CC BY
60
Голинская Л.В., Кануникова Е.А., Соловых Г.Н.
Оренбургская государственная медицинская академия E-mail:[email protected]
КОРРЕЛЯЦИОННАЯ ЗАВИСИМОСТЬ МЕЖДУ МУТАГЕННОЙ АКТИВНОСТЬЮ ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ ВОДОТОКОВ И ВОДОЕМОВ ОРЕНБУРГСКОЙ ОБЛАСТИ И СОДЕРЖАНИЕМ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
Показано, что как регионы Оренбургской области, так и отдельные изученные водотоки и водоемы характеризуются различным индексом нагрузки редкоземельными элементами. Суммарное содержание редкоземельных элементов имело прямую корреляционную связь с мутациями разного типа.
Ключевые слова: донные отложения, водная вытяжка донных отложений, редкоземельные элементы, коэффициент корреляции, сила корреляции.
Материалом исследования были выбраны донные отложения (ДО) водоемов и водотоков Оренбургской области, отобранные на 49 станциях Западного, Центрального и Восточного регионов Оренбургской области, а также на Урале и Сакмаре в районе Оренбурга. Для анализа мутагенной активности (МА) использовалась водная вытяжка ДО. Оценка генотоксической активности донных отложений проводилась с использованием трех токсикогенетических методов:
1. метода учета видимых мутаций (ВМ) у хлореллы, Chlorella vulgaris
2. ана-телофазного метода учета хромосомных аберраций (ХА) в меристематической ткани проростков корешков лука, Allium cepa
3. метода учета доминантных летальных мутаций (ДЛМ) у дрозофилы, Dr.melanogaster.
Используемый в нашем исследовании набор тестов позволил регистрировать различные типы нарушений наследственного материала.
Такое сочетание методов позволяет выявить широкий спектр генетических нарушений и снизить вероятность ложноотрицательного результата [3]. Для сравнения результатов, полученных в разных тестах, использовался такой показатель как «выраженность мутагенной активности» (ВМА). Она определялась в тестах с Ch. vulgaris и Dr melanogaster как кратность превышения индуцированных видимых мутаций (ВМ) или доминантных летальных мутаций (ДЛМ) над контрольным уровнем, в тесте с Al. cepa - как превышение процента индуцированных хромосомных аберраций (ХА) над спонтанным уровнем. В зависимости от выраженности мутагенная активность пробы квалифицировалась как «слабая», «средняя» или «сильная» [3,4].
Проведенная работа по оценке мутагенного загрязнения ДО водотоков и водоемов Оренбургской области позволила сделать вывод, что
в целом загрязнение ДО водоемов и водотоков области генотоксикантами можно назвать высоким, т. к. на 42,85% из всех изученных станций ДО обладали генотоксичностью по отношению к какому-либо тест-объекту (21 станция из 49 изученных).
Наиболее напряженная ситуация отмечена для водных экосистем Восточного региона области, т. к. процент станций, на которых была отмечена МА ДО составил 66,64%, при этом регистрировались разнообразные типы генетических нарушений
Видимые мутации у Ch. vulgaris были индуцированы донными отложениями 7 станций из 49 изученных. Не были зарегистрированы ВМ при тестировании ДО, отобранных на водотоках и водоемах Западного региона, а вот в Восточном регионе доля станций, проявивших генотоксичность по отношению к хлорелле, составила 50%. Максимальное же достоверное превышение контроля (1,76) наблюдалось на станции 28, озеро Теплое в Новотроицке (Восточный регион).
Хромосомные аберрации в меристеме Allium cepa вызывали ДО также 7 станций из 49 исследованных. Следовательно, ДО данных биотопов содержали промутагены, приобретающие мутагенную активность в многоклеточном растительном организме и активизирующие хромосомные мутации типа делеций и транслокаций. Максимальный уровень ХА (6,64±0,89% при контроле 0,86±0,52%) был зафиксирован также в Восточном регионе на станции 28 оз. Теплое г. Новотроицк.
На 13 из 49 изученных водных экосистем ДО проявили генотоксичность по отношению к Dr.melanogaster. В большей степени ДЛМ индуцировались ДО, отобранными в Восточном регионе, а также на Урале и Сакмаре в районе
Оренбурга. Максимальное достоверное превышение частоты доминантных летальных мутаций (25,29±7,68% при контроле 3,63±0,79%, кратность превышения контроля равнялась 7) было отмечено в Западном регионе области на станции 4, р. Иртек Ташлинский район.
К самыми загрязненным водотокам и водоемам Оренбургской области по наличию мутагенов были отнесены в Центральном регионе р. Малая Хобда, Кумак, а в Восточном - р. Губер-ля и оз. Теплое, в ДО которых был выявлен различный спектр мутагенов и промутагенов, способных индуцировать различные типы мутаций: генные, геномные и хромосомные.
