CC BY
21УДК 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 ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО РАЙОНА ГОРОДА ОРЛА
С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ARABIDOPSIS THALIANA
(Testing the soil mutagen pollution of Orel's Railway district using Arabidopsis thaliana)
Резюме. С использованием Arabidopsis thaliana проанализированы частоты формирования стерильных семяпочек, эмбриональных доминантных летальных (sicca, brevis, vana, diffusa, murca, parva, fusca) и рецессивных хлорофильных летальных (albina, chlorina, xantha) мутаций у растений, выращенных на десяти почвенных образцах, собранных в различных местах Железнодорожного района г. Орла. Статистически достоверных отличий от контрольных значений в частотах возникновения как доминантных, так и рецессивных мутаций не обнаружено, хотя суммарные частоты эмбриональных доминантных мутаций были выше контрольного значения у растений, выращенных на почве 9 проб, а суммарные частоты рецессивных хлорофильных мутаций были выше контрольной величины в 6 пробах. Частота стерильных семяпочек, статистически достоверно превышающая частоту в контрольном образце, обнаружена у растений, выращенных на одной из 10 проанализированных проб. Сравнение суммарных величин всех исследованных аномалий в каждой пробе с контрольной величиной показало статистически достоверное увеличение частоты аномалий у растений, выращенных на 5 почвенных пробах. Сделан вывод о существовании в некоторых местах Железнодорожного района г. Орла повышенного уровня химического загрязнения почвы.
Ключевые слова: экологический мониторинг, генетический мониторинг, мутагенез, эмбриональные летальные мутации, арабидопсис.
Введение. Современный этап развития человечества сопровождается возникновением многих экологических проблем. Интенсификация промышленного и сельскохозяйственного производств, вырубка лесов, химическое загрязнение биосферы ведут к серьёзным изменениям климата планеты. Характерной особенностью современного этапа развития человечества является стремительная урбанизация. Эксперты ООН прогнозируют к 2030 году рост населения городов до 5 миллиардов, что будет составлять около 60% от предполагаемых 8,3 миллиардов населения Земли. В Российской Федерации уже в настоящее время в городах проживает более 73% населения. По данным Росстата, к началу 2020 г. в Орловской области проживало 733,5 тыс. человек. Доля городского населения в ней составляла 66,78%. В Орле проживает 309 тыс. чел. [1].
Экономическое и социальное развитие городов возможно лишь в экологически благополучной окружающей среде. Вместе с тем, в большинстве стран урбанизация быстро растущего населения приводит к
Summary. The genotoxicity of 10 soil samples was studied from various locations in the Railway district of Orel city (Russia). Arabidopsis thaliana was used to assess the genotoxicity of soils. The rates of sterile ovules, embryonic dominant lethal (sicca, brevis, vana, diffusa, murca, parva, fusca) and recessive chlorophyll lethal (albina, chlorina, xantha) mutations were determined in plants grown on soil samples. These data were compared with control plants that were grown on conditionally clean soil. Individual mutation frequencies in each phenotypic class did not have statistically significant differences from the control. The total frequencies of the embryonic dominant lethal mutations were higher than the control value in plants grown on soil in 9 samples. The total frequencies of recessive chlorophyll mutations were higher than the control value in 6 samples. The frequency of sterile ovules, statistically significantly higher than the frequency in the control sample, was found in plants grown in one of 10 analyzed samples. Comparison of the total values of all investigated anomalies in each sample with the control value showed a statistically significant increase in the frequency of anomalies in plants grown on 5 soil samples. These data indicate that some places in the Railway district of Orel city have a high level of the soil chemical pollution.
Key words: environmental monitoring, genetic monitoring, mutagenesis, embryonic lethal mutations, arabidopsis.
