Анализ состояния биоресурсов в условиях антропогенного загрязнения окружающей среды с использованием крыс в качестве тест-системы

Скупневский, Сергей Валерьевич

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Анализ состояния биоресурсов в условиях антропогенного загрязнения окружающей среды с использованием крыс в качестве тест-системы
ВАК РФ 03.00.32, Биологические ресурсы

Автореферат диссертации по теме "Анализ состояния биоресурсов в условиях антропогенного загрязнения окружающей среды с использованием крыс в качестве тест-системы"

На правах рукописи

Скупневский Сергей Валерьевич

АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ БИОРЕСУРСОВ В УСЛОВИЯХ АНТРОПОГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КРЫС В КАЧЕСТВЕ ТЕСТ-СИСТЕМЫ

03.00.32 - биологические ресурсы

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Владикавказ 2006

Работа выполнена в Северо-Осетинском государственном университете

им. К.Л. Хетагурова

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор

Чопикашвили Лидия Васильевна

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор

Василиади Георгий Кузьмич

кандидат биологических наук, доцент Гревцова Светлана Алексеевна

Ведущая организация: Кабардино-Балкарский государственный

университет им. Х.М. Бербекова

Защита состоится 30 мая 2006 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета К 220.023.02 при ФГОУ ВПО «Горский государственный аграрный университет» по адресу: 362000, РСО-А, г. Владикавказ, ул. Кирова, 37, Горский ГАУ, факультет биотехнологии и стандартизации, компьютерный зал.

Тел. (8-8672) 53-99-26, факс (8-8672) 53-02-49.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Горский государственный аграрный университет».

Автореферат разослан 29 апреля 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат биологических наук, доцент

З.Л. Дзиццоева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. В условиях сложившейся неблагоприятной экологической ситуации проблема сохранения ресурсов биосферы стоит остро. Техногенные загрязнители в окружающей среде претерпевают химические превращения, в результате чего возникают новые соединения, токсичность которых может многократно превышать токсичность исходных веществ. Это требует проведения исследований, направленных на изучение биологической активности поллютантов и продуктов их трансформаций. Не менее важной является проблема комплексных экомониторинговых исследований, посвященных выявлению экотоксикантов в почвенном покрове, водных экосистемах, атмосферном воздухе. Для этого необходимы привлечение современных физико-химических методов анализа и разработка новой методической базы. Основу повышения безопасности природопользования составляют инженерные методы экологии, одним из ведущих компонентов которых является разработка технологий защиты водных систем.

Актуальность настоящей работы определяется сложной экологической обстановкой в Республике Северная Осетия, промышленный потенциал которой связан с добычей и переработкой руд цветных металлов, необходимостью научного обоснования практических рекомендаций и решений, направленных на уменьшение экологического риска для биосистем.

Цель работы заключается в экомониторинговых исследованиях техногенных загрязнителей, продуктов их химических трансформаций и защите окружающей среды.

Идея работы состоит в разработке научных основ оценки и прогнозирования биотоксичности химических загрязнителей, повышении эффективности экомониторинга, защите биоресурсов на базе экологически безопасной технологии очистки промстоков.

Задачи исследования:

1 .Изучение экотоксикологических свойств загрязнителей окружающей среды и продуктов их химических трансформаций.

2.Построение эколого-математической модели, описывающей реакции организмов млекопитающих на ионы токсичных металлов.

3.Проведение импактных экомониторинговых исследований распределения тяжелых металлов в окружающей среде РСО-А.

4.Снижение негативного техногенного воздействия на водные экосистемы.

РОС НАЦИОНАЛЫ!\Я БНЬТНОТЕКД С.-Петербург _

ОЭ 200^акт Л/ I

На защиту выносятся:

-выявленные закономерности биологической активности и тканевого распределения техногенных загрязнителей в органах млекопитающих;

-построенная на основе данных цитогенетического анализа эколого-математическая модель, описывающая мутагенные эффекты ионов тяжелых металлов в организме крыс линии

-данные локальных экомониторинговых исследований распределения тяжелых металлов в почве и водных системах РСО-Алания;

-созданная на базе экспериментальных исследований технология локальной очистки промстоков от ионов токсичных металлов и продуктов их трансформаций.

Методы исследования включают цитогенетический и биохимический анализ, микроскопию, математическое моделирование, дифференциальную импульсную полярографию (ДИТТ), спектрофотометрию (СФ), масс-спектрометрию с индуктивно связанной плазмой (1СР-М8), пот енциометрию.

