CC BY
9УДК 504.054: 57.02: 574.3: 581.5: 470.319
Крюков В.И., доктор биологических наук, профессор ФГБОУ ВО «Орловский государственный аграрный университет им. Н.В. Парахина», Россия, г. Орёл тел. 8 (4862) 47 51 71, e-mail: iniic@mail.ru Kryukov V.I., Doctor of Biological Sciences, Professor Orel state agrarian university, Russia, Orel
АНАЛИЗ ЗАГРЯЗНЕНИЯ МУТАГЕНАМИ ПОЧВ ЗАВОДСКОГО РАЙОНА ГОРОДА ОРЛА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ARABIDOPSIS THALIANA
(Testing the soil mutagen pollution of Orel's Plant district using Arabidopsis thaliana)
Резюме. Проанализирована мутагенность десяти почвенных проб, собранных в различных местах Заводского района г. Орла. Почву отбирали из верхнего 10-сантиметрового слоя. На почве, после необходимой подготовки, выращивали тестерные растения Arabidopsis thaliana. У них проанализированы частоты формирования в стручках стерильных семяпочек, эмбриональных доминантных летальных (sicca, brevis, vana, diffusa, murca, parva, fusca) и рецессивных хлорофильных летальных (albina, chlorina, xantha) мутаций. Индивидуальные частоты мутаций каждого класса доминантных летальных и рецессивных мутаций у растений, выращенных на исследуемых почвенных образцах, не имели статистически достоверных отличий от контрольных величин. В то же время сравнение суммарных частот летальных мутаций с суммарными частотами контрольных растений показали следующие результаты: 1) частота хлорофильных мутаций не отличалась от контрольного значения во всех 10 вариантах; 2) суммарные частоты доминантных леталей у растений, выращенных на двух почвенных образцах, оказались статистически достоверно выше (P<0,05) контрольных значений. Частоты стерильных яйцеклеток оказались выше контрольных величин у растений, выращенных на 3 почвенных образцах. Суммарные частоты всех аномалий (стерильные яйцеклетки + доминантные летали + рецессивные летали) в 7 опытных вариантах статистически достоверно (P<0,01 и P<0,001) отличались от контрольных частот. Сделан вывод о наличии в Заводском районе г. Орла участков почвы, содержащих токсичные и мутагенные для растений химические вещества.
Ключевые слова: экологический мониторинг, генетический мониторинг, мутагенез, эмбриональные летальные мутации, арабидопсис.
Введение. Интенсивное развитие мировой промышленности и постоянно растущие темпы урбанизации в экономически развитых странах привели к возникновению экологических проблем, число и сложность которых заставляют экспертов говорить о мировом экологическом кризисе [1, 2]. По прогнозам ООН к 2030 году численность населения Земли составит 8,3 млрд. Из них 60% или около 5 млрд. будут жить в городах. К 2050 году доля городского населения составит 70% от всего населения Земли. Рост численности городского населения и связанный с ним рост урбанизированных территорий порождают
Resume. The mutagenicity of ten soil samples, collected in a different places of the Orel's Plant district was analyzed. The soil was sampled from the top 10 cm layer. The test plants of Arabidopsis thaliana were grown on the soil samples. The frequencies of formation in the pods of sterile ovules, embryonic dominant lethal (sicca, brev-is, vana, diffusa, murca, parva, fusca) and recessive chlorophyll lethal (albina, chlorina, xantha) mutations were analyzed in the grown plants. Individual frequencies of mutations of each class of dominant lethal and recessive lethal mutations in the plants, grown on the studied soil samples, did not have statistically significant differences from the control values. At the same time, a comparison of the total frequencies of lethal mutations with the total frequencies of control plants showed the following results: 1) the frequencies of chlorophyll recessive lethal mutations did not differ from the control value in all 10 variants; 2) the total frequencies of dominant lethals in plants, grown on two soil samples, were statistically significantly higher (P<0.05) than the control values. The frequencies of sterile ovules were higher than the control values in plants, grown on 3 soil samples. The total frequencies of all anomalies (i.e., sterile ovules + dominant lethals + chlorophyll recessive lethals) in 7 experimental variants statistically significantly (P<0.01 and P<0.001) differed from the control frequencies. It is concluded that there are soil plots in the Orel's Plant district containing chemical substances that are toxic and mutagenic for plants.
Key words: environmental monitoring, genetic monitoring, mutagenesis, embryonic lethal mutations, arabidop-sis.
сложные проблемы, связанные с охраной дикой природы, городской окружающей среды и здоровья населения. По данным ВОЗ, в 2015 г. в мире 12,6 млн. человек скончались в результате загрязнения окружающей среды. Более 5,5 млн. человек ежегодно умирают только по причине плохого качества воздуха.