усложнению экологических проблем в зонах его концентрации. Обобщённая характеристика загрязнения ОС в РФ дана в [2]. Загрязнение окружающей среды в городах становится существенной причиной ухудшения здоровья населения. Только одно загрязнение воздуха в городах РФ вызывает до 40 тысяч дополнительных смертей. Это - 2-3% от общей смертности городского населения. Некоторые гигиенисты полагают, что загрязнение воздуха в городах увеличивает смертность населения на 17,5% [3, с. 4]. Поэтому обеспечение экологической безопасности является стратегическим национальным приоритетом России. Мероприятия по ограничению выбросов загрязняющих веществ в атмосферу и стоков в водоёмы приводят к постепенному улучшению гигиенических показателей воздушного бассейна и водоисточников в городах. При этом уровни загрязнения городских почв практически не снижаются, что, по мнению специалистов, свидетельствует о недостаточности мер по сохранению городских почв как ресурса продовольст-
Í
2
венной безопасности страны и как компонента природной среды, необходимого для устойчивого развития экосистем [4, с. 104]. Загрязнение городских почв - это процессы поступления и накопления в них избыточных количеств химических веществ, следствием которых становится нарушение нормальной жизнедеятельности микроорганизмов, растительности и животных, изменяются почвенные процессы. Загрязняющие вещества могут поступать в почву в твёрдой, жидкой и газообразной фазах. Принципиально важен тот факт, что загрязнённая почва может служить источником вторичного загрязнения атмосферного воздуха, поверхностных и подземных вод, а также продуктов питания растительного и животного происхождения.
В некоторых урбанизированных регионах содержание вредных веществ в окружающей среде настолько высоко, что в результате их воздушного переноса за пределы промзон происходит рост фоновых концентраций токсичных элементов в почве и растительности агроценозов и даже биосферных заповедников [2, с. 70, 102-106].
Нетоксичные соединения могут вступать в реакцию с образованием токсичных соединений или же, действуя на организм комплексно, оказывать токсический эффект.
Токсичных и мутагенных веществ, загрязняющих почву в городах, очень большое количество, и контролируемые показатели ПДК, ПДУ полутора-двух десятков веществ не способны отражать истинный уровень загрязнения почвы и его мутагенной опасности для биоты и человека.
Государственная программа «Охрана окружающей среды на 2012-2020 годы» планировала сократить к 2020 г. число городов с высоким уровнем загрязнения окружающей среды за счёт сокращения выбросов вредных веществ из стационарных источников. Однако при уменьшении объёмов их выбросов концентрации загрязняющих веществ в городской среде изменились незначительно, а в некоторых городах даже увеличились из-за интенсивного роста числа автомобилей [4].
Улучшение гигиенического состояния городской среды возможно при организации её комплексного экологического мониторинга. Определённые звенья этой комплексной системы существуют и реализуются в рамках учреждений Минздрава, Гидрометцентра и Минприроды России. Однако мониторинг городской окружающей среды эти организации осуществляют лишь частично. Целесообразно расширить число параметров экологического мониторинга за счёт увеличения числа параметров, контролируемых методами биомониторинга. Возможным путём интенсификации биомониторинга в Орловской области могла бы быть реализация комплексной программы биоиндикации состояния среды, осуществляемой вузами. Одним из направлений экологического мониторинга состояния окружающей среды в городах мог стать биомониторинг, составной частью которого является генетический мониторинг. Генетические анализы позволяют оценивать мутагенность факторов среды для тестер-ных организмов в местах их обитания, или же определять мутагенность определённых природных образцов,
доставленных в лабораторию при использовании специальных тестерных линий организмов.
Наши исследования ставят целью изучить загрязнение мутагенами природной среды г. Орла. Одной из задач исследований является анализ мутагенного загрязнения почв города путём анализа частот эмбриональных и хлорофильных мутаций у резухо-видки Таля. В данной публикации приведены результаты генетического анализа мутагенности образцов почвы, собранных на территории Железнодорожного района г. Орла.
Материалы и методы исследований
Материалом для исследования служили 10 образцов почвы, собранных в различных местах Железнодорожного района г. Орла. Координаты, определённые по Google Maps, городские адреса и краткая характеристика мест отбора проб приведены в таблице 1 и на схеме (см. рисунок 1).
