CC BY
54
2013 ВЕСТНИК САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО УНИВЕРСИТЕТА Сер. 3 Вып. 2
ФИЗИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ, МИКРОБИОЛОГИЯ
УДК 582.287.23:574 Д. М. Иванов
БИОМОНИТОРИНГ В ЭКОСИСТЕМЕ ВЕРХОВОГО БОЛОТА ПО ПЛОДОВЫМ ТЕЛАМ ЬЕССШиМ ИОЬОРШ — ПОДБЕРЕЗОВИКА БОЛОТНОГО
Введение
На основании проведенных исследований было установлено, что накопление 137Сs в плодовых телах грибов, относящихся к виду Подберезовик болотный — Leccinum ho-(Rostk.) далее L. ш, приводит к морфологическим изменениям гиме-
ниального слоя [1, 2]. Указанные морфологические изменения наблюдаются визуально (рис. 1), что облегчает обнаружение таких плодовых тел в полевых условиях.
Рис. 1. Плодовые тела Подберезовика болотного с разросшимся гимениальным слоем из крупных трубочек с угловатыми порами
Иванов Дмитрий Михайлович — канд. биол. наук, ст. науч. сотр., Санкт-Петербургский государственный университет; e-mail: [email protected]
* Работа выполнена при поддержке РФФИ (грант № 10-04-01190-а).
© Д. М. Иванов, 2013
Для названия организмов, способных изменять свои морфологические признаки при накоплении загрязняющих веществ, предложен термин — «биомонитор». Выявление новых биомониторов в условиях чрезвычайного разнообразия объектов живой природы является несомненной удачей [3].
Проблема использования морфологических признаков грибов для биомониторинга различного рода загрязнений остается нерешенной. Такие биомониторы позволили бы выявлять локальные участки химического и радиационного загрязнения и проводить выбраковку загрязненных плодовых тел [3].
В работе [1] обосновано предложение по включению L. holopus в референтную группу живых организмов для экологического мониторинга 137Cs в лесных сообществах и болотных экосистемах. Однако целенаправленного массового сбора морфологически измененных плодовых тел L. holopus для такого исследования не проводилось.
Цель работы — провести биомониторинг 137Cs в экосистеме верхового болота на основе массового сбора морфологически измененных плодовых тел L. holopus.
Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:
• провести сбор плодовых тел грибов L. holopus в период массового плодоношения;
• нанести маршрут сбора плодовых тел на карту;
• измерить суммарную бета-активность в плодовых телах L. holopus;
• сравнить полученные результаты измерений по плодовым телам L. holopus с данными измерений суммарной бета-активности в плодовых телах других симбиотроф-ных макромицетов, произрастающих на болоте.
Материалы и методы исследования
Гербарные материалы. Сбор образцов проводился 15.09.2012 в Гатчинском районе Ленинградской обл.
Латинские названия таксонов приводятся по данным Index Fungorum (URL: http:// www.indexfungorum.org/Names/Names.asp). Русские названия видов грибов приведены по определителю Б. П. Василькова [4].
Материалом для исследования послужили плодовые тела, принадлежащие к виду Leccinum holopus (Rostk.) Watling — Подберезовик болотный.
Кроме плодовых тел L. holopus, также были собраны плодовые тела следующих видов эктомикоризных грибов:
Suillus variegatus (Sw.) Kuntze — Моховик желто-бурый;
Suillus flavidus (Fr.) J. Presl — Масленок болотный;
Lactarius helvus (Fr.) Fr. — Млечник серо-розовый;
Russula emetica (Schaeff.) Pers. — Сыроежка едкая.
Собирали рядом расположенные плодовые тела указанных видов в количестве, достаточном для приготовления образца, удовлетворяющего условию измерения в толстом слое.
Составление карты местности и нанесение маршрута сбора грибов. Карта местности была составлена на основе карт Ленинградской обл., вложенных в программу OziExplorer, по данным спутниковой съемки программы Google Планета Земля. Географические координаты каждой точки сбора, приведенные в таблице, определялись GPS-навигатором eTrex пр-ва Garmin, точность 15 м. На их основе был проложен маршрут следования по болоту. Материалы всех трех источников использовались для измерения площади болота, которая составила 10 га.
Средние значения суммарной бета-активности в плодовых телах грибов
Точка сбора Вид GPS-координаты Q Бк/кг*
1 Suillus flavidus N 59°04.697', E 30°25.735' 6153±616
2 Suillus variegatus N 59°04.692', E 30°25.695' 6185±619
3 Lactarius helvus N 59°04.697', E 30°25.670' 4623±462
4 Russula emetica N 59°04.718', E 30°25.674' 6605±661
5 Leccinum holopus N 59°04.714', E 30°25.603' 9870±987
6 L. holopus N 59°04.692', E 30°25.566' 7657±766
7 L. holopus N 59°04.685', E 30°25.566' 8091±809
8 L. holopus N 59°04.706', E 30°25.580' 9894 ± 989
9 L. holopus N 59°04.683', E 30°25.578' 8272±827
10 L. holopus N 59°04.662', E 30°25.567' 7390±739
11 L. holopus N 59°04.649', E 30°25.588' 7397±740
12 L. holopus N 59°04.628', E 30°25.617' 8516±852
13 L. holopus N 59°04.613', E 30°25.615' 7531±753
14 L. holopus N 59°04.545', E 30°25.624' 7856±786
* В данном случае учтена ошибка прибора — 10%.