Негативные последствия глобального экологического кризиса затрагивают и Россию. Всю вторую половину прошлого столетия советские промышленные предприятия, в конце столетия унаследованные Россией, строились и работали без необходимых очистных сооружений. Их отходы оказывались в
окружающей среде, приводя к крупным катастрофам (например, Кыштымская авария на химическом комбинате «Маяк» в 1957 г.) и множеству менее масштабных (но не менее вредоносных) техногенных аварий. Такие аварии происходят и в настоящее время (только за последний год - утечка 21 тыс. тонн дизельного топлива после разгерметизации резервуара на ТЭЦ-3 вблизи Норильска 29 мая 2020 г.; загрязнение нефтью Бутаковского залива Химкинского водохранилища в июне 2020 г.; загрязнение акватории Авачинского залива на Камчатке в сентябре-октябре 2020) [3, 4]. Интенсивная химизация сельского хозяйства, начавшаяся с конца 60-х годов, привела к сильному загрязнению среды стойкими пестицидами, вредоносное действие которых позже было обнаружено у организмов, обитающих на огромных расстояниях от мест использования этих ядохимикатов. Печальный итог загрязнения среды РФ - 3,92 млн. человек на учёте в онкодиспансерах, 640,4 тыс. новых случаев онкологических заболеваний в 2019 году, высокая смертность населения [5, 6].
Комплекс серьёзных экологических проблем формируется и на территории Орловской области. Интенсивный рост числа малых частных предприятий усложнил экологический контроль источников производственных отходов. Реорганизация Комитета охраны природы привела к ослаблению экологического контроля выбросов и стоков промпредприятий по всей стране и, в том числе, - в Орловской области. Ввод в эксплуатацию новых промышленных предприятий, часто имеющих зарубежных инвесторов и руководство, дополнительно усложняет экологические и медицинские проблемы Орловской области. В итоге - Орловская область занимает одно из лидирующих мест по России в печальной статистике частоты онкологических заболеваний - 547 чел на 100 тыс. населения [7, 8], имеет высокую детскую смертность и существенную убыль численности населения [9].
Одной из многочисленных мер, направленных на нормализацию здоровья населения и состояния окружающей среды является экологический мониторинг, в рамках которого выделяют физический, химический и биологический мониторинг.
Физический и химический мониторинги окружающей среды, оперируя инструментальными методами, позволяют с высокой точностью выполнять большое количество анализов за относительно короткие промежутки времени. Однако характеристика загрязнения природной среды по ограниченному числу анализируемых факторов (веществ) без учёта их взаимодействия при влиянии на живые организмы налагает определённые ограничения для их использования в биологических целях. Проблему множественного влияния антропогенных факторов на живые организмы, с учётом возможных синергических воздействий, решает биологический мониторинг. Биомониторинг имеет сложную структуру, и одной из его составных частей является мониторинг генетический. В рамках этого научно-прикладного направления исследований выполнена данная работа, целью которой был анализ загрязнения мутагенными веществами почв четырёх районов г. Орла с использованием те-стерного растения ЛтаЫйор818 ЛаНапа, широко используемого в генетических исследованиях. Результаты анализа почв Советского, Северного и Железнодорожного районов г. Орла были опубликованы ранее [10]. В задачи заключительного этапа работы входило исследование мутагенности почв Заводского района. Результаты этого исследования представлены ниже.
Материалы и методы исследований
Материалом для исследования служили 10 почвенных проб, собранных в различных точках Заводского района. Координаты и краткое описание точек сбора почвенных проб приведены в табл.
№ проб Координаты Городской адрес и примечания
1 N 52°95'73.21'', Е 36°03'34.78'' Ул. 2-я Пушкарная, пустырь перед домами №№ 111-115
2 N 52°95'32.92'', Е 36°04'65.39'' Ул. Комсомольская, дом 41, Университетская площадь, газон перед корпусом ОГУ
3 N 52°95'32.92'', Е 36°04'65.39'' Перекрёсток ул. Васильевской и ул. Колхозной, газон
4 N 52°93'92.42'', Е 36°05'16.08'' Маслозаводской переулок, зелёная зона перед домом № 13
5 N 52°93'90.11'', Е 36°06'69.20'' Берег реки Оки в районе смыкания ул. Поселковой и ул.Городской
6 N 52°93'06.56'', Е 36°04'09.51'' Защитная лесополоса вдоль железной дороги в районе её пересечения с переулком Дарвина
7 N 52°92'71.80'', Е 36°07'74.88'' Микрорайон Лужки, ул. Поселковая, д. 19, зелёная защитная зона перед домом
8 N 52°92'30.14'', Е 36°07'12.30'' Перед защитной лесополосой вдоль автодороги Крым (Т-105) (ул. Итальянская) в районе крытого надземного пешеходного перехода.
9 N 52°92'46.09'', Е 36°02'35.59'' Защитная лесополоса между железнодорожными путями и ул. Автогрейдерной в районе её пересечения с ул. Комсомольской
10 N 52°91'69.96'', Е 36°00'54.83'' Защитная лесополоса вдоль железной дороги в районе её пересечения с Кромским шоссе
Таблица 1 - Координаты и краткая характеристика мест отбора почвенных проб в Заводском районе г. Орла.