Таблица 1 - Координаты и краткая характеристика мест отбора проб в Железнодорожном районе __г. Орла_
№ проб Координаты Городской адрес и примечания
1. N 52° 59' 6.3'' E 36° 6' 2'' ул. Энергетиков, д. 2; около ТЭЦ
2. N 52° 58' 46.3'' E 36° 6' 19.6'' ул. Московская, д. 114а; газон перед фасадом
3. N 52° 58' 22.1'' E 36° 5' 41.8'' газон на пересечении ул. Грузовой и ул. Медведева, д. 2
4. N 52° 58' 3.7'' E 36° 6' 35.9'' ул. Пушкина, д. 183; газон перед конечной остановкой трамвая
5. N 52° 56' 49.3'' E 36° 5' 52.4'' ул. Молдавская, д. 6б; газон перед фасадом
6. N 52° 56' 57.3'' E 36° 6' 53.6'' Перекрёсток ул. Ливен-ской и Ростовской, газон у АЗС № 4
7. N 52° 57' 27.8'' E 36° 5' 44.6'' ул. 1-я Курская, д. 90а (у стен Свято-Введенского монастыря)
8. N 52° 57' 52.3'' E 36° 5' 4.1'' пер. Речной, д. 48 (газон на пересечении с ул. 3 -я Курская)
9. N 52° 58' 21.9'' E 36° 5' 3.4'' ул. Герцена, д. 2а (сквер у поликлиники № 3)
10. N 52° 58' 22.4'' E 36° 4' 25.7'' ул. Набережная Дубро-вицкого, д.60, газон перед фасадом дома.
Методы отбора проб, подготовки почвенных образцов для выращивания тестерных растений и методы учёта мутаций описаны ранее [5].
О мутагенности почвенных образцов судили по частоте возникновения у эмбрионов Mi мутаций -доминантных летальных (sicca, brevis, vana, diffusa, murca, parva, fusca) и рецессивных хлорофильных (albina, clilorina, xantha) [6]. Выявленные частоты аномалий у растений, выращенных на исследуемых образ-
цах почвы, сравнивали с частотами мутации у растений, выращенных на почве контрольного образца, характеристика которого дана в предыдущем сообщении [5, с. 3]. Достоверность различий частот мутаций у растений, выращенных на почве различных образ-
цов, определяли после ф-преобразования частот аномалий для сравнения малых (р<0,2) и больших (р>0,8) долей [7, с. 166-169]. Все расчёты были выполнены с использованием программы MS Excel.
Рисунок 1 - Схема Железнодорожного района г. Орла с указанием мест отбора почвенных проб
Результаты исследований и их обсуждение
Города являются сложными, многофункциональными природно-антропогенными системами. В настоящее время антропогенное преобразование экосистем столь велико, что наряду с природными биомами предложено рассматривать и исследовать биосферу как систему антропогенных биомов - антромов [8, 9]. Поступательное развитие человечества как составной части антромов возможно лишь в здоровой окружающей среде, не вызывающей угрозу его здоровью. Создание благоприятных для человека антромов является важной задачей архитекторов, градостроителей и экологов. Именно с этой целью экологи проводят исследования состояния окружающей среды, которые направлены на улучшение общественного здоровья путём предотвращения возможного ущерба, наносимого при загрязнении окружающей среды антропогенными загрязнителями. Одними из наиболее опасных загряз-
нителей окружающей среды являются мутагены -факторы химической, физической и биологической природы, способные нарушать структуру и функционирование наследственного материала. В популяциях человека накопление индуцированных мутаций может привести к увеличению частоты наследственных болезней и онкологических заболеваний, преждевременному старению, а также стать причиной серьёзных нарушений здоровья. Тем не менее, в настоящее время более половины населённых территорий России характеризуется экологически неблагоприятными условиями (низким качеством воды, воздуха, почв). Более 62% населения (т.е. более 89 млн. чел.) постоянно проживает на территориях с неблагоприятной санитарно-гигиенической обстановкой и потребляют загрязнённые продукты питания [10, с.121; 11]. Данные обзорных статей [12, 13] чётко указывают на то, что почвы большинства загрязнённых промышленных и городских участков характеризуются повышенным
мутагенным эффектом. Величина генетического риска таких участков будет зависеть от биологической активности загрязнённой почвы, а также от способа её хозяйственного использования.
Гигиенисты полагают, что в настоящее время в РФ уровень качества сбора исходного статистического материала по заболеваемости населения и экологической безопасности среды селитебных территорий существенно снизился. Кроме того, из-за ликвидации в 2000 г Госкомитета по экологии ослаб экологический контроль и мониторинг окружающей среды. В результате от 30 до 70% реальных загрязнений, выводимых в окружающую среду, промышленные предприятия скрывают [10, с.125]. Оценить последствия такой практики позволяет биоиндикация состояния окружающей среды. Существенно интенсифицировать
биологический мониторинг окружающей среды в Орле возможно путём вовлечения в исследования студентов-старшекурсников вузов и профильных средних учебных заведений.
