CC BY
96
РАЗДЕЛ VI
ЭКОЛОГИЯ
УДК 504.054.001
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ ГЕНОТОКСИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ВОДНЫХ ПРОБ ЕСТЕСТВЕННЫХ ИСТОЧНИКОВ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ РЕК ИРТЫШ И ОМЬ
А. М. Сизиков, канд. хим. наук, доц.*,
В. И. Нахаева, канд. с.-х. наук, доц.,** Т. В. Александрова,* аспирант *Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ), **Омский государственный педагогический университет
Аннотация: Анализ генотоксического эффекта водных проб естественных источников питьевой воды рек Иртыш и Омь в серии первичного скрининга показал, что вода реки Иртыш до и после водоподготовки обладает достаточно высоким уровнем токсичности по сравнению с водными пробами реки Омь, высокий уровень мутагенной активности, наоборот, характерен для водных проб, взятых из реки Омь, как до, так и после водоподготовки. Причиной тому может являться высокий уровень железа и гуминовых кислот, что не характерно для реки Иртыш.
Ключевые слова: ксенобиотики, первичный скрининг, питьевая вода, токсичность, хромосомные аберрации.
Введение
Проблема охраны окружающей среды от загрязнения продуктами деятельности человека уже давно из локальной и региональной превратилась в глобальную, затрагивающую все страны, все население Земли. Ежегодно мировое производство изготавливает миллиарды тонн разнообразных химических соединений. Прямым следствием этого является резкое увеличение химической нагрузки на биосферу, ее интенсивное загрязнение. Огромное количество отходов, сливается в реки, выбрасывается в воздух и загрязняет почву, а вследствие этого колоссальное количество чужеродных веществ - ксенобиотиков попадает в воду и пищевые продукты, и далее непосредственно в организм человека, нанося существенный вред его здоровью. Ксенобиотики могут оказывать токсическое, канцерогенное, тератогенное или аллергенное воздействия. Однако, наиболее опасны ксенобиотики, имеющие мутагенный эффект, так как они влияют на генофонд популяции и тем самым угрожают здоровью не настоящего поколения, а будущего.
Тяжёлая экологическая ситуация возникла и в крупных промышленных центрах Западной Сибири, в том числе и городе Омске. Омск находится в числе городов с высоким уровнем загряз-
нённости. В последнее время активное развитие промышленности привело к сильному загрязнению гидросферы, представленной в Омской области двумя крупными реками - Иртыш и Омь, за счёт промышленных выбросов предприятий электроэнергетики (73%), пищевой промышленности (19%), нефтепереработки (4%), транспорта (3%), машиностроения и металлообработки (2,1%) [5]. Река Иртыш является основным источником питьевой воды для города и области, а Омь в настоящее время используется для водоснабжения лишь некоторых районов Омской области: это Калачинский, Кормиловский и Нижнеомский районы. На данный момент часть водозаборов на реке Иртыш перестали функционировать, так как наблюдается резкое уменьшение глубины реки из-за строительства множества крупных водозаборов в Китае и Казахстане [4]. Данная ситуация усугубляется ещё и тем, что в последние десятилетия отмечается высокий уровень загрязнения реки. Основными загрязнителями, ежегодно превышающими предельно допустимые концентрации, являются соединения железа (1,5-2,8 ПДК), меди (3,6-4,1 ПДК), цинка (1,1-2,9 ПДК), марганца (16,5-20,3 ПдК), фенолы (2-3 ПДК), нефтепродукты (1,2-2 пДк), которые резко ухудшают качество питьевой воды [3].
В связи с этим в последнее время все чаще поднимаются вопросы о необходимости использования р. Омь как альтернативного источника питьевой воды. Однако, как и р. Иртыш, р. Омь имеет достаточно высокий уровень загрязненности, содержит значительно большее количество железа (3-4 ПДК) по сравнению с Иртышем, а также отличительной особенностью Оми является наличие в ней гуминовых кислот, высокое содержание которых приводит к тому, что показатели цветности и мутности ежегодно превышают предельно допустимые в 7-10 раз, окисляемости в 3-4 раза.