Расположение этих точек на карте района показано на рис 1. Пробы отбирали из верхнего десятисантиметрового слоя почвы. Методы отбора и подготовки почвенных проб для анализа, а также методы анализа их мутагенности с использованием тестерного растения - резуховидки Таля - ЛтаЫйор818 МаНапа (Ь) Heynh расы Еп№еут-1, описаны ранее [11]. Контролем служили результаты анализа условно чистого образца целинной почвы, собранного на территории дачного массива, на западной окраине г. Орла из слоя, расположенного на глубине от 10 до 20 см от поверхности.
Преимущество лабораторного тестирования почвенных образцов по сравнению с тестированием почвы в природных условиях состоит в том, что все растения выращивались в одинаковых условиях освещения, температуры, влажности почвы и атмосферы, а варианты отличались только по химическому составу загрязнений в тестируемых почвенных образцах.
Достоверность различий частот выявленных аномалий у растений, выращенных на почве опытных образцов, от контрольных величин определяли с помощью U-критерия после ф-преобразования частот аномалий [12, с. 166-169]. Все расчёты выполнены в программе MS Excel.
Пл. 134 КМ (по 705Й 1 Е
Рис. 1. Схема Заводского района г. Орла с указанием мест отбора почвенных проб
Результаты исследований и их обсуждение
Мутагенная опасность почв индустриальных районов городов, их селитебных зон, а также почв сельскохозяйственных угодий, испытывающих различные уровни антропогенной нагрузки, обобщены в ряде обзоров [13-15].
Мутагенные вещества, попадающие в почву и образующиеся в ней, могут оказывать влияние на жизнеспособность растений, животных, а также на здоровье людей. Мутагенное воздействие может происходить при вдыхании пыли, содержащей вредные
вещества, при поедании растений, накопивших мутагены, полученные из почвы, а также при вымывании мутагенных соединений из почвы в грунтовые и поверхностные воды, используемые как источники питьевой воды.
У растений, выращенных на каждом из 10 почвенных образцов, проанализировано от 4194 до 4615 яйцеклеток и эмбрионов. Количества обнаруженных в стручках стерильных яйцеклеток, нормальных и му-тантных эмбрионов указаны в табл. 2. Эти величины были использованы для вычисления частот аномалий для их последующего сравнения.
Таблица 2. - Количество стерильных яйцеклеток, нормальных и мутантных эмбрионов в стручках растений _ЛгаЫйор818 ЖаНапа, выращенных на почве из различных точек Заводского района города Орла_
№№ проб Всего исследовано Количество яйцеклеток и эмбрионов различных типов Суммарное число
нормальные стерильные зюса Ьгеу1з уапа Шйша шигеа рагуа ¡шеа а1Ыпа сЫоппа хапйа ДЛМ1 ЛХМ2 всех аномалий
Конт. 4803 3954 612 60 54 24 22 16 17 17 17 4 6 210 27 849
1 4615 3762 620 56 57 32 19 12 15 14 19 5 4 205 28 853
2 4532 3680 636 49 52 21 20 18 16 14 12 9 5 190 26 852
3 4196 3403 583 51 48 20 22 19 15 12 10 7 6 187 23 793
4 4328 3376 643 69 63 33 31 28 32 24 12 12 5 280 29 952
5 4194 3350 621 50 46 36 17 19 21 12 9 11 2 201 22 844
6 4329 3440 633 63 59 29 15 27 23 11 14 4 11 227 29 889
7 4383 3451 653 75 39 37 25 16 24 32 14 9 8 248 31 932
8 4354 3403 638 68 71 41 36 22 20 26 16 7 6 284 29 951
9 4209 3351 618 46 49 53 21 19 12 14 5 9 12 214 26 858
10 4236 3382 605 47 57 42 29 12 25 22 6 6 3 234 15 854
Сумма3 43376 34598 6250 574 541 344 235 192 203 181 117 79 62 2270 258 8778
1 - ДЛМ - доминантные летальные мутации.
2 - ЛХМ - рецессивные летальные хлорофильные мутации.
3 - Суммы указаны только для 10 анализируемых образцов, без контрольных величин.