Выбросы и стоки промышленных предприятий, увеличение протяжённости и площади автомагистралей и железных дорог, резкое увеличение количества автотранспорта, широкое применение противогололёдных реагентов, действие кислотных атмосферных осадков, осаждение химических веществ, содержащихся в аэрозолях, - вызывают всё более возрастающую антропогенную нагрузку на городские экосистемы. В отличие от воздушной и водной сред почва в городах испытывает наиболее сильное влияние антропогенного пресса, быстро поглощает загрязняющие вещества и очень медленно их трансформирует.
Таблица 2 - Количество стерильных яйцеклеток, нормальных и мутантных эмбрионов в стручках
растений ЛгаЫйор8181каИапа, выращенных на почве из различных мест ___Железнодорожного района г. Орла__
№ проб Всего исследовано Количество яйцеклеток и эмбрионов различных типов Суммарное количество
нормальные стерильные sicca brevis vana diffusa murca parva fusca albina chlorina xantha Ч ч 3» Всех аномалий
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
Конт. 4803 3954 612 60 54 24 22 16 17 17 17 4 6 210 27 849
1 4793 3849 659 65 58 29 31 19 21 24 21 9 8 247 38 944
2 4824 3896 672 62 68 14 20 25 20 22 19 4 2 231 25 928
3 4647 3722 697 59 56 11 25 13 26 19 14 1 4 209 19 925
4 4879 3899 639 60 63 37 35 27 36 37 27 8 11 295 46 980
5 4907 4012 644 48 66 13 26 19 28 20 22 3 6 220 31 895
6 4801 3964 634 43 67 8 21 15 19 14 0 7 9 187 16 837
7 4736 3786 648 51 54 31 35 23 34 21 33 12 8 249 53 950
8 5004 4021 647 69 65 27 39 28 33 25 29 11 10 286 50 983
9 4903 3960 686 67 63 17 23 20 27 18 16 1 5 235 22 943
10 4754 3881 627 53 68 22 19 12 25 20 23 3 1 219 27 873
Сумма3 48248 38990 6553 577 628 209 274 201 269 220 204 59 64 2378 327 9258
1 - ДЛМ - доминантные летальные мутации;
2 - ЛХМ - рецессивные хлорофильные летальные мутации;
3 - Суммы указаны только для 10 анализируемых образцов, без контрольных величин.
Загрязнение почвы городов происходит в результате трёх групп процессов, основными из которых являются: 1) глобальное загрязнение почвы, вызываемое совокупностью большого числа отдельных источников, не поддающихся более детальной идентификации; 2) территориально ограниченное загрязнение, вызванное небольшим числом конкретных источников, ограниченных по своему территориальному влиянию; 3) локальное загрязнение почвы с краткосрочным или долговременным воздействием на экосистемы.
Загрязнение промышленно развитых территорий инициировало проведение химического мониторинга окружающей среды. Однако довольно быстро экологи осознали, что только химическая характеристика природных сред по загрязнению несколькими десятками веществ, индивидуально контролируемыми количественно, не может характеризовать степень экологической опасности для живых организмов. Эту проблему в значительной мере решили методы биоиндикации и биомониторинга с использованием растений и живот-
ных.