Объектами исследования являются беспородные белые крысы и крысы линии Wistar (109 животных), образцы почвы, водных объектов и воздушные пробы, отобранные в экологически неблагоприятных районах РСО-А.

Научная новизна:

-выявлены закономерности распределения и биоконцентрирования ионов Сс1(Н), 7.п(Н) и их цианидных комплексов в органах млекопитающих; мутагенный эффект СсР', Ъп2+ и координационных соединений, отвечающих системам: Ре^-СЫ; Ре2+-С1М ; Ре^-БСЫ"; Ре2+-8СК~; СсР-О«!; Zn2+-CN, их влияние на процесс эритропоэза; реакции ферментов антиоксидантной системы защиты: кагалазы и церулоплазмина на совместное поступление ионов кадмия (II) и цинка (II);

-построена математическая модель, описывающая токсическое действие ионов тяжелых металлов на геном млекопитающих;

-разработаны оригинальные высокочувствительные методики избирательного вольгамперометрического определения микропримесей мышьяка в пылегазовых выбросах промышленных предприятий и атмосферном воздухе; сурьмы, свинца и меди в почве; ионов свинца, меди, кадмия, цинка, мышьяка в поверхностных водах и промстоках;

-показана эффективность использования полиакрилонитрильных сорбентов для глубокой очистки промстоков и рудничных вод от ионов Zn2+, С<12+, РЬ2\ Си21, №2+, Со2, и координационных соединений в системах:

Си2"-Ру; №2+-Ру; №2^Тт;№2+ БОГ;№2+-С14'; Со^-Тт; Со2+-8СК"; Со2+-СК ; Сс12+-<^ , где Ру - пиридин, Тт - тиомочевина.

Научное значение работы состоит в изучении широкого спектра биологической активности техногенных загрязнителей и продуктов их химических трансформаций на млекопитающих, разработке теоретических основ и методической базы контроля экотоксикантов в окружающей среде, построении эколого-математической модели, описывающей воздействие тяжелых металлов на организм крыс линии \Vistar, теоретическом и экспериментальном обосновании методов глубокой сорбционной очистки промстоков от ионов тяжелых металлов и их координационных соединений с помощью хемосорбентов.

Практическая значимость:

1.Выявленные в ходе экотоксикологических исследований зависимости найдут применение для прогнозирования негативного действия на организм млекопитающих тяжелых металлов и продуктов их химических трансформаций в окружающей среде.

2.Внедрение в природоохранную практику Отдела охраны окружающей среды (ОООС) завода «Электроцинк» (г. Владикавказ) разработанной методики контроля мышьяка в атмосферном воздухе способствует снижению загрязнения и улучшению условий труда рабочих.

3 .Полученные в результате экомониториншвых исследований данные о локальных распределениях тяжелых ме1аллов в почве и водных системах РСО-А, а также разработанные методики контроля экотоксикантов могут быть использованы при разработке стратегии реабилитации нарушенных экосистем республики.

4.Внедрение разработанной технологии локальной сорбционной очистки рудничных и сточных вод позволит снизить концентрацию экотоксикантов в промстоках до уровня ПДК и сохранить качество биоресурсов.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается высокой сходимостью экспериментальных данных, полученных различными (независимыми) методами анализа; результатами лабораторных исследований и испытаний, обработанными с применением методов математической статистики и теории ошибок.

Всероссийских научно-практических конференциях «Химическое загрязнение среды обитания и проблемы реабилитации нарушенных экосистем», «Новые химические технологии: производство и применение» и «Окружающая среда и здоровье» (г. Пенза 2004, 2005 гг.).

Внедрение результатов исследования. В ОООС завода «Электроцинк» внедрена методика контроля мышьяка в атмосфере и промышленном воздухе. Полученные в работе результаты исследований внедрены в учебный процесс Северо-Осетинского госуниверситета им. K.JI. Хетагурова.

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 8 печатных работ, отражающих основные позиции.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 149 источников, в том числе 14 на иностранных языках, и приложения. Основное содержание изложено на 127 страницах машинописного текста, иллюстрированного 23 таблицами и 31 рисунком.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Материалы и методы исследования

Объектом исследования являлись белые беспородные крысы (30 животных) и крысы линии Wistar (79 животных). Минимальное число животных в опытных и контрольных группах составляло 5. Анализ органов на содержание тяжелых металлов проводился по стандартным методикам (Крюкова 'Г.А. и др., 1959; Сендел Е. 1964). Цитогенетический анализ проводился по типовым методикам (Руководство по краткосрочным тестам для выявления мутагенных и канцерогенных веществ, 1989; Перепечаев Л.Я. и др., 1987). Биохимический анализ крови осуществлялся в соответствии с руководствами, изложенными в (Камышников B.C., 2003; Справочник по лабораторным методам исследования, 2003).