Таблица 3. - Частоты (в %) аномальных яйцеклеток и эмбрионов у ЛтаЫйор818 ЛаНапа, выращенного на почве
из различных точек Заводского района города Орла
№№ пробы Всего исследовано Частоты (±стандартная ошибка) яйцеклеток и эмбрионов различных типов, % Суммарное частоты (%)
нормальные стерильные зюса уапа Шйша шигеа рагуа ¡шеа а1Ыпа сЫоппа хапйа ДЛМ ЛХМ всех аномалий
1 2 4 5 6 7 9 10 11 12 13 14 15 16 17
Конт. 4803 82,32 ±0,55 12,74 ±0,48 1,25 ±0,16 1,12 ±0,15 0,50 ±0,10 0,46 ±0,10 0,33 ±0,08 0,35 ±0,09 0,35 ±0,09 0,35 ±0,09 0,08 ±0,04 0,12 ±0,05 4,37 ±0,30 0,56 ±0,11 17,68 ±0,55
1 4615 81,52 ±0,57 13,43 ±0,50 1,21 ±0,16 1,24 ±0,16 0,69 ±0,12 0,41 ±0,09 0,26 ±0,07 0,33 ±0,08 0,30 ±0,08 0,41 ±0,09 0,11 ±0,05 0,09 ±0,04 4,44 ±0,30 0,61 ±0,11 18,48 ±0,57
2 4532 81,20 ±0,58 14,03 ±0,52 1,08 ±0,15 1,15 ±0,16 0,46 ±0,10 0,44 ±0,10 0,40 ±0,09 0,35 ±0,09 0,31 ±0,08 0,26 ±0,08 0,20 ±0,07 0,11 ±0,05 4,19 ±0,30 0,57 ±0,11 18,80 ±0,058
3 4196 81,10* ±0,60 13,89 ±0,53 1,22 ±0,17 1,14 ±0,16 0,48 ±0,11 0,52 ±0,11 0,45 ±0,10 0,36 ±0,09 0,29 ±0,08 0,24 ±0,08 0,17 ±0,06 0,14 ±0,06 4,46 ±0,32 0,55 ±0,11 18,90 ±0,60
4 4328 78,00*** ±0,63 14,86* ±0,54 1,59 ±0,19 1,46 ±0,18 0,76 ±0,13 0,72 ±0,13 0,65 ±0,12 0,74 ±0,13 0,55 ±0,11 0,28 ±0,08 0,28 ±0,08 0,12 ±0,05 6,47* ±0,37 0,67 ±0,12 22,00*** ±0,63
5 4194 79,88*** ±0,62 14,81* ±0,55 1,19 ±0,17 1,10 ±0,16 0,86 ±0,14 0,41 ±0,10 0,45 ±0,10 0,50 ±0,11 0,29 ±0,08 0,21 ±0,07 0,26 ±0,08 0,05 ±0,03 4,79 ±0,33 0,52 ±0,11 20,12* ±0,62
6 4329 79 46*** ±0,61 14,62 ±0,54 1,46 ±0,18 1,36 ±0,18 0,67 ±0,12 0,35 ±0,09 0,62 ±0,12 0,53 ±0,11 0,25 ±0,08 0,32 ±0,09 0,09 ±0,05 0,25 ±0,08 5,24 ±0,34 0,67 ±0,12 20,54** ±0,61
7 4383 78 74*** ±0,62 14,90* ±0,54 1,71 ±0,20 0,89 ±0,14 0,84 ±0,14 0,57 ±0,11 0,37 ±0,09 0,55 ±0,11 0,73 ±0,13 0,32 ±0,09 0,21 ±0,07 0,18 ±0,06 5,66 ±0,35 0,71 ±0,13 21,26*** ±0,62
8 4354 78,16*** ±0,63 14,65 ±0,54 1,56 ±0,19 1,63 ±0,19 0,94 ±0,15 0,83 ±0,14 0,51 ±0,11 0,46 ±0,10 0,60 ±0,12 0,37 ±0,09 0,16 ±0,06 0,14 ±0,06 6,52* ±0,37 0,67 ±0,12 21,84*** ±0,63
9 4209 79,62*** ±0,62 14,68 ±0,55 1,09 ±0,16 1,16 ±0,17 1,26 ±0,17 0,50 ±0,11 0,45 ±0,10 0,29 ±0,08 0,33 ±0,09 0,12 ±0,05 0,21 ±0,07 0,29 ±0,08 5,08 ±0,34 0,62 ±0,12 20,38** ±0,62
10 4236 79 84*** ±0,62 14,28 ±0,54 1,11 ±0,16 1,35 ±0,18 0,99 ±0,15 0,68 ±0,13 0,28 ±0,08 0,59 ±0,12 0,52 ±0,11 0,14 ±0,06 0,14 ±0,06 0,07 ±0,04 5,52 ±0,35 0,35 ±0,09 20,16* ±0,62
Средняя по району - 79 76*** ±0,19 14,41* ±0,17 1,32 ±0,05 1,25 ±0,05 0,79 ±0,04 0,54 ±0,04 0,44 ±0,03 0,47 ±0,03 0,42 ±0,03 0,27 ±0,02 0,18 ±0,02 0,14 ±0,02 5,23 ±0,11 0,59 ±0,04 20,24*** ±0,19
Примечание:
ДЛМ - доминантные летальные мутации. ЛХМ - рецессивные хлорофильные летальные мутации. * - Отличия от контрольных частот статистически достоверны при Р<05. ** - Отличия от контрольных частот статистически достоверны при Р<01. *** - Отличия от контрольных частот статистически достоверны при Р<001.
С середины 80-х годов ХХ века для индикации загрязнения окружающей среды и оценки его воздействия на биоту используют биологические тест-системы. Реакция живых организмов даёт возможность оценить воздействие антропогенных факторов на среду обитания этих организмов в показателях, имеющих биологический смысл. Значительная доля из этих оценок может быть экстраполирована на человека.