Не было отмечено станций, ДО которых проявили бы генотоксичность по отношению к трем тест-объектам с явно выраженной МА. На станции 34, р. Кумак ДО индуцировали различные типы мутаций, но превышение процента ХА составило всего лишь 4,33%, а чтобы характеризовать МА как «слабую», необходимо, чтобы уровень спонтанных мутаций был превышен на 5%.
В последние десятилетия резко возросла добыча редкоземельных элементов и их использование в промышленности и быту, а, следовательно, возросли и масштабы их поступления в окружающую среду, в водоемы, в первую очередь [5]. До недавнего времени считалось, что редкоземельные элементы (РЗЭ) биологически инертны и не представляют угрозы окружающей среде. Ранее проведенными исследованиями показано, что все РЗЭ, присутствующие в ДО, обнаруживаются в двухстворчатых моллюсках и рыбах, что указывает на их биодоступность. Согласно современным данным, некоторые РЗЭ токсичны для водных организмов, что свидетельствует о необходимости проведения мониторинговых исследований этих «новых» потенциальных загрязняющих веществ [1,2]. Для мониторинга РЗЭ могут применяться ДО. Концентрации редкоземельных элементов в воде и ДО не регламентируются, хотя имеются данные о токсичности некоторых из них к биоте [1].
Впервые для водотоков и водоемов Оренбургской области проведено исследование содержания редкоземельных элементов (РЗЭ) в ВВДО на приборе Перкин-Эльмер ICP-MS DRC-e в режиме Total Quant. К элементам данной группы относятся 17 металлов: скандий, иттрий, лантан и лантаноиды. Нами было выявлено в ВВДО 15 элементов данной группы: Sc - скандий, Y - иттрий, La - лантан, Ce -церий, Pr - празеодим, Nd - неодим, Sm - самарий, Eu - европий, Gd - гадолиний, Tb - тербий, Dy - диспрозий, Ho - гольмий, Er - эрбий, Yb - иттербий, Lu - лютеций.
Установлено, что в водотоках и водоемах Оренбуржья средний индекс нагрузки РЗЭ колебался от 7,3*10-4 мг/л до 1*10-2 мг/л. Наиболее высокое его среднее значение было отмечено в водотоках и водоемах Восточного Оренбуржья, а минимальное в Центральном регионе области.
Водотоки Восточного региона характеризовались наиболее высоким содержанием РЗЭ: средний индекс нагрузки был равен 0,001007+0,000638 мг/л. Наиболее высокие нагрузки элементами данной группы испытывали ст 32, р. Урал г. Новотроицк и ст 31, р. Губер-ля Новотроицкий р-н, что вполне объяснимо, т. к. данный регион области испытывает максимальную антропогенную нагрузку.
В Центральном регионе средний индекс нагрузки ВВДО РЗЭ был самым низким и колебался от 0,0003109 мг/л на ст 3, р. Илек Илекский район до 0,0019423 мг/л на ст 30, р. Малая Хобда Акбулакский район, что вполне объяснимо, поскольку в этом регионе на 64,7% исследованных водотоках и водоемах ДО имели индекс нагрузки РЗЭ ниже среднего для данного региона.
Среднее содержание РЗЭ в ВВДО запада области не имело достоверных различий с Центральным регионом, а на 72,7% исследованных водотоках сумма РЗЭ была значительно ниже их среднего показателя для данного региона.
На отдельных станциях Западного региона суммарное содержание РЗМ различалось на порядок: от 2,7 *10'3 мг/л на ст 7, р. Домашка г. Бузулук до 2,1*10-4 мг/л на ст 5, р. Чаган Первомайский район
Содержание РЗЭ в ВВДО Урала и Сакма-ры в районе Оренбурга было неодинаково на разных станциях и в разные сроки исследования и колебалось от 3,46*10-4 мг/л на ст 40.2, Старица р. Урал в пробах от 23.09.04 до 2,3*10-3 мг/л на ст 38.1, р. Урал Железнодорожный мост в пробах от 03.08.04 г. Нагрузка РЗЭ Урала и Сак-мары в районе Оренбурга не имела достоверных различий с ранее описанными регионами.
Полученные результаты позволяют сделать вывод об относительно равномерном поступлении РЗЭ в водотоки и водоемы Оренбургской области, т. к. средние индексы нагрузки РЗЭ не имели достоверных отличий между регионами, но отдельные водотоки характеризовались более высоким содержанием данных токсикантов. К таким водотоком нами были отнесены: р. Губерля Новотроицкий район, р.Урал г. Новотроицк (Восточный регион); Никольский карьер Переволоцкий район, р.Самара Новосергеевский район, р.Малая Хобда Акбулак-ский район (Центральный регион); р.Домаш-ка г.Бузулук, р.Самара Сорочинский район
(Западный регион). Доля станций составила 14,3% от всех изученных.