Образцы почвы, водные и воздушные пробы отбирались в экологически неблагоприятных районах РСО-А с учетом требований изложенных в (ГОСТ 17.4.4.02-84; ГОСТ 17.4.3.03-85; Лурье Ю.Ю., 1984; Методические указания на определение вредных веществ в воздухе, 1981; РД 52.04.186-89). Проанализировано свыше 300 образцов, в которых количественно определены мышьяк, сурьма, свинец, медь, цинк, кадмий. В исследованиях преимущественно использованы разработанные методики электрохимического (полярографического) анализа, правильность которых

подтверждена независимыми физико-химическими методами (СФ, 1СР-МБ).

2. Экологический биомониторинг техногенных загрязнителей с использованием крыс в качестве тест-системы Мутагенная активность, тканевое распределение ионов кадмия, цинка и их цианидных комплексов. Тяжелые металлы являются приоритетными загрязнителями окружающей среды и представляют наибольшую опасность для сохранения качества и устойчивого развития биоресурсов. Поступающие в открытый водный бассейн сточные воды промышленных предприятий содержат в своем составе ионы тяжелых металлов и лиганды различной природы (цианид-, роданид-ионы, тиомочевину и др.). В результате химических взаимодействий образуются комплексные соединения, токсичность которых может носить синергетический характер. В этой связи изучение биологической активности экотоксикантов и продуктов их трансформаций на млекопитающих - важная и актуальная задача.

Изучение генотоксических свойств и тканевого распределения кадмия, цинка и их цианидных комплексов проводилось на 30 белых беспородных красых, разделенных на 6 равных групп. Крысам из пяти опытных групп вводились простые или комплексные формы металлов (М2+:С1Ч -1:4 мольное), шестая группа - контрольная. По истечении опытного периода животные забивались. В табл. 1 представлены усредненные данные анализов органов, полученные независимыми методами дифференциальной импульсной полярографии и спектрофотометрии.

Таблица 1

Локализация ионов кадмия и цинка в организме крыс (мг/кг органа, мг/л крови)

Ор)ан I ipynna (ввели 33 мг/кг Cd2+) II группа (ввели 28 мг/кг СсР-СЫ)' III группа (ввели 38 мг/кг Zn2') IV группг (ввели 28 мг/кг Zn2" CN")* V группа (ввели 250 мг/кг Cd2+) VI группа (контроль)

Печень 1,903 2,045 7,990 2,771 1,968 -

±0,011 ±0,009 ±0,221 ±0,018 ±0,014

Почки 2,845 7,154 11,022 25,630 13,421 -

±0,015 ±0,011 ±0,019 ±0,128 ±0,097

Селезенка 0, 549 7,025 12,17 13,317 5,333 -

±0,007 ±0,013 ±0,045 ±0,057 ±0,020

Кровь 1,601 3,088 0,710 4,162 4,761 -

+0,016 ±0,008 ±0,006 ±0,016 ±0,036

В пересчете на металл.

Как видно, главным депо металлов являются почки и печень, что связано с высоким уровнем кровоснабжения, большой поверхностью эпителия, длительным контактом ксенобиотиков и продуктов их метаболизма с эндотелием. Накопление в данных органах связано с синтезом металлотионеина, содержащего два координационных центра. Первый высоко аффинен к цинку, второй - к кадмию. Биоаккумуляция цианидных комплексов выражена ярче, что может объясняться реакциями обмена, в результате которых образуются прочные гексацианоферраты и происходит включение цинка и кадмия в протопорфирин IX. Это подтверждается данными анализа крови.

Изучение хромосомных аберраций (ХА) проводили методом учета в метафазах митотического деления клеток костного мозга млекопитающих (табл. 2, рис. 1).

Таблица 2

Мутагенный эффект 2п(Н), Сс1(П) и их цианидных комплексов (р=0,05)

Варианты экспериушта Обиее количество Ml* Копи-чалво ШсХА Кши-чэсгво ХА %ХА ±ш ОкюрХА

о.ф аф ДНИ пол.