Дифференциация различных слоёв российского населения по уровню доходов является одной из самых значительных. По этой причине чрезвычайно важным является новое направление исследований
Европейского бюро ВОЗ - оценка воздействия социального неравенства и загрязнения окружающей среды на здоровье населения России. Известно, что для населения территорий с низким уровнем валового регионального продукта характерна низкая ожидаемая продолжительность жизни. Эта негативная экономическая особенность жизни населения усугубляется в регионах с неблагоприятной для здоровья экологической обстановкой. В России высокий уровень загрязнения окружающей среды характерен более чем для 100 городов, в которых воздействие социальных факторов сочетается с загрязнением окружающей среды и местных продуктов питания. Многообразие
вредных экологических факторов и сложность социальных причин могут затруднять анализ их влияния на человека [16]. В связи с этим информативным методом оценки воздействия вредных факторов окружающей среды и продуктов питания на здоровье населения может быть биомониторинг.
Частоты рецессивных хлорофильных летальных мутаций (табл. 3 столбцы 12-14) отдельно в каждом из трёх классов (albina, chlorina, xantha) варьировали от 0,05±0,03 до 0,41±0,09% и статистически достоверно не отличались от соответствующих контрольных величин. По этой причине данные по всем трём фенотипическим классам РЛМ для каждого анализируемого почвенного образца были суммированы (столбец 16). Сравнение суммарных частот ЛХМ по всем трём классам мутаций также показало отсутствие статистически достоверных отличий этих величин от аналогичной величины контрольного варианта.
Частоты доминантных эмбриональных лета-лей в разных классах мутаций (sicca, brevis, vana, diffusa, murca, parva, fusca) экспериментальных растений варьировали в довольно широких пределах - от 0,25±0,08% до 1,71 ±0,20% (столбцы 5-11 в табл. 3). При сравнении частот мутаций в каждом мутантном классе с аналогичной величиной в контрольной выборке показало отсутствие статистически достоверных различий между ними. Таким образом, индивидуальные частоты мутаций каждого отдельно рассматриваемого класса не имели во всех проанализированных вариантах статистически достоверных отличий от соответствующих контрольных значений. Вместе с тем, если сравнивать суммарные частоты ДЛМ (табл. 3, столбец 15), то в двух выборках (№ 4 и 8) обнаруживается статистически достоверное увеличение частот по сравнению с контролем. Эти два факта, по-видимому, можно рассматривать как свидетельство того, что на отдельных участках Заводского района почва содержит мутагенные вещества. Планируемые дополнительные исследования этих участков позволят более аргументированно судить о наличии в их почвах мутагенных загрязнений.
Средняя частота ДЛМ для всех 10 проанализированных почвенных проб (5,23 ±0,11) может дать обобщённую характеристику мутагенности почв обследованного района. Эта величина статистически достоверных отличий от контрольного значения не имеет.
Частоты стерильных яйцеклеток во всех десяти опытных вариантах были выше контрольной величины. У растений, выращенных в 7 почвенных пробах (№№ 1-3, 6, 8-10), частоты стерильных яйцеклеток не имели статистически достоверных различий от контроля. В то же время у растений, выращенных на почве трёх проб (№№ 4, 5 и 7), доли стерильных яйцеклеток в стручках были статистически достоверно выше контрольной величины. На основании этих данных можно предположить, что некоторые участки городских почв в Заводском районе содержат фитотоксич-ные вещества, снижающие семенную продуктивность растений. Исследования, проведённые в других городах и с использованием иных методов биоиндикации дали аналогичные результаты, Например, методом биотестирования с использованием бактериальной
люминесценции определены экологическое состояние и индексы токсичности почвенных образцов, собранных в 8 административных округах Москвы. Многие почвенные образцы оказались токсичными. [17]. Тестирование почв Ярославля с использованием двух растительных тест-объектов - одноклеточной зелёной водоросли Chlorella vulgaris (Beijer.) и лука Allium cepa (L.) показало существенную мутагенность многих образцов [18]. Микроядерный тест у традесканции и анализ хромосомных аберраций в клетках Vicia показал мутагенность почвы в Братиславе (Словацкая Республика) [19].
Как и в предыдущих публикациях результатов анализа почвы в трёх других районах г. Орла, следует подчеркнуть, что почвенные пробы для этого предварительного исследования отбирали в тех местах, которые могли иметь сильное загрязнение. В связи с этим доля токсичных и мутагенных для растений почвенных проб в данном исследовании может быть выше, чем она могла бы быть при равномерном распределении точек отбора почвы по всей обследованной территории. Тем не менее, на основании полученных данных можно заключить, что почва верхнего 10-сантиметрового слоя на некоторых участках Заводского района обладает и токсичностью, и мутагенностью для растений. Депонирование таких веществ в почве и их миграция в растения, выращиваемые на приусадебных участках индивидуальных домов, может представлять опасность для здоровья населения. Использование бактериальных тест-систем показало высокий уровень загрязнения мутагенами почвы и больших городов [20] и небольших сельских поселений [21].
Дополнительной характеристикой химического загрязнения анализируемых образцов может служить суммарная частота всех аномалий в стручках растений (т.е. сумма эмбрионов семи классов ДЛМ, эмбрионов трёх классов ЛХМ и стерильных яйцеклеток; табл. 3, колонка 17). Лишь в трёх почвенных пробах у выращенных растений суммарные частоты всех аномалий не имели статистически достоверных отличий от аналогичной величины в контроле. В остальных семи проанализированных почвенных образцах суммарные количества аномалий были статистически достоверно выше аналогичной контрольной величины. Этот факт можно рассматривать как доказательство существования в почве г. Орла химических загрязнений, снижающих жизнеспособность растений и, возможно, представляющих опасность для здоровья людей.