Высокая степень загрязненности обеих рек обуславливает необходимость водоподготов-ки, которая включает следующие стадии: механическое отстаивание, затем коагуляция солями алюминия, флокуляция, фильтрация и обеззараживание хлором. В результате проведения этой процедуры снижаются показатели окисляемости и цветности, но возрастает количество других вредных веществ, в частности солей алюминия и продуктов взаимодействия органических соединений с хлором, что может быть не менее вредно для человека, употребляющего данную воду как питьевую.
Исследования
Поэтому необходимо изучать такие показатели, отражающие качественные характеристики воды, как токсичность и мутагенность, на этапах водозабора и водоподготовки. Только на основании развернутого органолептического и химического анализа, а также генотоксического анализа, которому в последнее время уделяется все больше внимания, можно давать рекомендации по использованию воды в питьевых целях. Органолептический и химический анализ проводится на станции водоочистки, но, к сожалению, там невозможно организовать оценку качественных характеристик воды - токсичности и мутагенности. В связи с этим в лаборатории генетики кафедры «Ботаники, цитологии и генетики» ОмГПУ совместно с кафедрой «Инженерной экологии» СибАДИ было начато изучение генотоксического эффекта водных проб естественных источников питьевой воды рек Иртыш и Омь на этапах водозабора и разных этапах водоподготовки. На первом этапе такого исследования проводится оценка токсичного и мутагенного эффекта в серии первичного скрининга на растительной клетке, который является технически очень простым и недорогостоящим методом, позволяющим смоделировать дальнейшее изучение в серии тестов, требующих больших экономических и технических затрат.
В марте 2008 года был произведен забор воды непосредственно из реки Омь в районе р.п. Кормиловка и из реки Иртыш в районе с. Копейки-но Таврического района, а также были взяты пробы воды, прошедшей водоподготовку на Корми-ловской и Копейкинской станциях водоочистки.
Изучение четырех проб воды осуществлялось в сравнении с контролем, в качестве которого выступала дистиллированная вода. Тест-объектом являлись семена пшеницы сорта Омская 28, выращенной на чистом естественном фоне. Семена обрабатывались водными пробами при экспозиции 24 часа, после чего проращивались во влажных камерах - чашках Петри. На третий день проращивания снимались показатели энергии прорастания, на седьмой день - всхожести. Проросшими семенами считались такие, из которых корешки разошлись нормально, а один главный корешок имел длину не менее длины семени, росток должен был достигнуть по крайней мере 1/2 длины семян [2]. При достижении длины первичного корешка 11,5 см производилась фиксация, окрашивание по стандартной методике и этот материал использовался для приготовления временных давленных препаратов с целью изучения анна-и телофаз, сравнения нормы и патологии. Учитывались следующие разновидности патологии митоза, связанные с повреждением хромосом: фрагменты, хромосомные мосты, отстающие хромосомы, а также сочетанная патология [1].
При сравнении токсического эффекта водных проб с контрольным вариантом было установлено, что вода р. Иртыш до и после водо-подготовки обладает достаточно высоким уровнем токсичности (энергия прорастания 65,0% и 49,5%, соответственно) по сравнению с контролем (94,0%), который снижается при увеличении срока проращивания (всхожесть 93,5% и 92,0%, соответственно). Что касается воды р. Омь, то было установлено, что вода р. Омь, не прошедшая водоподготовку, не обладает токсическим эффектом (энергия прорастания 93,0%, всхожесть 95,0%) по сравнению с контролем (94%), а вода р. Омь после водоподготовки имеет слаботоксичный эффект (энергия прорастания 85,0%, всхожесть 85,0%) (таблица1).