I группа 1000 140 140 141=1,7 110 10 0 20

II группа 1000 218 220 2212,1 175 14 2 29

Ш группа 1000 130 130 13±1,7 87 21 0 22

IVrpynm 1000 200 200 20tl,6 147 26 0 27

V груши 1000 190 190 1ЗД,3 170 8 0 12

VI группа 1000 30 30 3±1,2 24 3 0 3

Спектр ХА в основном представлен одиночными (о.ф.) и парными фрагментами (п.ф.),

полиплоидией (пол.) и в меньшей мере -дицентриками (диц.). При этом наибольшей мутагенной активностью обладают цианидные комплексы металлов. Ионы кадмия (И) и цинка (II), а также их комплексные формы

способны образовывать

ill IV Номер группы Рис. 1. Генотоксический эффект солей кадмия, цинка и их цианидных комплексов.

донорно-акцепторные связи с нуклеотидами, что приводит в конечном счете к разрывам в цепочках ДНК. Характер ХА свидетельствует о том, что изучаемые ксенобиотики индуцируют аберрации хромосомного и хроматидного типов .

Таким образом, анализируемые соединения действуют на все фазы жизненного цикла клетки, ингибируют систему репарации, что приводит к фиксированию обратимых изменений ДНК в истинные мутации в последующих поколениях.

Изучение процессов кластогенеза и эритропоэза на крысах при введении соединений Fe(IT) и Fe(III) с цианид- и роданид-ионами. Указанные соединения железа образуются во всех сточных водах гальванопокрытий, обогатительных фабрик и др. Для прогнозирования сценариев развития биосистем в условиях антропогенного загрязнения цианидными и роданидными комплексами железа (II), (III) необходимо изучение их биологической активности.

Выявление кластогенных, то есть приводящих к разрывам нитей ДНК, свойств комплексов железа осуществлялось с помощью микроядерного теста in vivo на 25 самцах крыс линии Wístar. Затравками служили свежеприготовленные растворы соответствующих солей в соотношении Fen+:L=1:6 мольное (Ь=лиганд). Растворы вводились зондом внутрижелудочно в течение двух недель. Выход микроядер (МЯ) фиксировали в нормохромных эритроцитах - НХЭ (рис. 2). Забор крови методом венепункции осуществлялся спустя двадцать пять часов с момента последней экспозиции животных.

Анализ НХЭ проводился с использованием масляной иммерсии. Одновременно велся подсчет полихроматофильных эритроцитов - ПХЭ д*. , У " (ретикулоцитов) для выявления динамики их образования. Результаты приведены в табл. 3.

В целом, тестируемые соединения обладают слабовыраженной токсичностью (число поврежденных клеток в различных \ популяциях млекопитающих в норме

колеблется в пределах 0-0,2%). Данные таблицы свидетельствуют, что цианидные комплексы Fe(II) и Fe(III) проявляют Рис. 2. Нормохромные большую биологическую активность, чем эритроциты (показано роданоферраты. Равновесные процессы микроядро).

■Ж

характеризуются ступенчатой диссоциацией координационных соединений в растворе, в результате чего происходит отщепление лигандов. Кислая среда желудка способствует сдвигу равновесия вправо, то есть в сторону образования простых форм. Ввиду того что цианид-ионы обладают большей токсичностью, железо-роданистые комплексы дают меньший выход поврежденных эритроцитов.

Таблица 3

Влияние комплексов железа (И, III) с ионами CN и SCN на процессы кластогенеза и эритропоэза (р=0,05)

Варианты эксперимента (ввели 30 мг/кг по Fenv) Число [гроаналши-рованных эритроцитов Уровень поврежденных кгаегок,% Содержание ПЮ,%

Fe2'-CN" 20000 0,078±0,011 0,61010,025

Fc-m 20000 0,041±0,009 0,72ih0,023

Fe'-SCN" 20000 0,022*0,010 0,750±0,041

Fe^-iSCNT 20000 0,016й0,009 0,87(Ь0,034

КЬшрогть 20000 0 0,800*0,031

Если сравнивать эффекты Ре(П)-Ь и Ре(Ш)-Ь, то можно видеть, что низшая степень окисления характеризуется большим кластогенным эффектом. Так как речь идет о центральном ионе в разной степени окисления, плотно экранированном в составе октаэдрического комплекса, контакт с окислителем или восстановителем возможен, по Б.Н. Некрасову, за счет обратимого отрыва одного из координированных заместителей с образованием «дырки». Последующее взаимодействие с окислителями и восстановителями может в отдельных случаях проходить через образование свободных радикалов. Соединения железа (III) характеризуются большей устойчивостью, следовательно, образование реакционно-способных частиц для них менее вероятно.