В результате выбросов и стоков промышленных предприятий различных отраслей, использования сельскохозяйственных ядохимикатов и удобрений, складирования коммунальных отходов, сжигания нефтепродуктов и каменного угля в природную среду выбрасываются огромное количество различных химических веществ. В окружающей среде они взаимодействуют друг с другом образуя новые соединения. Токсические, мутагенные и канцерогенные свойства этого антропогенного коктейля неизвестны, но многочисленные исследования экотоксикологов и генетиков свидетельствуют о серьёзном воздействии этих смесей на физиологию и наследственность живых
организмов. Основными группами мутагенных веществ в окружающей среде являются тяжёлые металлы [22], пестициды [23, 24] полициклические ароматические углеводороды, диоксины.
Соли тяжёлых металлов имеют высокий мутагенный потенциал. К началу XXI столетия основным загрязнителем из тяжёлых металлов был свинец. После принятия в 2003 г. федерального закона «О запрете производства и оборота этилированного бензина в Российской Федерации» токсические и мутагенные нагрузки свинца, выбрасываемого в окружающую среду при сгорании этиолированного бензина, существенно уменьшились. Вместе с тем специалисты регистрируют в придорожных полосах остаточные количества свинца, а также наличие других тяжёлых металлов [25].
Другой вредоносной для растений группой веществ, загрязняющих почву, является нефть и нефтепродукты - углеводородное топливо и смазочные материалы [26, 27], используемые в автотранспорте, а также каменный уголь, используемый многими предприятиями для получения тепла и электроэнергии.
Полициклические ароматические углеводороды - высокомолекулярные органические соединения, состоящие из двух и более бензольных колец. Образуются ПАУ в результате сжигания нефтепродуктов и продуктов органического синтеза. Повышенный уровень содержания ПАУ в городских почвах отмечен многими исследователями [28, 29].
Для большинства городов России существует серьёзная опасность загрязнения окружающей среды диоксинами, источниками которых могут быть многие промышленные производства, и продукты сгорания топлива и бытовых отходов на свалках, а также -интенсивно хлорируемая водопроводная вода [3]. Из-за высокой токсичности и канцерогенности эти соединения могут представлять опасность в очень низких концентрациях, а сложность анализа и дороговизна необходимого оборудования в большинстве случаев не позволяет контролировать содержание этих веществ в окружающей среде в реальном времени. Потенциальные загрязнители диоксинами существуют и в Орле. На южной его окраине, как раз на территории Заводского района расположена городская свалка. Созданная в середине 70-х годов прошлого столетия без необходимой инженерно-строительной документации и, соответственно, без инженерных защитных сооружений эта свалка в то время находилась за чертой города. За прошедшие полстолетия город разросся, и его границы подступили непосредственно к границам свалки. ТБО этой свалки в разных местах периодически воспламеняются, и горение мусора в ней с разной интенсивностью продолжается практически постоянно. Свалка была размещена на превалирующих высотах (на возвышенности) и южные ветры постоянно сносили продукты горения ТБО в расположенный ниже город. В настоящее время рядом со свалкой построен мусоросжигательный завод и дополнительные территории отведены под полигон для захоронения продуктов переработки ТБО.
Другим источником диоксиннов может быть запущенный в июне 2019 года завод ПВХ покрытий. Владельцем завода является компания АйВиСи Рус,
входящая в структуру американской IVC Group. При производстве, использовании, переработке и уничтожении ПВХ выделяется самое большое количество диоксинов, больше, чем при любых других производствах [3, с. 70-71]. Поэтому влияние выбросов завода ПВХ покрытий на окружающую среду и здоровье населения Орла предстоит исследовать.
Доля нормально развивающихся эмбрионов в стручках растений, выращенных на почве контрольного образца (столбец 3), составила 82,32±0,55%. У растений, выращенных на обследуемых пробах городской почвы, доля нормальных эмбрионов была меньше и варьировала от 81,52±0,57 до 78,00±0,63%. Лишь в двух почвенных пробах (№№ 1 и 2) выращенные растения имели частоты нормальных эмбрионов, статистически достоверно не отличающиеся от контрольной величины. Восемь почвенных образцов (№№ 3-10) статистически достоверно снижали долю нормально развитых эмбрионов по сравнению с контролем. Средняя для всех 10 выборок частота нормально развивающихся эмбрионов оказалась равной 79,76±0,19% и также была статистически достоверно меньше аналогичной величины в контроле.
Таким образом, обнаруженные у нескольких почвенных образцов, собранных на территории Заводского района г. Орла, мутагенные и фитотоксич-ные свойства могут служить основанием для планирования дальнейших исследований загрязнения окружающей среды г. Орла потенциально опасными веществами.
