CC BY
36
УДК 502.3: 582.475: 576.315.45
Калашник Н.А.
Ботанический сад-институт Уфимского научного центра РАН E-mail: [email protected], [email protected]
ОЦЕНКА ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ АКТИВНОСТИ ЯДРЫШКОВЫХ ОРГАНИЗАТОРОВ ХРОМОСОМ У ЛИСТВЕННИЦЫ СУКАЧЕВА В УСЛОВИЯХ ТЕХНОГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ
Проведены исследования функциональной активности ядрышковых организаторов хромосом у лиственницы Сукачева, произрастающей в различных экологических условиях (при промышленном загрязнении различной интенсивности в сравнении с контролем). Полученные результаты свидетельствуют о повышении функциональной активности ядрышковых организаторов хромосом у лиственницы Сукачева в условиях техногенного загрязнения.
Ключевые слова: ядрышковые организаторы хромосом, лиственница Сукачева, промышленное загрязнение.
Функциональное состояние генов рРНК возможно оценить путем цитологического изучения ядрышек интерфазного ядра, размеры которых находятся в прямой зависимости от степени активности этих генов [4]. Именно ядрышковая активность оказалась наиболее показательным цитологическим критерием оценки стрессового воздействия на организм при создании шкалы чувствительности для экологического мониторинга [2]. Исследования нук-леолярных районов хромосом у различных видов хвойных достаточно многочисленны, подобные работы проводились и на примере лиственницы Сукачева [6], [8], [9], где авторами, в основном, изучался полиморфизм ядрышкообразующих хромосом. Однако вопросы исследования функциональной активности ядрышковых организаторов хромосом у лиственницы Сукачева в литературе практически не обсуждались.
В настоящей работе представлены результаты исследования функциональной активности ядрышковых организаторов хромосом у лиственницы Сукачева, произрастающей в различных экологических условиях (при промышленном загрязнении различной интенсивности в сравнении с контролем и фоновыми условиями). Всего исследовано 5 пробных площадей (ПП) на территории Челябинской области и Башкортостана. На выбранных ПП оценивалось жизненное состояние древостоев согласно классификации В.А.Алексеева [1]. При анализе результатов учитывались климатические условия, а также комплексная характеристика интенсивности загрязненности территорий по состоянию атмосферного воздуха, водоемов и почвенного покрова.
В районе г. Златоуста ПП находится в условиях сильного загрязнения, так как расположена на расстоянии нескольких сот метров от промышленной зоны, в которую входят металлургический комбинат, завод металлоконструкций, абразивный завод и ряд других производств. Выбросы загрязняющих веществ от стационарных источников в г. Златоусте в годы исследований составляли 8-10 тыс. т в год., при высоком уровне загрязнения атмосферы (ИЗА-7.6). Данная ПП представлена взрослыми, в основном суховершинными деревьями, имеющими и другие многочисленные видимые повреждения, состояние древостоя на ней определено, как сильно ослабленное.
В районе г. Миасса ПП расположена на расстоянии 10 км от города, многочисленные промышленные предприятия которого выбрасывают в атмосферу около 10 тыс. т загрязняющих веществ в год. Из-за значительного удаления от города ПП подвержена только умеренному загрязнению, на ней, однако, уже имеются видимые повреждения деревьев, состояние древостоя определено как ослабленное.
В районе пос. Веселовка ПП находится на расстоянии 20 км южнее г. Златоуста, представлена средневозрастными деревьями, находящимися в отличном состоянии, использована нами как контрольная. Жизненное состояние древостоя определено как здоровое.
Другие ПП расположены в различных регионах Башкортостана: пос. Караидель - на северо-востоке, в районе Уфимского плато; пос. Зилаир - на юге, в районе Зилаирского плато. Жизненное состояние их древостоев здоровое, использованы нами для характеристики «фоновых» значений.