Как показывает общий анализ эритроцитов, тестируемые соединения не вызывают особых изменений в активности костного мозга, восстанавливающего популяцию эритроцитов. Число ретикулоцитов вполне соответствует норме. Данный факт может быть объяснен низкой биодоступностью железа, связанного в прочные координационные соединения.

Реакции антиоксидантной системы защиты на комплексное поступлении ионов С<1(11) и гп(П) в организм крыс линии \Vistar. Ионы

тяжелых металлов способны индуцировать образование активных радикальных форм в организме. Это приводит к нарушению динамического равновесия между системами перекисного окисления липидов и антиоксидантной защиты (АОЗ). В этой связи изучение ответных реакций ферментов АОЗ на комплексное поступление в организм млекопитающих наиболее характерных для РСО-А загрязнителей является актуальной задачей.

Эксперимент проводился на крысах линии \Vistar. Тридцать животных были разделены на пять равных групп. Затравки растворов тяжелых металлов вводились внутрижелудочно: первой группе - по 8 мг/кг 7п(П) + 4 мг/кг Сс1(Н); второй - 8 мг/кг 7п(П) 4 12 мг/кг Сс1(11); третьей - 16 мг/кг 7п(П) + 4 мг/кг Сс1(11); четвертой - 16 мг/кг гп(П) + 12 мг/кг Сс1(11); пятой -дистиллированная вода. Через 30 часов под общим наркозом производился забор крови из сердца (для определения энзиматической активности и гемоглобина) и из хвоста (для подсчета числа эритроцитов в камере Гаряева).

Изучение активности катализы (КТ). Каталаза является гемопротеидом, катализирует реакцию разложения эндогенной перекиси водорода и локализована в пероксисомах. Определение активности КТ проводилось по методу Баха и Зубковой в красных клетках крови. Результаты приведены в табл. 4 и на рис. 3.

Таблица 4

Результаты исследования каталазной активности в крови млекопитающих после введения солей цинка и кадмия (р=0,05)

№ группы Каталазное число (КЧ) Число эритроцитов, X млн в 1 мм3 Показатель каталазы (КЧ/Х)

I 10,Ш,9 8,22±0,41 1,24±0,12

11 8,43±0,48 1,06±0,08

III 8,0±0,4 8,04±0,52 1,00±0,07

IV 6,8=«),5 8,02±0,32 0,85±0,08

V 15,4±0,9 8,37±0,41 1,83±0,06

Можно предпо-ложить, что инактивация энзима вызывается реакциями замещения гемового железа, являющегося активным центром каталазы, с одной стороны, и денатурацией апофермента под влиянием солей тяжелых металлов, с другой стороны.

го

I Г)

§• 75 н

о;

х <и

л X

25-

Изучение активности церулоплазмина (ЦП). Церулоплазмии (медная оксидаза) способен

ферментативно окислять различные полиалкоголи, полифенолы, полиамины и другие токсины. В последнее время было обнаружено, что

он

восстанавливает

супероксидные радикалы, то есть обладает

супероксиддисмутазной активностью. Но в отличие от этого фермента ЦП Рис. 3. Влияние ионов С<1(И) и 2п(П) функционирует в плазме и на ферментативную активность каталазы. перехватывает

свободнорадикальные формы кислорода, предохраняя от их повреждающего действия липидсодержащие биоструктуры.

Определение активности ЦП проводилось по методу Равина. Уровень гемоглобина (НЬ) в крови измерялся гемиглобинцианидным методом (ОгаЬкт). Результаты представлены на рис. 4-5.

150"

<о

СО

£ 125-со

О.

о: юо

аз х а> 5 о

<и с 0) н О

100-

Г)

о. 75 с.

О) I

а> 5

л X

а> с <в ь О

50-

25 -

х/х/^Ч

Рис. 4. Влияние ионов цинка и Рис. 5. Влияние ионов цинка и

кадмия на ферментативную активность кадмия на уровень гемоглобина в церулоплазмина. крови млекопитающих.