Расположение точек сбора на карте (рис. 2) обусловлено спорадичностью плодоношения. Маршрут проходил последовательно от 1-й к 14-й точке.
Рис. 2. Расположение верхового болота на местности
Условные обозначения: 1-14 — точки сбора плодовых тел (то же в таблице); СНТ — садоводческое некоммерческое товарищество. В 1 см — 100 м.
Проведение измерений активности проб. Для определения суммарной активности грибов использовался радиометр бета-излучения «Бета». Детектор — газоразрядный счетчик торцового типа СБТ-10, расположенный в свинцовом домике. Измерения проводились в условиях толстого слоя. Значение фона детектора измеряли каждые 2 ч. Время измерения пробы не менее 1000 с. Среднее значение суммарной бета-активности, полученное для плодовых тел одного вида из каждой точки сбора, приведено в таблице.
Средняя масса навески сухих плодовых тел грибов при измерении суммарной бета-активности составляла 4,00 г. Размер кюветы для измерения 8,0 х 5,5 х 2,0 см, примерный объем — 90 см3. Для измерения использовали только шляпки плодовых тел.
Результаты исследований и их обсуждение
Ранее по северной границе болота (см. рис. 2) были сделаны отдельные находки плодовых тел с измененной морфологией и превышением суммарной бета-активности. Методом гамма-спектроскопии было установлено, что превышение суммарной бета-активности вызвано наличием в плодовых телах 137Cs [1].
Кроме того, в окрестностях верхового болота расположен массив «Чаща», включающий большое число садоводческих некоммерческих товариществ (см. рис. 2). Территория болота используется садоводами для сбора дикорастущих съедобных грибов и ягод.
Известно, что в плодовых телах грибов, образующих эктотрофную микоризу, концентрация радионуклидов в шляпках выше, чем в ножках. Связано это с тем, что ги-мениальный слой является местом протекания кариогамии и мейоза у высших базиди-альных грибов. Органы, ответственные за половое размножение, поражаются в большей степени, поскольку обменные процессы протекают в них более интенсивно [5].
Все плодовые тела Подберезовика болотного, собранные в точках 5-14 (см. таблицу и рис. 2), имели разросшийся, морфологически измененный гимениальный слой из широких и угловатых трубочек (см. рис. 1). При выборе точек сбора прежде всего обращали внимание на растущие рядом плодовые тела грибов.
Экологическая особенность вида Подберезовик болотный связана с тем, что он растет при избыточном увлажнении на кислых торфяных болотных почвах и его плодовые тела после высушивания обладают небольшим объемом и массой 1,0-1,3 г. Поэтому для одного плодового тела не соблюдается условие измерения суммарной бета-активности в толстом слое. В среднем, шляпка одного высушенного плодового тела заполняет У измерительной кюветы. Ранее образцы собирались на значительном удалении друг от друга, что не позволяло объединить разные плодовые тела в одну пробу. При выполнении данного исследования было поставлено условие, что образец должен состоять из 3-4 плодовых тел, растущих близко друг от друга. Каждое плодовое тело помещали в свой конверт. Конверты объединяли соответственно месту сбора.
Мякоть шляпки Подберезовика болотного очень рыхлая, плохо переносит транспортировку и раскисает. Поэтому от измерения суммарной бета-активности в свежих плодовых телах отказались. Наиболее удобным способом фиксации собранного материала и предотвращения его повреждения является скорейшее высушивание в токе теплого воздуха при 35-40 °С. При этом практически сохраняется первоначальный объем шляпки, нарезанной на пластинки, что способствует заполнению объема кюветы.
Главное условие при высушивании плодового тела для микологического гербария заключается в том, чтобы оно было сохранено по возможности полностью, без разрезания. Однако для выполнения поставленных в работе задач шляпки разрезали на пластинки толщиной не более 0,5 см.
Описанная подготовка образца перед высушиванием позволила получить гер-барные образцы, пригодные для плотного укладывания нарезанных и высушенных шляпок в измерительную кювету. Поскольку образец для измерения составлялся из шляпок нескольких плодовых тел (3-4), росших рядом, то также стояла задача: после измерения вернуть части разных образцов в свои гербарные конверты. Для этого высушенные части шляпки одного плодового тела помечали тушью. Такое сохранение образцов позволяет не только измерить суммарную бета-активность, но в дальнейшем использовать их для выделения ДНК и изучения внутривидового генетического полиморфизма.
Средние значения суммарной бета-активности для образцов плодовых тел грибов из разных точек сбора приведены в таблице.
Согласно СанПиН 2.3.2.1078-01 [6] допустимый уровень содержания 137Сз в сухих грибах составляет 2500 Бк/кг. Анализ полученных результатов показывает, что значения суммарной бета-активности во всех образцах плодовых тел L. ш в точках сбора, расположенных по маршруту, превышают установленные допустимые значения в 3,0-3,9 раза.