В качестве материала для проведения исследований использована меристематическая ткань проростков семян. В качестве методов использовали общепринятые рекомендации окрашивания ядрышек, адаптированные применительно к хвойным породам [7]. Давленые препараты изучали при помощи микроскопа ЛЮМАМ Р8, используя объективы х40 или х100. Исследовали с каждой пробной площади не менее 100 клеток (микрофотография клеток с ядрышками представлена на рисунке 1). В результате исследований определяли максимальное и среднее число ядрышек на клетку, а также показатели ядерно-ядрышковых отношений по весу их проекций на бумагу [5]. Статистическую обработку результатов проводили общепринятыми методами [3].
Результаты проведенных исследований показали, что среднее число ядрышек на клетку варьирует незначительно и составляет на различных ПП 2-3 ядрышка. Максимальное же число ядрышек на исследованных ПП варьирует от 4 до 6, причем наиболее высокое значение этого показателя наблюдается в условиях техногенного загрязнения.
В этих же условиях наблюдаются более низкие значения ядерно-ядрышковых отношений, они на 3-4 единицы ниже, чем в относительно чистых и оптимальных условиях (чем меньше этот показатель, тем больше объем ядрышек), что, несомненно, определяет тенденцию увеличения ак-
тивности ядрышкообразующей системы у лиственницы Сукачева в стрессовых условиях (таблица, рисунок 2). Полученные данные согласуются с результатами ранее проведенных исследований у лиственницы Сукачева ядрышкообразующих районов хромосом, анализ которых показывает наличие высокого полиморфизма по числу, частоте встречаемости и особенно локализации вторичных перетяжек в их кариотипах.
Рисунок 1. Микрофотография меристематических клеток лиственницы Сукачева с различным числом ядрышек
г. Златоуст г. Миас пос. Веселовка пос. Караидель пос. Зилаир
□ Среднее число ядрышек ^=1 Максимальное число ядрышек Ф Ядерно-ядрышковое отношение
Рисунок 2. Показатели ядрышковой активности лиственницы Сукачева из условий промышленного загрязнения и контроля
Таблица. Показатели ядрышковой активности у лиственницы Сукачева в различных экологических условиях
Местонахождение пробной площади Число ядрышек на клетку Ядерно-ядрышковое отношение
максимальное значение среднее значение +ошибка коэффициент вариации среднее значение +ошибка коэффициент вариации
г. Златоуст 6 2,73+0,08 28,00 8,64+0,29 33,10
г. Миасс 6 2,54+0,08 32,10 9,51+0,31 32,40
пос. Веселовка 5 2,34+0,09 36,50 12,85+0,47 36,20
пос. Караидель 5 2,56+0,08 39,10 12,75+0,48 37,65
пос. Зилаир 4 2,15+0,07 26,50 13.03+0,47 36,07
Примечание: * - умеренное загрязнение; ** - сильное загрязнение; без обозначений - контрольные и фоновые условия.
Вышеизложенное позволяет сделать вывод о том, что в стрессовых условиях у лиственницы Сукачева наблюдается увеличение функциональной активности ядрышковых организаторов хромосом, то есть активизируются механизмы, обеспечивающие организмам процессы адаптивных изменений. Ядрышкообразующая система данного вида яв-
ляется одним из важнейших элементов, с помощью которого осуществляется адаптация организмов в экологически неблагоприятных условиях. Исследованные показатели ядрышковой активности могут быть рекомендованы для оценки степени стрессового воздействия на насаждения лиственницы Сукачева при мониторинговых наблюдениях.
2.09.2013
Список литературы:
1. Алексеев В.А. Диагностика жизненного состояния деревьев и древостоев // Лесоведение. 1989. №4. С. 51-57.
2. Буторина А.К., Калаев В.Н. Анализ чувствительности различных критериев цитогенетического мониторинга // Экология. 2000. №3. С. 206-210.
3. Вольф В.Г. Статистическая обработка данных. М.: Колос, 1966. 255 с.
4. Дуброва Н.А. Ядрышковые организаторы хромосом как адаптивный элемент вида // Журнал общей биологии. 1989. Т. 50. №2. С 213-217.