Из представленных данных видно, что поступление тяжелых металлов в организм вызывает быстрые и глубокие патологические изменения. Низкие дозы ионов кадмия и цинка (группы I и II) приводят к инактивации ферментной активности церулоплазмина. Это может объясняться образованием прочных комплексов белкового компонента с поллютантами. Повышение активности в группах III и IV может быть объяснено адаптивным ответом организма, находящимся в кризисных условиях. Известно, что ЦП относится к белкам острой фазы и его концентрация резко возрастает в период максимальной выраженности анемии различного генезиса, что подтверждается данными рис. 5. Возрастание концентрации 1Щ фиксируется также при деструктивных и некротических процессах в тканях, которые могут иметь место при введении высоких концентраций солей тяжелых металлов.

Полученные данные изменения ферментативной активности можно экстраполировать на другие белковые молекулы, составляющие основу живых организмов. Прежде чем выключиться из метаболического цикла (образование металлотионеиновых комплексов и др.), ионы тяжелых металлов вызывают множественные нарушения: изменяют активность ферментов, проницаемость биомембран, способствуют накоплению АФК, изменяют уровень гемоглобина в крови и т.д. Это ведет в конечном счете к деградации биологических ресурсов.

Математическое моделирование генотоксического эффекта ионов цинка (II) и кадмия (II). Методы планирования экспериментов являются наиболее эффективными при изучении биологических объектов как сложных систем, т.к. позволяют обрабатывать массив экспериментальных данных и получать зависимость функции отклика (У) от варьируемых параметров (х) в виде полинома.

Функцией отклика в данной работе выступала частота возникновения мутаций у крыс при воздействии солей тяжелых металлов (ТМ). Управляемыми параметрами х1 служили концентрации вводимых экотоксикантов (табл. 5).

Таблица 5

Результаты исследования мутагенного эффекта солей ТМ

№ Уровни факторов, х, Средние арифметические значения функции отклика У,

С/.пШ), мг/кг Оэд), мг/кг

1 1,2 0,6 0,18

2 1,2 1,8 0,20

3 2,4 0,6 0,22

4 ! 2,4 1,8 0,25

Факторы нормировались, а их уровни кодировались (+1) - верхний, (-1) - нижний на основании соотношения

ХГ(ХГХ«)/АХГ =

где 2п°~ 1,8 мг/кг; Сс/°= 1,2 мг/кг; А '¿п-З мг/кг; А Сё~~Ъ мг/кг. На основании полученных данных составлялась исходная матрица планирования (X) в кодированном виде. Результатом произведения исходной и транспонированной (Л7) матриц является информационная мафица, из которой рассчитывались коэффициенты регрессии (В):

м 0,25 0 0 ' '0,85 ' 0,2Г

В = ь\ = (ХТХ)~ 1(Х ТУ) = 0 0,25 0 0,09 = 0,02

V 2 , о 0 0,25 0,05 \ ' > 0,01 V /

Переходом от кодированных значений факторов к натуральным получено окончательное выражение математической модели:

7 = 0,21 + 0,+ = 13 + 0,03ги + 0,02СУ . (3)

По величине коэффициентов регрессии можно сделать вывод о том, что соли кадмия и цинка обладают сопоставимым генотоксическим эффектом. Это находится в полном соответствии с данными, полученными при раздельном введении в организм экотоксикантов (рис. 1). Из выражения (3) видно, что поступление тяжелых металлов в организм вызывает патологические изменения аддитивного характера. Возникающий мутационный груз в соматических клетках может приводить к их перерождению, т.е. индуцировать канцерогенез.

Проверка статистической гипотезы проводилась на основании оценки результатов исследований по критерию Стьюдента (для каждого животного подсчитывали по 4 000 эритроцитов в микроядерном тесте) и воспроизводимости значений функции отклика Г по кри герию Кохрена (для 6 животных из каждой серии). Полученные данные (при уровне значимости <7=0,05) отличались достоверностью (С6=0,400<С359=0,598). Среднее значение дисперсии по всем строкам матрицы планирования не превысило значения 0,009, что говорит о хорошей воспроизводимости эксперимента.

3. Химический экомоииторинг объектов окружающей среды РСО-А

Контроль мышьяка в атмосферном воздухе и пылегашвых выбросах. Соединения мышьяка являются высокотоксичными и

присутствуют в промвыбросах предприятий свинцово-цинковой отрасли. В условиях сложной орографии дальность переноса может достигать 200 км от источников эмиссии, что неизбежно сопряжено с деградацией экосистем. В этой связи разработка и внедрение в природоохранную практику методики оперативного контроля мышьяка в воздушном бассейне - актуальная задача, способствующая снижению негативного антропогенного воздействия на ресурсы биосферы.