Из обзорных работ, посвящённых тестированию генотоксичности почв [12-14], следует, что в анализах мутагенности различными авторами были применены более 30 различных методов с использованием бактерий, клеточных культур, растений и животных. Наиболее часто для этих целей использовали 5 тест-систем: тест Эймса на Salmonella typhimurium и анализ мутаций в клетках тычиночных волосков у традесканции, анализ микроядер в клетках традесканции, анафазный анализ аберраций в кончике корня лука и анализ мутаций в локусе waxy у кукурузы. Показано, что для корректной оценки мутагенности химических факторов окружающей среды необходимо использовать несколько различных растительных тестов. Возможность применения методов учёта хромосомных аберраций в корнях Allium cepa, анализа микроядер в клетках тычинок традесканции и анализа мутаций в тычиночных волосках традесканции) для анализа загрязнения среды мутагенами была подтверждена Про-
граммой ООН по окружающей среде (UNEP) и Международной программой по химической безопасности (IPCS). Ряд других видов растений (в том числе, арабидопсис) рекомендованы для использования в
Проведённые нами исследования мутагенности почв Железнодорожного района г. Орла показали, что частоты мутаций каждого отдельного фенотипа в проанализированных выборках варьировали от нуля до 1,43% (мутация brevis в 10-й выборке). Ни в одной из выборок не были обнаружены частоты мутаций индивидуальных фенотипов, статистически достоверно отличающиеся от контрольной частоты мутаций этого же фенотипа. Средние частоты мутаций каждого из 10 регистрируемых фенотипов во всех 10 проанализированных выборках изменялись от 0,12 до 1,30% и тоже не отличались от контрольных частот. По этой причине все частоты мутаций каждого отдельного фенотипа были объединены в две группы - эмбриональные доминантные летальные мутации (sicca, bre-vis, vana, diffusa, murca, parva и fusca) и рецессивные хлорофильные летальные мутации (albina, chlorina и xantha), представленные в 15-м и 16-м столбцах таблицы, соответственно.
Суммарные частоты эмбриональных доминантных летальных мутаций во всех 10 выборках, варьируя от 3,90 до 6,05%, статистически достоверно не отличались от контрольной суммарной частоты (4,37%). Сходным образом суммарные частоты ре-
генетическом мониторинге загрязнения ОС. Высокая чувствительность арабидопсиса как тестерного вида растений была подтверждена многочисленными исследованиями [15, 16].
цессивных хлорофильных летальных мутаций, варьируя от 0,33 до 1,12%, также не имели статистически достоверных отличий от контрольной суммарной частоты ЛХМ (0,56%). Таким образом, ни один из 10 образцов почвы, собранных в Железнодорожном районе г. Орла, не проявляли мутагенности в используемой тест-системе. Полученный результат несколько отличается от результатов тестирования почв Советского и Северного районов, где, соответственно, 5 и 2 пробы проявили мутагенные свойства [5, 17].
В окружающей среде могут находиться токсичные вещества, снижающие репродуктивный потенциал растений, но не проявляющих мутагенных свойств. Интенсивность воздействия таких веществ на растения может характеризовать частота стерильных семяпочек. Во всех 10 пробах частоты стерильных семяпочек варьировали от 13,10 до 15,0%, т.е. были выше частоты стерильных семяпочек в контрольной выборке. Именно последняя, максимальная частота, выявленная в выборке №3, статистически достоверно отличалась от контрольной частоты стерильных семяпочек (12,74%). Таким образом, по крайней мере, один из обследованных участков района содержал в почве токсичные для растений вещества.