5. Дуброва Н.А., Малахова Л.А., Карташова Н.Н. Сравнительно-кариологическое изучение двух видов рода Actaea L. в Западной Сибири // Черневая тайга и проблемы реликтов. Томск: Томс.пед.ин-т, 1979. С 60-67.
6. Муратова Е.Н. Кариосистематика семейства Pinaceae Lindl. Сибири и Дальнего Востока: Автореф. дисс. ... докт. биол. наук. Новосибирск, 1995. 32с.
7. Муратова Е.Н. Методики окрашивания ядрышек для кариологического анализа хвойных // Ботан. журн.. 1995. Т. 80. №2. С. 82-85.
8. Муратова Е.Н., Чубукина Н.Е. Кариологическое исследование лиственницы Сукачева (LarixsukaczewiiN. Dyl.): Нукле-олярные районы и структурные перестройки // Цитология и генетика. 1985. Т. 19. №6. С.419- 425.
9. Путенихин В.П., Фарукшина Г.Г., Шигапов З.Х. Лиственница Сукачева на Урале: изменчивость и популяционно-генетическая структура. М.: Наука, 2004. 276с.
Сведения об авторе:
Калашник Надежда Александровна, ведущий научный сотрудник лаборатории генетики и цитологии растений Федерального государственного бюджетного учреждения науки Ботанического сада-института Уфимского научного центра Российской академии, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник 450080, г.Уфа, ул. Менделеева 195, корп.3, е-mail: [email protected]; [email protected]
UDC 502.3: 582.475: 576.315.45 Kalashnik N.A.
Botanical Garden-Institute, Ufa Research Center Russian Academy of Sciences, e-mail: [email protected] FUNCTIONAL ACTIVITY OF NUCLEOLAR ORGANIZATION CHROMOSOMES IN LARIX SUKACZEWII UNDER TECHNOGENIC POLLUTION
Functional activity of nucleolar organization chromosomes have been studied in Larix sukaczewii under different ecological conditions (in areas with different levels of industrial pollution as compared to a control one). The results provide evidence for an enhancing of technogenic pollution on functional activity of nucleolar organization chromosomes in Larix sukaczewii.
Key words: nucleolar organization chromosomes, Larix sukaczewii, industrial pollution.
Bibliography:
1. Alekseev V.A. Diagnosis of living condition of trees and forest stands // Lesovedenie. 1989. №4. P 51-57.
2. Butorina A.K., Kalaev V.N. Sensitivity analysis of different criteria Cytogenetic monitoring // Ecology. 2000. №3. P. 206-210.
3. Wolf V.G. Statistical processing of the data. Moscow: Kolos, 19б6. 255 p.
4. Dubrova N.A. Nucleolar organizers of chromosomes as an adaptive element of the form // Journal of General Biology. 1989. T. 50. №2. P. 213-217.
5. Dubrova N.A., Malakhova L.A., Kartashova N.N. Comparative-karyological study of two species of the genus Actaea L. in West Siberia // Chernevaya tayga i problemy reliktov. Tomsk: Toms.ped.in-t, 1979. P 60-67.
6. Muratova E.N. Karyosystematics of family Pinaceae Lindl. Siberia and the Far East: Avtoref. diss. ... dokt. biol. nauk.
Novosibirsk, 1995. 32 p.
7. Muratova E.N. Nucleolar staining techniques for karyological analysis of coniferous // Botan. Zhurn.. 1995. T. 80. №2. P 82-85.
8. Muratova E.N., Chubukina N.E. Karyological study Larix Sukacheva (Larix sukaczewii N. Dyl.): Nukleolyarnye areas and structural adjustment // Tsitologiya i genetika. 1985. T. 19. №6. P419-425.
9. Putenikhin V.P, Farukshina G.G., Shigapov Z.H. Larix sukaczewii in the Urals: variability and population-genetic structure. Moscow: Nauka, 2004. 276 p.
