CC BY
31
прорастания семян вида Avena sativa L.6biHa зафиксирована у контрольного образца почвы №4 - «биогумус»; выявлено, что наилучший прирост стебля на один день опыта, показал контрольный образец почвы №4. У остальных образцов показатели были равны; определено, что по средней длине корня, наилучшие ростовые показатели наблюдались у растений, произрастающих в образцах № 3 и № 4. Корневая система четко выражена и более мощная, чему у других образцов; выявлено, что наилучшие показатели морфо-физиологического состояния растений наблюдается у образцов почв со слабым и средним уровнем загрязнения (образцы № 2 и № 3). Растения в образце № 1 имели некоторые отклонения: наименьшую всхожесть и энергию прорастания семян, худшее развитие.
Таким образом, полученные результаты подтверждают значимость биоиндикационных исследований с использованием тест-объекта «Avena sativa L.» при оценке влияния железной дороги на состояние почвенного и растительного покровов, полученные данные обладают теоретической и практической значимостью. Возможным дальнейшим применением полученных результатов является оценка степени влияния неорганических и органических водорастворимых антисептиков, противогололедных реагентов и материалов на состояние растительности, подверженной влиянию транспортного узла урбанизированных территорий в рамках проведения экологического мониторинга с использованием современных методов химического анализа.
Литература
1. Казанцев И.В. Экологическая оценка влияния железнодорожного транспорта на содержание тяжелых металлов в почвах и растениях полосы отвода: дисс.... канд. биологических. наук: 03.00.16 / Казанцев Иван Викторович. - Самара, 2008. - 166 с.: ил.
2. Гаврилин И.И. Устойчивость древесных растений в урбоэкосистемах северных территорий (на примере г. Братска Иркутской области) : дисс.... канд. биологических. наук: 03.02.08 / Гаврилин Игорь Игоревич. - Ульяновск, 2012. - 191 с.: ил.
3. Почва, город, экология / под ред. Г.В. Добровольского.- М.: Фонд «За экономическую грамотность», 1997.- 320 с.
4. Биоиндикация загрязнений наземных экосистем. / З. И. Никитина Под редакцией Р. Шуберта, пер. с нем./ М.: Мир, 1988, 348 с.
5. Муха В.Д. Полевое исследование почв / В.Д. Муха, А.Ф. Сулима, М.В. Сергеев. - Курск.: Изд-во КГСХА, 2002. - 32 с.
6. Оценка экологического состояния почвы: Практическое руководство / А.Г. Муравьев [и др.]. - М.: Изд-во Кристмас+, 2000. - 142 с.
Дуденкова Н А.
аспирант кафедры биологии и спортивной медицины ФГБОУ ВПО «Мордовский государственный педагогический институт имени М. Е. Евсевьева»
Шубина О. С.
доктор биол. наук, профессор кафедры биологии и спортивной медицины ФГБОУ ВПО «Мордовский государственный педагогический институт имени М. Е. Евсевьева»
МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ КЛЕТОК ЛЕЙДИГА В УСЛОВИЯХ ОСТРОЙ ИНТОКСИКАЦИИ АЦЕТАТОМ
СВИНЦА
Аннотация
Проведено морфологическое и морфометрическое исследование влияния ацетата свинца на клетки Лейдига семенных желез самцов белых крыс, употреблявших перорально ацетат свинца в период постнатального онтогенеза. Проведена статистическая обработка результатов морфометрических исследований. Все полученные данные достоверны. Полученные данные свидетельствуют о токсическом воздействии свинца на интерстициальные клетки Лейдига, продуцирующие мужские половые гормоны. Обнаруженные изменения касаются строения, а также морфометрических параметров данных клеток. Отмечено также увеличение площади интерстициальной ткани между канальцами семенных желез. Предположительно это связано с возрастанием дегенеративных процессов, происходящих в клетках Лейдига и их ядрах, а также окружающей их интерстициальной ткани под влиянием ацетата свинца.
Ключевые слова: семенные железы, клетка Лейдига, интерстиций, свинец
Key words: seed gland, cage of Leydiga, interstition, lead
Среди токсических элементов, загрязняющих окружающую среду, всё более пристальное внимание привлекают тяжёлые металлы, и в первую очередь свинец, по данным ВОЗ, отнесённый к группе токсических металлов I класса опасности. Свинец является вредным производственным и неблагоприятным экологическим фактором, отличается высокой токсичностью, способностью поражать жизненно важные органы и системы. Воздействие свинца нарушает мужскую репродуктивную систему [1].