Для повышения избирательности и чувствительности контроля методом ДИГТ соединений мышьяка в промышленных выбросах, содержащих Си, Pb, Bi, Cd и маскирующих вольтамперную кривую As(III), использован метод селективной экстракции мышьяка хлороформом на стадии %„,,% пробоподготовки. Для

iooi перевода соединений

As(V) в электрохимически активную форму As(III) нами предложено вводить в систему сульфат гидразина и бромид калия в качестве катализатора (табл. 6). Согласно экспериментальным данным, степень

извлечения (е) AsCl3 го j составляет 99,2-99,8% (рис.

6). При этом ионы тяжелых металлов соэкстракции не подвергаются. Минерализация хлорида мышьяка (III)

осуществляется дистиллированной водой.

Содержание

60'

-тО 10 20 30 40 50 60 70 80 и

Рис. 6. Зависимость степени извлечения Аз(1П) хлороформом из системы Н20:НС1:Н2804= 2:7:2 (по объему) + 5 г/л 1Ч2Н4хН25 04 + 1 г/л КВг, от времени экстракции.

мышьяка в пылях обычно высокое, поэтому определение ведется в прямом режиме ДИП (рис. 7, кривая 3). Контроль микропримесей в воздухе необходимо проводить методом катодной инверсионной вольтамперометрии (КИВА). При этом накопление на СРКЭ осуществляется в виде арсенида меди:

2Ая3~ + ЗСи(Н& + 6е = Си/х2 + 3(4)

—г—

-I—

-г-

—Г-

для чего в состав фонового электролита вводятся ионы Cu(II). Сконцентрированный арсенид меди (III) при последующей катодной развертке потенциала восстанавливается согласно уравнению Cu/s2 + 6Н+ + 3Hg + бе = 2AsH} + 3Cu(Hg). (5) При этом фиксируется аналитический сигнал в виде пика, высота которого пропорцио-Рис. 7. ДИП кривые мышьяка. Прямой нальна концентрации режим, фон 0,1 М HCl: 1-фон; 2-[As3+]=5 мг/л; 3- As(III) в растворе (рис. 7, [As3f]=5 мг/л, [Pb2+]=[Cu2+]=[Bi3+]= 10 мг/л (после кривая 6). экстракции AsCl3). Инверсионный режим 0^=30 В таблице 6

с), фон 0,1 М HCl + 50 мг/л Cu(ll): 4-фон; 5- приведены основные [As3+]-0,l мг/л; 6-[As3+]= 0,1 мг/л, [СсР]=0,5 мг/ характеристики л (после экстракции AsCl3). разработанных методик

полярографического контроля техногенных загрязнителей в объектах окружающей среды.

Таблица 6

Основные характеристики вольтамперометрических методик анализа

•051 -020 -031 -0 20 -051 -020 -095 -0 55 -0 95 -055 <195 -0 55

V, П

Контролируемый элемент, (метод измерения) Условия пробоподготовки Состав фонового электролита Развертка ф, В Ф пика, В С, мг/л Относительная ошибка, %

Атмосферный и промышленный воздух, пылсгазовые выб] юсы

As (ДИП) Концентрирование на АФА-ВП-20; перевод в раствор и экстракция мышьяка СНС1з из смеси Н20:Н280„:НС1 = 2 2:7 + 5 |/л К'гВДЬЗСМ! г/л КВг. минерализация водой 0,1 М HCl (-0,20)-(-0,51) -0,42 0-10 4,06

As (КИВА) « « 0,1 М НС1 + 50 мг/л Cu(Il) (-0,55)-(-0,95) -0,71 0-0,01; 0-0,50 4,10

Таблица 6 (продолжение)

Контролируемый элемент, (метол измерения) Условия пробоподготовки Состав фонового электролиса Развертка ц>, В Ф пика, В С, мг/л Относительная ошибка, %

Промышленные стоки

As (ДИП) - 0,1 М НС1 + (-0,45)- -0,41 0-10 0,44

0,5 М (NH4)2C204 (-0,75)

As - 0,1 М HCl 50 (-0,55)- -0,73 0-0,05 1,66

(КИВА) мг/л Cu(II) + 0,5 М (nh4)2c2o4 (-0,95)

Рудничные и природные воды

РЬ (АЙВА') Экстракция 0,05% раствором .. _ .. ,»»• H2Dz в ХФ ; минерализация 0,1 М HCl 0,1 М HCl (-0,25)-(-0,53) -0,41 0-1,0; 0-10,0 2,13