Таблица 3 - Частоты (в %) аномальных яйцеклеток и эмбрионов у Arabidopsis thaliana,
выращенного на почве из различных мест Железнодорожного района г. Орла
№ проб Всего исследовано Частоты яйцеклеток и эмбрионов различных типов (± стандартная ошибка), % Суммарные частоты (%)
е ы н А л I р о н е ы н А ч к р рет с а о о со ОС 1 ■О tí > tí •3 tí о 3 S tí l & tí o tí g tí g o 33 o tí .g й и л ха ем o o в он а
1 2 3 4 5 6 7 8 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 4793 80,30** ±0,57 13,75 ±0,50 1,36 ±0,17 1,21 ±0,16 0,61 ±0,11 0,65 ±0,12 0,40 ±0,09 0,44 ±0,10 0,50 ±0,10 0,44 ±0,10 0,19 ±0,06 0,17 ±0,06 5,15 ±0,32 0,79 ±0,13 19,70* ±0,57
2 4824 80,76** ±0,57 13,93 ±0,50 1,29 ±0,16 1,41 ±0,17 0,29 ±0,08 0,41 ±0,09 0,52 ±0,10 0,41 ±0,09 0,46 ±0,10 0,39 ±0,09 0,08 ±0,04 0,04 ±0,03 4,79 ±0,31 0,52 ±0,10 19,24 ±0,57
3 4647 80,09** ±0,59 15,00** ±0,52 1,27 ±0,16 1,21 ±0,16 0,24 ±0,07 0,54 ±0,11 0,28 ±0,08 0,56 ±0,11 0,41 ±0,09 0,30 ±0,08 0,02 ±0,02 0,09 ±0,04 4,50 ±0,30 0,41 ±0,09 19,91* ±0,59
4 4879 79 91** ±0,57 13,10 ±0,48 1,23 ±0,16 1,29 ±0,16 0,76 ±0,12 0,72 ±0,12 0,55 ±0,11 0,74 ±0,12 0,76 ±0,12 0,55 ±0,11 0,16 ±0,06 0,23 ±0,07 6,05 ±0,34 0,94 ±0,14 20,09* ±0,57
5 4907 81,76 ±0,55 13,12 ±0,48 0,98 ±0,14 1,35 ±0,16 0,26 ±0,07 0,53 ±0,10 0,39 ±0,09 0,57 ±0,11 0,41 ±0,09 0,45 ±0,10 0,06 ±0,04 0,12 ±0,05 4,48 ±0,30 0,63 ±0,11 18,24 ±0,55
6 4801 82,57 ±0,55 13,21 ±0,49 0,90 ±0,14 1,40 ±0,17 0,17 ±0,06 0,44 ±0,10 0,31 ±0,08 0,40 ±0,09 0,29 ±0,08 0,00 ±0,00 0,15 ±0,06 0,19 ±0,06 3,90 ±0,28 0,33 ±0,08 17,43 ±0,55
7 4736 79 94** ±0,58 13,68 ±0,50 1,08 ±0,15 1,14 ±0,15 0,65 ±0,12 0,74 ±0,12 0,49 ±0,10 0,72 ±0,12 0,44 ±0,10 0,70 ±0,12 0,25 ±0,07 0,17 ±0,06 5,26 ±0,32 1,12 ±0,15 20,06* ±0,58
8 5004 80,36** ±0,56 12,93 ±0,47 1,38 ±0,16 1,30 ±0,16 0,54 ±0,10 0,78 ±0,12 0,56 ±0,11 0,66 ±0,11 0,50 ±0,10 0,58 ±0,11 0,22 ±0,07 0,20 ±0,06 5,72 ±0,33 1,00 ±0,14 19,64* ±0,56
9 4903 80,77** ±0,56 13,99 ±0,50 1,37 ±0,17 1,28 ±0,16 0,35 ±0,08 0,47 ±0,10 0,41 ±0,09 0,55 ±0,11 0,37 ±0,09 0,33 ±0,08 0,02 ±0,02 0,10 ±0,05 4,79 ±0,31 0,45 ±0,10 19,23 ±0,56
10 4754 81,64 ±0,56 13,19 ±0,49 1,11 ±0,15 1,43 ±0,17 0,46 ±0,10 0,40 ±0,09 0,25 ±0,07 0,53 ±0,10 0,42 ±0,09 0,48 ±0,10 0,06 ±0,04 0,02 ±0,02 4,61 ±0,30 0,57 ±0,11 18,36 ±0,56
Средняя частота по району 48248 80,81** ±0,18 13,58 ±0,16 1,20 ±0,05 1,30 ±0,05 0,43 ±0,03 0,57 ±0,03 0,42 ±0,03 0,56 ±0,03 0,46 ±0,03 0,42 ±0,03 0,12 ±0,02 0,13 ±0,02 4,93 ±0,10 0,68 ±0,04 19,19* ±0,18
Примечание: ДЛМ - доминантные летальные мутации; ЛХМ - рецессивные хлорофильные летальные мутации. * - Отличия от контрольных частот статистически достоверны при P<05;
** - Отличия от контрольных частот статистически достоверны при P<01.
Интегральной характеристикой химического загрязнения почв обследованного района могут служить
суммарные частоты всех обнаруженных аномалий (т.е. частоты ДЛМ, ЛХМ и стерильных семяпочек). В контроле эта величина составила 17,68%. В проанализированных выборках суммарные частоты аномалий варьировали в пределах 17,43-20,09%. В пяти выборках (№ 1, 3, 4, 7 и 8) суммарные частоты аномалий статистически достоверно отличались от контрольной величины. Этот факт можно рассматривать как доказательство наличия в урбанозёмах Железнодорожного района г. Орла веществ, интегральное воздействие которых снижает репродуктивный потенциал растений.