Целью настоящего исследования явилось изучение влияния ацетата свинца на морфофункциональное состояние клеток Лейдига.
Материалы и методы исследования
В работе использовали половозрелых белых беспородных крыс-самцов массой 200-250 г. Эксперимент произведен на 50 животных. В соответствии с поставленными задачами животные разбивались на две группы. Контрольную группу составили 25 самцов, содержащихся на общем режиме вивария. Опытную группу составили 25 самцов, получавших в течение 7 дней перорально ацетат свинца Pb(CH3COO)2 X 3H2O в дозе 45 мг/кг/сутки.
Животные забивались путем декапитации под наркозом эфира с хлороформом с соблюдением принципов гуманности, изложенных в директивах Европейского сообщества (86/609/ЕЕС) и Хельсинкской декларации, и в соответствии с требованиями правил проведения работ с использованием экспериментальных животных.
Для гистологического исследования образцы тканей (семенных желез) фиксировали в 10%-ном растворе нейтрального формалина. Зафиксированные образцы после промывки в проточной воде подвергали обезвоживанию путем помещения исследуемого материала в спирты возрастающей концентрации и заливали в парафин по общепринятой методике. Готовили гистологические срезы толщиной 10-15 мкм, окрашивали их гематоксилин-эозином и исследовали с помощью микроскопа MT 4000 SeriesBiologicalMicroscope с программным обеспечением для анализа изображений BioVisionVersion 4.0.
При обзорной микроскопии оценивали морфологические особенности клеток Лейдига, после чего изучали следующие морфометрические параметры данных клеток: среднюю площадь ядра, клетки и цитоплазмы, а также ядерно-цитоплазматическое отношение. Также нами была изучена площадь интерстиция между канальцами (рыхлая соединительная ткань, содержащая помимо обычных элементов интерстициальные клетки Лейдига, продуцирующие мужские половые гормоны). Измерения производили при увеличении 40 X 10. Разрешение полученных изображений - 1280 X 1024 пикселей.
Статистическая обработка цифровых данных проводилась с помощью программ FStat и Excel. Проверка статистических гипотез осуществлялась по t-критерию Стьюдента. При оценке статистических гипотез принимались следующие уровни значимости: p<0,05.
Математическая обработка результатов морфометрических исследований проводилась с использованием метода корреляционного анализа.
Результаты исследования и их обсуждение
В результате гистологических исследований, было выяснено, что в контрольной группе в интерстициальной ткани семенных желез присутствуют немногочисленные гландулоциты - клетки Лейдига, залегающие группами по 5-7 клеток, преимущественно вокруг сосудов. Изредка встречаются и одиночные клетки. Общее количество клеток Лейдига в поле зрения достигало 10-12. Они округлой,
29
овальной, веретеновидной или многоугольной формы. Ядра клеток Лейдига крупные, сферические, содержат мелкодисперсный хроматин и 1-2 крупных ядрышка (рис. 1).
Рис. 1. Интерстициальная ткань между канальцами семенных желез (контроль). Стрелкой показаны клетки Лейдига, лежащие
группами и одиночно. Окраска гематоксилин-эозин. Ув. 40 X 10.
Нами установлено, что после 7 дней воздействия ацетата свинца происходит увеличение площади интерстициальной ткани между канальцами в семенных железах. Клетки Лейдига располагаются преимущественно одиночно, лишь изредка встречаются небольшие группы по 2-3 клетки. Общее их количество в поле зрения достигало 5-7. Они округлой или овальной формы. Отмечено значительное уменьшение площади клеток и площади их ядер. Мелкодисперсный хроматин в ядрах практически не просматривается (рис. 2).
Морфометрические исследования показали, что в опытной группе животных по сравнению с контролем происходит достоверное уменьшение площади клеток Лейдига и их ядер соответственно на 61,13% (p<0,001) и 69,68% (p<0,001). В связи с этим происходит уменьшение площади цитоплазмы и ядерно-цитоплазматического отношения соответственно на 58,03% (p<0,001) и 29,73% (p<0,05) (табл. 1). Возможно, это связано с тем, что клетки Лейдига находятся в неактивном состоянии.
Рис. 2. Интерстициальная ткань между канальцами семенных желез (опыт). Стрелкой показаны клетки Лейдига, лежащие одиночно.
Окраска гематоксилин-эозин. Ув. 40 X 10.