Действующее в России природоохранное законодательство антропоцентрично и предусматривает санитарно-гигиеническое нормирование, цель которого заключается в минимизации негативного воздействия загрязнения на здоровье человека. Поэтому практически не учитывается ущерб, который химическое загрязнение среды наносит организмам других видов. Такая система нормирования не может обеспечить сохранность биоразнообразия экосистем. Установлено, что в присутствии тяжёлых металлов в чернозёме в пределах их ПДК состояние почвенно-биотического комплекса ухудшается и нарушаются его экологические функции, хотя согласно концепции ПДК, этого быть не должно [30]. По этой причине нормирование вредных веществ в природной среде следует нормировать по состоянию самых чувствительных организмов экосистемы. Только при таком подходе удастся избежать уменьшения биоразнообразия в биоценозах.
В программе мероприятий по экологическому мониторингу городской среды использование араби-допсиса в качестве тест-системы для определения общей токсичности и мутагенности почв может быть полезно для обнаружения их локальных загрязнений и важным этапом в планировании мероприятий по де-токсикации и благоустройству селитебных территорий.
Выводы
1. Ни один из 10 проанализированных образцов почвы, собранных на территории Заводского района, не вызывал статистически достоверного увеличения частот рецессивных хлорофильных летальных мута-
ций у тестерного растения Лrabidopsis thaliana (Ь.) НеупИ. по сравнению с контролем.
2. Два почвенных образца индуцировали статистически достоверное увеличение частоты доминантных летальных мутаций у тестерных растений.
3. У растений, выращенных на 3 почвенных образцах, частота образования стерильных семяпочек оказалась статистически достоверно выше контрольной величины.
4. Суммарные частоты всех аномальных семяпочек (т.е. суммы частот стерильных семяпочек и эм-
брионов с доминантными и рецессивными леталями) были статистически достоверно выше контрольных значений у растений, выращенных на 7 почвенных образцах из проанализированных десяти.
5. Полученные результаты свидетельствуют о наличии в Заводском районе г. Орла участков почвы с локальным загрязнением мутагенными и фитотоксич-ными веществами и могут рассматриваться как основание для дальнейших исследований техногенного загрязнения окружающей среды г. Орла.
Литература
1. Программа ООН по окружающей среде. «Гло-
бальная экологическая перспектива (ГЭП-6): здоровая планета - здоровые люди». - Найроби. 2019. - 39 с.
2. Proceedings of the Global Symposium on Soil Pollu-
tion. «Be the solution to the soil pollution», 2-4 May 2018. FAO - Rome, Italy. 2018. - 977 p.
3. Киселев А.В., Худолей В.В. Отравленные города. -
М.: Изд-во «Greenpeace». 1997. - 84 с.
4. Петрова А. Техногенные катастрофы в России:
последствия для окружающей среды и компаний. [Электронный ресурс] / Сайт «Хайтек+». - // URL: https://hightech.plus/2020/07/22/tehno gennie -katastrofi-v-rossii-posledstviya-dlya-okruzhayushei-sredi-i-kompanii (дата публикации 22.06.2020, дата обращения 05.11.2020)
5. Доклад «Об экологическом развитии Российской
Федерации в интересах будущих поколений» Государственный Совет РФ, Москва, Кремль. -М., 2016. - 387 с.
6. Печальная статистика: где в России больше все-
го онкобольных [Электронный ресурс] / Газета.ги. URL:
https://www. gazeta.ru/social/2020/07/03/13139401.s html . (дата публикации 03.07.2020, дата обращения 05.11.2020)
7. Бычкова С. Орловская область в лидерах по рас-
пространённости онкологических заболеваний. [Электронный ресурс] Сайт газеты Oreltimes URL:
https://oreltimes.ru/programs/analitics/orlovskaja-oblast-v-liderah-po-rasprostranjonnosti-onkologicheskih-zabolevanij/ (дата публикации: 18 июня 2019, дата обращения: 05.11.2020).
8. Рыкова А., Лушникова А. Названы регионы России
с самой высокой заболеваемостью раком [Электронный ресурс] // Сайт «RT на русском», URL: https://ru.rt.com/gb18 . (дата публикации 03.07.2020, дата обращения 05.11.2020).
9. Орловская область. 2000, 2010, 2015-2017: стат.
сб./ Территориальный орган Федеральной службы государственной статистики по Орловской области. Орел. 2018. 286 с. ISBN 978-5-95004123-5
10. Крюков В.И. Анализ загрязнения мутагенами почв
Железнодорожного района города Орла с использованием Arabidopsis thaliana // Биология в сельском хозяйстве. 2020. № 3 (28). С. 2-8.
11. Крюков В.И. Анализ загрязнения мутагенами почв
Советского района города Орла с использованием Arabidopsis thaliana // Биология в сельском хозяйстве. 2018. № 4 (21). С. 2-10.
12. Урбах В.Ю. Статистический анализ в биологиче-
ских и медицинских исследованиях. - М.: Медицина, 1975. - 295 с.
