 6 точках показала 5 класс качества вод - очень грязно. В 3 точке в загряз-
нение вносит значительный вклад трасса федерального значения, проходящая по проспекту Братьев Коростелевых, а также предприятие ОАО «Гидропресс». Помимо данных факторов, можно отметить и сток загрязняющих веществ с дачных массивов поселка Берды. На частоту проявления ассиметричных признаков у исследуемых животных в 6 точке влияет ряд факторов, в числе которых применение удобрений на посевах зерновых культур и подсолнечника, находящихся неподалеку, и их непосредственный смыв с дождевыми стоками в реку или через просачивание в подземные воды, сообщающиеся с р. Урал.
Сравнивая полученные результаты, все исследуемые точки можно классифицировать следующим образом:
Точка критического значения на р. Сакмара - где максимальные значения показателя флуктуирующей асимметрии у Alburnus alburnus и Rana ridibunda 0,5 и 0,73 соответственно - это участок реки в районе автомобильного моста на пр. Братьев Коростелевых. Точка критического значения на р. Урал - с максимальными значениями, свидетельствующими о нарушении гомеостаза развития, 0,6 и 0,73 -участок реки в районе автомобильного моста, находящегося на Загородном шоссе. Точка загрязнения на р. Сакмара - с показателями асим-
Таблица 2 - Показатели частоты асимметричного проявления на признак (ЧАПП) и среднее число асимметричных признаков в исследуемых точках отбора проб на реке Сакмара
Вид Точка №1 Точка №2 Точка №3
A ЧAПП, A/n К A ЧAПП, A/n К A ЧAПП, A/n К
Alburnus alburnus 2,0 0,4±0,15 3 2,33 0,47±0,18 4 2,5 0,5±0,25 5
Rana ridibunda 5,3 0,58±0,11 3 7,7 0,7±0,03 5 8,3 0,73±0,05 5
Примечание:
А - среднее число асимметричных признаков; п - число признаков; К - качество среды в баллах по интегральному показателю стабильности развития животных
Таблица 3 - Показатели частоты асимметричного проявления на признак (ЧАПП) и среднее число асимметричных признаков в исследуемых точках отбора проб на реке Урал
Вид Точка №4 Точка №5 Точка №6
A ЧAПП, A/n К A ЧAПП, A/n К A ЧAПП, A/n К
Alburnus alburnus 2,0 0,4±0,15 3 2,5 0,5±0,25 4 3,0 0,6±0,30 5
Rana ridibunda 6,3 0,58±0,08 3 8,3 0,61±0,08 4 8,7 0,73±0,14 5
Примечание:
А - среднее число асимметричных признаков; п - число признаков; К - качество среды в баллах по интегральному показателю стабильности развития животных
метрии у Alburnus alburnus и Rana ridibunda 0,47 и 0,7 говорит о загрязненности участка реки в районе железнодорожного моста внутри границ поселка Берды. Точка загрязнения на р. Урал, где показатели флуктуирующей симметрии 0,5 и 0,61 - это участок реки в районе железнодорожного моста вблизи садового товарищества «Газовик». Точка относительной чистоты на р. Сакмара, где показатели стабильности развития морфологических структур у Alburnus alburnus и Rana ridibunda 0,4 и 0,58 - участок реки в районе поселка Ленина. Точка относительной чистоты на р. Урал с показателями флуктуи-
рующей асимметрии 0,4 и 0,58 - участок реки в районе пешеходного моста на «Набережной» города Оренбурга.
Выводы
Таким образом, проведенная оценка качества водной среды показала, что участки р. Сакмара в районе поселка Ленина и р. Урал в районе пешеходного моста на «Набережной» г. Оренбурга можно признать условно чистыми при сравнении с другими исследуемыми участками рек.
14.06.2017
Список литературы:
1. Lebedev S., Yausheva E., Galaktionova L., Sizova E. Impact of molybdenum nanoparticles on survival, activity of enzymes, and chemical elements in Eisenia fetida test on substrata // Environ Sci Res DOI 10.1007/s11356-016-6916;
2. Kosyan D., Rusakova E., Miroshnikov S., Sizova E. The toxic effect and mechanisms of nanoparticles on freshwater infusoria // International Journal of GEOMATE. - 2016. - Vol. 11. - P. 2170-2176.
3. Yausheva E.,Sizova E., Lebedev S., Skalny A., Miroshnikov S., Plotnikov A., Khlopko Y., et all. Influence of zinc nanoparticles on survival of worms Eisenia fetida and taxonomic diversity of the gut microflora // Environ Sci Pollut Res. - 2016. - Vol. 23. - P. 1324513254.
4. Мухамеджанова Е.Я. Мониторинг среды обитания. - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2015. - С.110.
5. Shulz R., Liess R. Chronic effects of low insecticide concentrations on freshwater caddishly larvae // Hydrobiologia. - 1997. - N»2. -P. 103-113.
6. Филенко О.Ф. Механизм реагирования водных организмов на воздействие токсичных веществ // Антропогенные влияния на водные экосистемы. - М: Изд-во МГУ 2005. - С.70-93.
7. Захаров В.М. Асимметрия морфологических структур животных, как показатель незначительных изменений состояния среды // Проблемы экологического мониторинга и моделирование экосистем. - 1981. - С.115-123.
8. Мелехова О.П. Биологический контроль окружающей среды: биоиндикация и биотестирование. - М., 1997. - С.13.
9. Depledge M.H. Healthy animals, healthy ecosystems Galloway // Front Ecology Environment. - 2015. - N3(5). - Р.251-257.
10. Baharuddin Z.M., Ramli. L., Othman R. The diversity of amphibian species in urban lake as ecological indicator for healthy aquatic environment // Universiti Putra Malaysia. - 2015. - N8. - P. 70-76.
11. Шуйский В.Ф. Биоиндикация качества водной среды, состояния пресноводных экосистем и их антропогенных изменений // Сб. науч. докл. VII Междунар. конф. «Экология и развитие Северо-Запада России». - 2002. - N4. - С.64-69.
12. Relyea R.A. The lethal impact of roundup on aquatic and terrestrial amphibians // Ecological application. - 2005. - N15. - P. 11181124.
13. Sladecek V. System of water quality from the biological point of view // Arch. Hydrobiol. Ergeb. - Limnol. - 1983. - N3. - P.211-218.
14. Семенченко В.П. Принципы и системы биоиндикации текучих вод. - Минск: Изд-во «Орех», 2005. - С.124.
15. Johnson R.K. Freshwater biomonitoring using individual organisms, population, and species assemblages of benthic macroinvertebrates // Freshwater Biomonitoring and Benthic Macroinvertebrates. - N. Y. - 2000. - N1. - P.40-158.
Сведения об авторах:
Сизова Елена Анатольевна, доцент кафедры биологии и почвоведения химико-биологического факультета Оренбургского государственного университета, кандидат биологических наук 460018, г. Оренбург, пр-т Победы, 13, e-mail: Sizova.L78@yandex.ru
Романова Анастасия Павловна, студент кафедры биологии и почвоведения химико-биологического факультета Оренбургского государственного университета 460018, г Оренбург, пр-т Победы, 13, e-mail: rmnv_nastya@mail.ru
Умрихина Виктория Васильевна, студент кафедры биологии и почвоведения химико-биологического факультета Оренбургского государственного университета 460018, г Оренбург, пр-т Победы, 13, e-mail: viktoriya_279@mail.ru