Таблица 1
Морфометрические показатели клеток Лейдига семенных желез белых крыс
№ п/п Показатель Контроль Опыт
1 Площадь клетки, мк2 или X 10"12 м2 40,44 ± 1,30 15,72 ± 2,07*
2 Площадь ядра, мк2 или X 10"12 м2 10,82 ± 1,06 3,28 ± 1,33*
3 Площадь цитоплазмы, мк2 или X 10"12 м2 29,62 ± 1,88 12,43 ± 1,04*
4 Ядерно-цитоплазматическое отношение 0,37 ± 0,05 0,26 ± 0,12**
*p<0,001, **p<0,05.
Также по сравнению с контролем отмечено достоверное увеличение площади интерстициальной ткани между канальцами в семенных железах на 23,01% (p<0,001). Площадь интерстиция увеличивается с 1226,14 + 103,75 до 1592,66 + 138,96 мк2 или X 10"12 м2 (p<0,001).
Выводы
Проведенные исследования подтвердили ранее имеющиеся данные о токсическом воздействии ацетата свинца на репродуктивную систему человека и животных [2, 6]. Данное воздействие проявилось в изменении формы клеток Лейдига, хроматин в ядрах практически не просматривался. Отмечено уменьшении площади клеток Лейдига и их ядер, площади их цитоплазмы и ядерно-цитоплазматического отношения, а также в уменьшении их количества и расположении в интерстиции. При этом одновременно было выявлено увеличение
30
площади интерстициальной ткани, в которой находятся клетки Лейдига. Предположительно это связано с возрастанием дегенеративных процессов, происходящих в клетках Лейдига и их ядрах, а также окружающей их интерстициальной ткани под влиянием ацетата свинца.
Литература
1. Измеров, Н.Ф. Свинец и здоровье. Гигиенический и медико-биологический мониторинг / Н. Ф. Измеров. - М. : Наука, 2000. - 256 с.
2. Коробанова, А. И. Свинец и его действие на организм / А. И. Коробанова // Мед. труда и пром. экология. - 2001. - № 5.
3. Кузнецов, С. Л. Атлас по гистологии, цитологии и эмбриологии / С. Л. Кузнецов, Н. Н. Мушкамбаров, В. Л. Горячкина. - М. : Медицинское информационное агентство, 2002. - 374 с.
4. Лапач, Н. В. Статистические методы в медико-биологических исследованиях с использованием Ехсе1 / С. Н. Лапач, А. В. Чубенко, П. Н. Бабич.— К. : МОРИОН, 2001.- 408 с.
5. Ноздрачев, А. Д. Анатомия крысы (Лабораторные животные) / А. Д. Ноздрачев, Е. Л. Поляков. - СПб. : Издательство «Лань», 2001. - 464 с.
6. Пальцев, М. А. Патологическая анатомия / М. А. Пальцев, Н. М. Аничков.— М. : Медицина, 2001.- Т. 2, ч. II.- 2001.- 680 с.
Жукова Е.Ю.1, Кутькина Н.В.2, Жукова В.М.3, Панасюк Ю.А.4, Аршанов С.О.4
1 - канд.биол.наук, ФГБОУ ВПО «Хакасский государственный университет им. Н.Ф. Катанова»; 2 - доцент, канд.биол.наук, ФГБОУ
ВПО «Хакасский государственный университет им. Н.Ф. Катанова»; 3 - канд.биол.наук, ГНУНИИ аграрных проблем Хакасии Россельхозакадемии; 4 - студент ФГБОУ ВПО «Хакасский государственный университет им. Н.Ф. Катанова»
ПРИМЕНЕНИЕ СПУТНИКОВОГО МОНИТОРИНГА ДЛЯ ХАРАКТЕРИСТИКИ АГРОФИТОЦЕНОЗОВ НА ПРИМЕРЕ ТЕСТОВОГО УЧАСТКА АЛТАЙСКОГО РАЙОНА РЕСПУБЛИКИ ХАКАСИЯ
Целью работы являлась количественная характеристика растительного сообщества Zea mays, агрофизических и агрохимических особенностей соответствующей посеву почвы на основе использования спектральной спутниковой информации (Landsat 7) и полученных наземных данных. Практическим выходом данной работы является возможность полной и экспресс-оценки состояния агрофитоценозов по спектральным данным, а также составления карт пространственной неоднородности продуктивности посевов и сопутствующих почв.