Ранее было показано, что частоты микроядер в клетках апикальной меристемы побегов липы и тополя, произрастающих в Орле в местах с различным уровнем локального загрязнения атмосферы, имели статистически достоверный уровень различий [18]. Кроме того, авторами обнаружен рост частот микроядер с 2009 по 2015 гг., и этот факт рассматривается как доказательство роста уровня загрязнения атмосферы г. Орла. Полученные нами данные также доказывают, что почва в некоторых местах г. Орла может содержать вредные вещества. Оседание на поверхности городских почв промышленных, транспортных и бытовых аэрозольных выбросов приводит к накоплению генотоксичных соединений. Например, исследования образцов почвы, загрязнённой аэрозольными продуктами сжигания угольного топлива, выполненные с использованием микроядерного теста клеток традесканции, показали их мутагенность [19]. С использованием теста на хлорелле, а также метода ана-фазного анализа в клетках апикальной меристемы лука показано, что образы почвы, отобранные вдоль городских транспортных магистралей, обладают мутагенной активностью [20].
В зависимости от целей, задач и материального обеспечения биоиндикационных обследований для оценки уровня загрязнения обычно территории используют одну из трёх стратегий выбора мест для отбора проб: 1) предвзятая или вероятная выборка мест отбора, 2) сетка или шаблонная выборка и 3) стратифицированная случайная выборка [13, с. 237]. Наше исследование было поисковым, и поэтому была использована стратегия «вероятностных выборок». Поэтому вычисленные величины средних частот мутаций пока не могут корректно характеризовать средний
уровень загрязнённости мутагенами почвы обследованного района.
В заключение следует отметить, что почва является начальным звеном пищевой цепи, а также источником вторичного загрязнения атмосферного воздуха и воды. Поэтому уровень её загрязнения может рассматриваться как интегральный показатель экологического благополучия окружающей среды. Следовательно, оценка её качества имеет большое значение для характеристики эколого-гигиенического состояния селитебной территории. Использование животных и растений для биоиндикации не даёт информации о химической природе загрязнителей, но с большой степенью достоверности позволяет определить степень интегральной токсичности и мутагенности всех вредных веществ, содержащихся в почве.
Расширение фронта исследований генотоксиче-ского загрязнения почв, систематизированных по типу их хозяйственного использования, с последующим внедрением результатов этих исследований в практическое здравоохранение, даст возможность детально характеризовать и оценивать высвобождающиеся городские территории для пригодности их застройки объектами определённой специализации [11].
Выводы
1.Проанализирована мутагенная активность почвенных проб, собранных в 10 различных местах Железнодорожного района г. Орла. Ни одна из проанализированных почвенных проб не обнаружила существенного повышения мутагенности. У растений, выращенных на этих почвенных пробах, частоты доминантных эмбриональных леталей и рецессивных хло-рофильных летальных мутаций статистически достоверно не отличались от контрольных значений.
2. Один почвенный образец, статистически достоверно повышал частоту стерильных семяпочек. Это свидетельствует о том, что этот участок был загрязнён веществами, снижающими репродуктивные свойства тестерных растений.
3. Суммарные частоты всех выявленных аномалий (доминантных и рецессивных мутаций и стерильных семяпочек) в 5 пробах оказались статистически достоверно выше контрольной величины, что следует рассматривать как повышение экологического риска произрастания растений в некоторых из локальностей Железнодорожного района.
Литература
1. Население Орловской области, 2020. [Электрон-
ный ресурс] // Сайт «Википедия» - Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/
2. Обзор состояния и загрязнения окружающей сре-
ды в Российской Федерации за 2018 год. - М.: Росгидромет. 2019. -225 с.
3. Ревич, Б.А. «Горячие точки» химического загрязне-
ния окружающей среды и здоровье населения России / под ред. В.М. Захарова. - М.: Акрополь, Общественная палата РФ, 2007. -192 с. ISBN 978-5-98807-024-5
4. Экологические приоритеты для России. Доклад о
человеческом развитии в Российской Федерации. Под ред. С.Н. Бобылева, Л.М. Григорьева. - М.: Аналитический центр при Правительстве РФ. 2017. - 292 с.