13. Watanabe T., Hirayama T. Genotoxicity of Soil // Journal of Health Science, 2001. V. 47. № 5. - P. 433-438.
14. Whitea P.A., Claxtonb L.D. Mutagens in contaminat-
ed soil: a review // Mutation Research. 2004. V.567. P. 227-345. doi:10.1016/j.mrrev.2004.09.003
15. Батцэцэг Ч. Генотоксический потенциал урбо-
техногенных почв Монголии и Татарстана : ав-тореф. дисс. канд. биол. наук. Специальность -03.00.07 - Микробиология. Казань. 2002. 23 с.
16. Ревич Б.А. Экологические приоритеты и здоровье:
социально уязвимые территории и группы населения // Экология человека. 2010. № 7. С. 3-9.
17. Зарубина А.П. и др. Экотоксикологическая оценка
состояния городской среды на примере мегаполиса Москвы / А.П. Зарубина, Т.Ю. Толпышева, Е.В. Сорокина // Социально-экологические технологии. 2018. № 2. С. 34-51.
18. Ковалева М.И. и др. Изучение генотоксического
загрязнения городских территорий с использованием растительных тест-объектов / М.И. Ковалева, Е.А. Балашова, Ю.В. Афонина, А.Л. Фираго. // Вестник АПК Верхневолжья. 2016. № 3 (35). С.75-81.
19. Misik M., Micieta K. Tradescantia micronucleus and
Vicia chromosome anatelophase assays in monitoring of genotoxicity of urban soil // Water, Air, and Soil Pollution 2002. V. 141. P.181-187.
20. Watanabe T. et al. Mutagenicity of surface soils in
urban areas of Aichi Prefecture, Japan, and Bangkok, Thailand / Tetsushi Watanabe, Wannee R. Kusamran, Masaharu Asanoma et al. // Journal of Health Science, 2005. V. 51. № 6. P. 645-657.
21. Андрияшина Т.В. и др. Результаты оценки ток-
сичности и генотоксичности почвы при обследовании загрязнённых территорий Орловской области / Т.В. Андрияшина, Е.А. Саратовских, В.С. Пятенко и др. // Медико-биологические проблемы жизнедеятельности. 2015. № 1(13). С.19-29.
22. Середина В.П. Загрязнение почв. - Томск: Изд-во
Томского государственного университета. 2015. 346 с.
23. Вейнберг Д. Опасные пестициды и СПМРХВ (стратегический подход к международному регулированию химических веществ) / Глобальная информационная кампания по СПМРХВ. 2009. -55 с. [Электронный ресурс] URL: https://ipen.org/sites/default/files/documents/ngo gu ide hazpest saicm-ru.pdf (дата обращения: 05.11. 2020).
24. Илюшина Н.А. Системная оценка генотоксично-
сти пестицидов в Российской Федерации : дис. докт. биол. наук. Специальность - 14.02.01 - Гигиена. Москва. 2020. 291 с.
25. Миронов Г.С. Анализ суммарной цитогенетиче-
ской активности тяжёлых металлов и углеводородов почв в условиях воздействия автотранспорта (на примере придорожных почв территории Самарской области) // Известия Самарского научного центра РАН. 2012. Т. 14, № 1 С. 233236.
26. Аниськина М.В. Мутагенный и токсический эф-
фекты у растений Tradescantia (clon 02) и Ara-bidopsis thaliana (L.) Heynh., индуцированные нефтью и нефтепродуктами : автореф. дисс. к.б.н. -Специальность - 03.00.16 - Экология. -Сыктывкар, 2006. 24 с.
27. Джамбетова П.М. Исследование эколо-го-генетического влияния загрязнения почв нефтепродуктами на природные популяции растений и тест-системы : автореф дисс. канд. биол. наук. Специальности: 03.00.16 - Экология и 03.00.15 - Генетика. -Нальчик 2004. - 20 с.
28. Цибарт А.С., Геннадиев А.Н. Полициклические
ароматические углеводороды в почвах: источники, поведение, индикационное значение (Обзор) // Почвоведение, 2013, № 7, -С. 788-802.
29. Константинова Е.Ю. и др. Полициклические ароматические углеводороды в почвах промышленных и селитебных зон Тюмени / Константинова Е.Ю., Сушкова С.Н., Минкина Т.М. и др. // Известия ТПУ. 2018. №8. URL: https ://cyberleninka. ru/article/n/politsiklicheskie -aromaticheskie-uglevodorody-v-pochvah-promyshlennyh-i-selitebnyh-zon-tyumeni (дата обращения: 5.11.2020).
30. Колесников С.И., Жаркова М.Г. Проблемы, под-
ходы и перспективы нормирования химического загрязнения почв // Современные проблемы загрязнения почв: Сборник материалов II Между-нар. науч.-практ. конф. Т. 1. М.: МГУ. 2007. С. 384-388.
Поступила в редакцию: 16.11.2020
Крюков Владимир Иванович, доктор биологических наук, профессор, старший научный сотрудник ИНИИ ЦКП ФГБОУ ВО «Орловский государственный аграрный университет имени Н.В. Парахина», e-mail: ecogenet@mail.ru, e-mail: iniic@mail.ru, тел. 8 (4862) 47-51-71.