На заключительном этапе представляло интерес выявление зависимости МА от суммарной нагрузки РЗЭ с использованием корреляционного анализа. Для выявления прямой (сильной, средней, умеренной и слабой) связи использовали коэффициент корреляции Пирсона. Суммарная нагрузка РЗЭ ВВДО напрямую с умеренной силой коррелировала с генными (ВМ) мутациями у хлореллы во всех регионах, где был выявлен данный тип мутаций.
Хромосомные аберрации у лука имели слабую связь с индексом нагрузки РЗЭ в Центральном регионе (г=0,29) и сильную связь (г=0,78 при р?0,05) в Восточном регионе, где и суммарная нагрузка РЗЭ была максимальна, кроме того, в Восточном регионе и частота доминантных летальных мутаций (генных, хромосомных и геномных) у дрозофилы имела умеренную связь (г=0,37) с содержанием РЗЭ. Данный факт указывает на необходимость проведения мониторинговых исследований за содержанием данных токсикантов в водных экосистемах.
15.02.2011
Список литературы:
1. Горяйнова, З.И. Тяжелые металлы и редкоземельные элементы в донных отложениях и дрейсенидах Рыбинского водохранилища / З.И. Горяйнова, Д.Ф. Павлов, М.В. Фронтасьева // Антропогенное влияние на водные организмы и экосистемы: мат-лы кон. Ч. 1. - Борок., 2008. - С. 19-22.
2. Долотов, А.В. Оценка загрязнения тяжелыми металлами водоемов питьевого назначения (на примере Уводьковского водохранилища) / А.В. Долотов, М.В. Гапеева // Экология человека. - 2009. - №1. - С. 15-19.
3. Пространственная и временная динамика мутагенной активности воды оз. Неро / И.М. Прохорова [и др.] // Биология внутренних вод, приложение. - 2008. - №2. - С. 17-23.
4. Прохорова, И.М. Генетическая токсикология: лабораторный практикум / И.М. Прохорова, М.И. Ковалева, А.Н. Фомичева; Яросл. гос. ун-т. - Ярославль: ЯрГУ, 2005. - 132 с.
5. Lanthanide concentrations in freshwater plants and mollusks, related to those in surface water, pore water and sediment. A case study in The Netherlands / L. Weltje [et al] // The Science of the Total Environment. - 2002. -V. 286. - P. 191-214.
Сведения об авторах:
Голинская Людмила Владимировна, ассистент кафедры биологической химии Оренбургской
государственной медицинской академии 460000, г. Оренбург, ул. Советская, 6, тел. (3532) 774867, e-mail: [email protected] Кануникова Елена Александровна, доцент кафедры биологии Оренбургской государственной медицинской академии, кандидат медицинских наук Соловых Галина Николаевна, заведующий кафедрой биологии Оренбургской государственной медицинской академии, доктор биологических наук, профессор 460000, г. Оренбург, ул. Советская, 6, тел. (3532) 775878, e-mail: [email protected]
UDC 574.52
Golinskaya L.V., Kanunikova E.A., Solovykh G.N.
E-mail: [email protected], [email protected]
CORRELATION DEPENDENCE BETWEEN MUTAGEN ACTIVITY OF GROUND ADJOURNMENT OF WATER CURRENTS AND RESERVOIRS OF THE ORENBURG REGION AND THE MAINTENANCE OF RARE-EARTH ELEMENTS
It is shown that both regions of the Orenburg area, and the separate studied waterways and reservoirs were characterized by a various index of loading rare-earth elements. The total maintenance of rare-earth elements had direct correlation communication.
Key words: ground adjournment, a water extract of ground adjournment, rare-earth elements, correlation factor, force of correlation.
Bibliography:
1. Gorjajnova, Z.I. Heav metals and rare-earth elements in ground adjournment and dreissenidae the Rybinsk water basin / Z.I.Gorjajnova, D.F.Pavlov, M.V.Frontaseva // Anthropogenous influence on water organisms and ecosystems: materials conferences P.1. - Borok., 2008. - p. 19-22.
2. Dolotov, A.V. Estimation of pollution by heavy metals of reservoirs of drinking appointment (on an example of the Uvodkovsky water basin) / A.V.Dolotov, M.V.Gapeeva//Ecology of the person. - 2009. - № 1. - p. 15-19.
3. Spatial and time dynamics of mutagen activity of water of the lake of Nero / I.M.Prokhorova [etc.] // Biology of internal waters, the appendix. - 2008. - № 2. - p. 17-23.
4. Prokhorova, I.M. Genetic toxicology: a laboratory practical work / I.M.Prokhorova, M.I.Kovalyova, A.N.Fomitchyova; The Yaroslavl state university - Yaroslavl: YarSU, 2005. - 132 p.
5. Lanthanide concentrations in freshwater plants and mollusks, related to those in surface water, pore water and sediment. A case study in The Netherlands / L. Weltje [et al] // The Science of the Total Environment. - 2002. -V. 286. - P. 191-214.