5. Крюков, В.И. Анализ загрязнения мутагенами почв
Советского района города Орла с использованием ЛгаЫйор818 МаНапа // Биология в сельском хозяйстве. - 2018. - № 4 (21). - С. 2-10.
6. Усманов, П.Д., Мюллер, А. Применение эмбрион-
теста для анализа эмбриональных леталей, ин-
дуцированных облучением пыльцевых зёрен Arabidopsis thaliana (L.) Hynh. // Генетика. 1970. - Т. 6. - №7. - С. 50-60.
7. Урбах, В.Ю. Статистический анализ в биологиче-
ских и медицинских исследованиях. - М.: Медицина, 1975. - 295 с.
8. Ellis, E.C, Ramankutty, N. Putting people in the
map: anthropogenic biomes of the world. // Front Ecol. Environ. - 2008. V. 6. - № 8. - P. 439-447.
9. Pickett, S.T.A. et al. Urban ecological systems: Scien-
tific foundations and a decade of progress // S.T.A. Pickett, M.L. Cadenasso, J.M. Grove, C.G. Boone et al. // Journal of Environmental Management. - 2011. V. 92. - № 3. - P. 331-362.
10. Гичев, Ю. П. Здоровье человека и окружающая
среда: SOS! - Москва, 2007. 186 с. ISBN 594489-017-8
11. Водянова, М.А. и др. Эколого-гигиеническая
оценка качества почв урбанизированных территорий / Водянова М.А., Крятов И.А., Донерьян Л.Г., Евсеева И.С., Ушаков Д.И., Сбитнев А.В. // Гигиена и санитария. - 2016. - Т. 95. - №10. -С. 913-916.
12. Watanabe, T., Hirayama, T. Genotoxicity of Soil / Tetsushi Watanabe, Teruhisa Hirayama // Journal of Health Sci. - 2001. - V. 47. - № 5. -P. 433-438.
13. White, P.A., Claxton, L.D. Mutagens in contaminated
soil: a review // Mutation Research. - 2004. -V. 567. - № 2-3. - P. 227-345.
14. Bakare, A.A. et al. Genotoxicity and mutagenicity
of solid waste leachates: A review. / Adekunle A Bakare, Chibuisi Alimba. O.A. Alabi // African journal of biotechnology. - 2013. - V 12. - №27. - P. 4206-4220.
15. Лысенко, Е.А. Влияние хронического облучения
на генетическую структуру природных популяций Arabidopsis thaliana (L. ) Heynh. и Centaurea scabiosa L. : дис... канд.биол. наук : 03.00.15 - Генетика. - Москва. 2000. -140 с
16. Аниськина, М.В. Мутагенный и токсический
эффекты у растений Tradescantia (clon 02) и Arabidopsis thaliana (L.) Heynh., индуцированные нефтью и нефтепродуктами : автореф. дис.канд. биол. наук : 03.00.16 - Экология. -Сыктывкар. 2006. -20 с.
17. Крюков, В.И. Анализ загрязнения мутагенами
почв Северного района города Орла с использованием Arabidopsis thaliana // Биология в сельском хозяйстве. - 2019. - № 2 (23). - С. 2127.
18. Ладнова, Г.Г. и др. Цитогенетические изменения в
клетках апикальной меристемы зелёных насаждений города в зависимости от уровня антропогенной нагрузки / Г.Г. Ладнова, И.Э. Федотова, М.Г. Курочицкая, В.В. Силютина // Юг России: экология, развитие. - 2017. - Т. 12. - №3. - С. 146-152.
19. Lah, B. et al. Genotoxicity evaluation of water soil
leachates by Ames test, comet assay, and preliminary Tradescantia micronucleus assay / B. Lah, T. Vidic, E. Glasencnik, T. Cepeljnik, G. Gor-janc, Romana Marinsek-Logar // Environmental Monitoring and Assessment 2008. V 139. - P. 107118.
20. 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.
Поступила в редакцию: 14.08.2020 г.
Крюков Владимир Иванович, доктор биологических наук, профессор, старший научный сотрудник ИНИИ ЦКП ФГБОУ ВО «Орловский государственный аграрный университет имени Н.В. Парахина», e-mail: ecoge-net@mail.ru, e-mail: iniic@mail.ru, тел. 8 (4862) 47-51-71