Ключевые слова: агрофитоценозы, спектральные индексы, продуктивность, чернозем
Key words: agrophytocenoses, spectral indices, productivity, black earth
Значительную помощь в проблеме своевременного мониторинга агроценозов и почв, находящихся в степной зоне Хакасии и испытывающих значительный антропогенный прессинг, может оказать спутниковый мониторинг за сезонным развитием растительности [1, 2]. Важнейшими задачами спутникового мониторинга сельскохозяйственных угодий являются идентификация и картографирование агрофитоценозов, определение их видового состава и морфофизиологических характеристик растений. Спутниковый мониторинг позволяет повысить точность, однородность, объективность и частоту наблюдений за состоянием посевов и спрогнозировать урожай [35].
Многозональные снимки высокого разрешения (типа Landsat) оптимально подходят для определения биопараметров растительности и идентификации почв, а составленные по этим снимкам карты, по информативности не уступают картам землепользования.
Целью исследования являлась количественная характеристика растительного сообщества Zea mays, агрофизических и агрохимических особенностей соответствующей посеву почвы на основе использования спектральной спутниковой информации (Landsat 7) и полученных наземных данных.
Район исследования принадлежит к Койбальскому (Южно-Хакасскому) предгорно-степному округу в пределах Южно-Минусинской впадины, занимая северную часть междуречья Абакана и Енисея. Общий рельеф территории холмисто-равнинный с преобладающими высотами 300-350 м. Климат континентальный, радиационный баланс 33-34 ккал/см.2 Сумма температур за теплое время года составляет 1800-1950. Зональная растительность представлена настоящими мелкодерновинными степями. Почвенный покров составляют обыкновенные, выщелоченные и южные черноземы [6].
Тестовый участок, на котором в течение вегетационных периодов 2005-2012 гг. проводились наземные исследования агрофитоценозов, находился на длительно используемых обыкновенных черноземах Алтайского района.
Методика исследования наземных показателей растительности описана в статье Е.Ю. Жуковой и др. [5]. Учет фитомассы проводился по стандартной методике Ф.И. Левина, повторность трехкратная, дополнительно для Zea mays были выделены агрогруппы -метелки, початки и определены морфометрические показатели в 30-тикратной повторности, высота растений в 45-кратной повторности.
На тестовом участке в Алтайском районе были проведены детальные исследования чернозема по основным параметрам почвенного плодородия: морфологическим, агрофизическим, биохимическим, физико-химическим, агрохимическим.
Для работы использовались спутниковые изображения Landsat 7 - стандартный продукт USGS уровня 1G - геопривязанные по орбитальным параметрам, радиометрически нормализованные данные, приведенные в стандартную картографическую проекцию. Даты съемок - 7.06.2012, 23.06.2012, 25.07.2012, 1.08.2012, 10.08.2012, 2.09.2012, 11.09.2012, 27.09.2012. Оценка состояния растительного компонента агроценозов проводилась по спектральным индексам, рассчитанным в программе ENVI 4.7 [5]. Для оценки количества фотосинтетически активной фитомассы использовался вегетационный индекс (Normalized Difference Vegetation Index - NDVI), для определения содержания воды в растительности - индекс влагосодержания (Normalized Difference Water Index - NDWI). Для последнего индекса в качестве параметра, характеризующего отражение в коротковолновой инфракрасной области спектра, применяли соответственно 5 (NDWI1640) и 7 канал (NDWI2130) снимка Landsat 7.
Спектральные особенности почвы определяли по почвенной линии - зависимости между отражательными свойствами открытой поверхности почвы в ближнеинфракрасном (NIR) и красном (R) участках спектра [7]. Почвенная линия рассчитывалась по формуле:
NIR=Pi R + Ро,
где р1 - угловой коэффициент, р0 - смещение (величина отрезка, который отсекает прямая на оси ординат, считая от начала координат).
Атмосферная коррекция снимков проведена с помощью модуля FLAASH с учетом состояния атмосферы и высоты над уровнем моря. Вегетационный индекс подсчитан с учетом влияния атмосферы, индексы влагосодержания - без учета влияния атмосферы.
Статистическая обработка включала расчет среднего арифметического, ошибки среднего арифметического и стандартного отклонения (для спутниковых данных).
Результаты исследования. Агрокультура Zea mays располагалась на пологом склоне, почва которого была представлена длительно используемым черноземом обыкновенным, который в нижней части склона имел мощность гумусового горизонта 40 см как на южном склоне (кукурузное поле), так и северном (пар) (рис. 1).
31