Анализ данных таблицы показывает равномерное распределение радиоактивного загрязнения плодовых тел в точках сбора по маршруту следования (см. рис. 2).
В плодовых телах SшUш variegatus, SшUш flavidus, Lactarius helvus, Russula emetica, собранных по маршруту, также выявлено превышение установленных допустимых значений в 1,8-2,6 раза.
На основе полученных данных рекомендуется не употреблять в пищу морфологически измененные плодовые тела Подберезовика болотного, а также плодовые тела растущих рядом симбиотрофных макромицетов.
Однако известно, что в тех местах, где грибы концентрируют радионуклиды, содержание этих элементов в ягодах находится в допустимых пределах. По маршруту следования также были собраны ягоды клюквы. Величина суммарной бета-активности в ягодах клюквы, измеренная в условиях толстого слоя, не превышает фоновых значений. Это находится в согласии с тем положением, что накопления радионуклидов в плодах не происходит или происходит в меньшей степени.
Накопление радионуклидов в плодовых телах грибов происходит в верховых болотах в большей степени, чем в лесных экосистемах [1]. Увеличение подвижности тяжелых металлов и радионуклидов происходит в разные промежутки времени и при промывном режиме почвы связано с изменением степени увлажнения [7]. Количество радионуклида в почве, доступное для поглощения или вертикального переноса, определяется взаимодействием различных фракций твердой фазы почвы и почвенной влаги [8].
Можно предположить, что увеличение поступления 137Сз в плодовые тела произошло следующим образом: Leccinum ш — это осенний вид и его плодоношение совпадает с обильными дождями, влияющими на характеристики почвенного раствора. Дополнительные количества влаги способствуют миграции радионуклида по всему профилю торфяной почвы, обладающей кислой реакцией среды (рН 3,5-4,5), и его селективному концентрированию вегетативным мицелием эктомикоризных грибов.
Установлено, что в кислой среде торфяных почв закрепление 137Сs твердой фазой почвы по сравнению с суглинистыми и супесчаными почвами минимально [9]. Селективное концентрирование 137Сs в плодовых телах может приводить к запуску механизма миграции радионуклида вверх по почвенному профилю, выносу радионуклида на поверхность и вторичному загрязнению среды после отмирания плодовых тел.
Заключение
Для биомониторинга 137Cs в экосистеме верхового болота было использовано явление изменения морфологических признаков гимениального слоя Leccinum ^1орш> — Подберезовика болотного — в ответ на накопление радионуклида в плодовых телах. Выявлено, что содержание радионуклида в плодовых телах Lectinum ^1орш во всех точках сбора, расположенных по маршруту, превышает установленные допустимые значения в 3,0-3,9 раза. В плодовых телах SuШus variegatus, SшUus flavidus, Lactarius hel-vus, Russula emetica, собранных по маршруту, также выявлено превышение установленных допустимых значений в 1,8-2,6 раза.
Литература
1. Иванов Д. М., Ефремова М. А. Оценка суммарной бета-активности в плодовых телах грибов рода Ьвсстит, произрастающих в лесных и болотных экосистемах Ленинградской области // Вестн. С.-Петерб. ун-та. Сер. 3: Биология. 2012. Вып. 2. С. 55-61.
2. Иванов Д. М. Идентификация подберезовиков с аномалиями морфологических признаков и превышением содержания 137С8 в плодовых телах методом рестрикционного анализа участков рДНК // Вестн. С.-Петерб. ун-та. Сер. 3: Биология. 2013. Вып. 1. С. 88-93.
3. Черненькова Т. В. Реакция лесной растительности на промышленное загрязнение. М.: Наука, 2002. 191 с.
4. Васильков Б. П. Съедобные и ядовитые грибы средней полосы европейской части России: определитель. СПб.: Наука, 1995. 189 с.
5. Щеглов А. И., Цветнова О. Б. Грибы — биоиндикаторы техногенного загрязнения // Природа. 2002. № 11. С. 39-46.
6. Гигиенические требования безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов // Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы СанПиН 2.3.2.1078-01. Утв. главным государственным санитарным врачом РФ 6 ноября 2001 г., с изменениями от 31 мая 2002 г., 20 августа 2002 г.,15 апреля 2003 г.
7. Марфенина О. Е. Антропогенная экология почвенных грибов. М.: Медицина для всех, 2005. 196 с.
8. Фесенко С. В., Спиридонов С. И., Санжарова Н. И., Алексахин Р. М. Оценка периодов полуснижения содержания 137Сэ в корнеобитаемом слое почв луговых экосистем // Радиационная биология. Радиоэкология. 1997. Т. 37, вып. 2. С. 267-280.
9. Санжарова Н. И., Фесенко С. В., Алексахин Р. М. Динамика биологической доступности 137С8 в системе почва—растение после аварии на Чернобыльской АЭС // Доклады академии наук. 1994. Т. 338, № 4. С. 564566.
Статья поступила в редакцию 11 декабря 2012 г.