По результатам изучения митотического режима клеток корневой меристемы пшеницы, обработанной водными пробами, было установлено, что самое большое количество патологий как в анафазе (5,66%), так и в телофазе (2,39%) по сравнению с контролем (0,60 в анафазу и 0,05 в телофазу) было зарегистрировано в водной пробе воды реки Омь после водоподготовки. Количество патологических анафаз (5,88%) в водной пробе
воды реки Омь до водоподготовки незначительно меньше и достоверно не различается, тогда как количество патологических телофаз (3,56%) в этом же варианте значительно уступает водной пробе река Омь после водоподготовки (различия достоверны). Количество патологических телофаз как до водоподготовки, так и после уступает количеству патологических анафаз. Намного меньший мутагенный эффект характерен для водных проб реки Иртыш. При этом отмечается следующая закономерность. Количество патологических анафаз до водоподготовки (3,00%) при сравнении с контролем (0,60%) незначительно превышает такой же показатель после водоподготовки (2,82%) Количество патологий в телофазах водных проб реки Иртыш составило 0,93% и 1,11%, что значительно меньше, чем анафаз с патологиями (таблица 2). Количественный анализ мутагенной активности водных проб показал, что наибольшая мутагенная активность характерна для реки Омь до и после водоподготовки.
Таблица 1 - Влияние различных вод на энергию прорастания и всхожесть зерен пшеницы сорта Омская 28, в %
* недостоверно;
**р < 0,05;
***р < 0,01;
****р < 0,001.
Выводы
Если учитывать высокий уровень мутагенной активности, зафиксированный по одному месяцу исследования, то необходимо организовать серию экспериментов по ежемесячному изучению
воды реки Омь, которая рассматривается сегодня как альтернативный источник питьевой воды, поэтому в перспективе при совместной работе двух кафедр будет проведена генотоксическая оценка водных проб реки Омь в течение 12 месяцев и выявлены месяца, для которых характерен наибольший уровень токсичности и мутагенности, а затем будет организовано изучение воды реки Омь в тест-системах на оценку хромосомных аберраций (лабораторные линии мышей) и генных мутаций (дрозофила).
Библиографический список
1. Алов И.А. Цитология и патология митоза. -М.: Медицина, 1972 г. - 264 с.
2. Майсурян А.Л. Растениеводство (лабораторное занятие). Изд 4-е, перераб. и доп. - М., Сель-хозгиз, 1960. - 384 с.
3. Официальный сайт «Окружающая среда России», http://eco.priroda.ru
4. © Омская Газета, http://www.omsknews.ru
5. Состояние окружающей среды Омской области в 2004 году/Госкомэкология Омской области -М.: Омск, 2005.
A comparative genotoxic analysis of drinking water samples from natural sources of Irtysh and Om rivers
A.M. Sizikov, V.I. Nakhaeva,
T.V. Aleksandrova
The initial screening assessment in order to genotoxic effect of the samples of drinking water natural sources (Irtysh and Om rivers) showed that, toxicity level of Irtysh river water before and after the water treating is higher then toxicity level of Om river water, but in Om river water the level of mutagenic activity (before and after the water treatment) is higher then in Irtysh water. The reason may be a high level of iron and humic acids, which is not characteristic to Irtysh River.
Статья поступила 04.09.2008 г.
Водные пробы Энергия прорастания Всхожесть
Контроль (дистиллированная вода) 94,0 94,0
Вода р. Омь до водоподготовки 93,0* 95,0*
Вода р. Омь после водоподготовки 85,0*** 85,0***
Вода р. Иртыш до водоподготовки 65,0**** 93,5*
Вода р. Иртыш после водоподготовки 49 б**** 92,0*
Таблица 2 - Митотический режим клеток корневой меристемы пшеницы
Водные пробы а н а а з а .О. телофаза
всего патологий всего патологий
Контроль (дистиллированная вода) 3,26±0,16 0,60±0,08 3,29±0,07 0,05±0,01
Вода р. Омь до водоподготовки 6,19±0,13 5,66±0,08**** 5,88±0,18 2,39±0,01****
Вода р. Омь после водоподготовки 5,88±0,10 5,85±0,12**** 5,68±0,09 3,56±0,07****
Вода р. Иртыш до водоподготовки 3,32±±0,15 3,00±0,10**** 3,31±0,08 0,93±0,04****
Вода р. Иртыш после водоподготовки 3,32±0,26 2,82±0,26**** 3,23±0,15 1,11 ±0,10****
* недостоверно; **p < 0,05;***p < 0,01;****p < 0,001.