Cd « « 0,1 MNH4CI + (-0,42)- -0,77 0-1,0; 3,11

(АЙВА) 0,1 М NH4OH (-0,85) 0-10,0

Zn « « 0,1 MNH4CI + (-1,00)- -1,30 0-1,0; 4,11

(АЙВА) 0,1 MNH4OH (-1,41) 0-10,0

Си (АЙВА) Экстракция 0,05% раствором H2Dz в ХФ; минерализация 0,1 MNH4OH 0,1 MNH4C1 + 0,1 М NH„OH (-0,20)-(-0,50) -0,48 0-1,0; 0-10,0 3,89

Почва

Си (АЙВА) Экстракция 0,1% раствором H2Dz в ХФ (рН=1-2); минерализация фоном 0,1 MNH„OH v 0,1 М NH4C1 (-0,55)-(-0,15) -0,34 0-0,01; 0-0,50 0,19

Sb Предваритель- 4 М HCl (-0,30)- -0,13 0-0,01; 2,21

(АЙВА) ное отделение . . Си(Щ_ (-0,05) 0-0,50

РЬ « « 4 М HCl (-0,55)- -0,46 0-0,01; 1,02

(АЙВА) (-0,25) 0-0,50

'Анодная инверсионная вольтамперометрия; "дитизон: "'хлороформ.

Испытания методик проводили на промышленных пробах сточных вод и пылегазовых выбросов, на рудничных и поверхностных водах, образцах

почвы. В качестве контрольных использованы методы СФ и 1СР-МЯ.

Изучение распределения тяжелых металлов в педосфере.

Следствием техногенеза в Республике Северная Осетия является экологическая дестабилизация, связанная, в первую очередь, с загрязнением почвы тяжелыми металлами. Проблема усугубляется тем, что доля нарушенных земель составляет 36% от общей площади, а система экомониторинговых наблюдений развита очень слабо. В этой связи оценка локального распределения приоритетных экотоксикантов в местах, связанных с техногенной деятельностью, является важной и актуальной экоаналитической задачей.

Объектом исследования являлись образцы почвы, которые отбирали и готовили к анализу на содержание тяжелых металлов в соответствии с требованиями ГОСТ. Измерения проводили методом ДИП на СРКЭ в прямом или инверсионном режимах (табл. 6). Результаты анализов приведены в табл. 7, на рис. 8 а, 8 б.

Таблица 7

Содержание тяжелых металлов в почве РСО-А

Место отбора пробы Содержание вешрства в образце, мг/кг

Медь Кадмий Свинец 11)днк

Дендрарий 13,5310,05 7,96±0,04 45,88±0,04 79,62±0,05

АО «Электроцинк»: р-н 4 461,35 316,50 361,42 56685,40

обжигового цеха ±0,08 ±0,04 ±0,06 ±0,08

АО «Элеюроиинк»: р-н 949,36 499,60 14 788,45 12460,44

свинцового цеха ±0,02 ±0,06 ±0,11 ±0,23

Р-н рудников (с. В. Унал) 6,50±0,05 0,81 ±0,01 39,32±0,03 77,50±0,07

Берег р. Ардон 12,32 0,97 190,00 110,00

(напротив с. В. Унал) ±0,11 ±0,09 ±0,14 ±0,13

Въезд в хвосгохранилшцр (р- 18,75 4,09 923,52 182,35

н с. В. Унал) ±0,04 ±0,05 ±0,14 ±0,11

Р-нОФс. В. Фиагдон 257,76 0,99 898,88 503,11

±0,14 ±0,04 ±0,12 ±0,П

Хвосшхранилищг 13,64 - 23,29 95,01

(с. В. Фиагдон) ±0,14 ±0,05 ±0,06

с. Цмити 3,30±0,04 - - 12,78±0,02

Р-нМОФ 34,00 7,69 609,20 1425,00

±0,12 ±0,07 ±0,14 ±0,27

с. Садон (у рудников) 12,50 0,63 161,86 35,71

±0,12 ±0,02 ±0,13 ±0,09

с. Нузал (у часовни) 22,92±0,07 0,10±0,01 84,96Ш,05 90,71±0,08

25000-

Рис. 8 а. Распределение меди и цинка в почвах РСО-А.

11ЛС10 г

О О "О О л О

\ \\\

Ч- V

Рис. 8 б. Распределение кадмия и свинца в почвах РСО-А.

Из представленных данных видно, что наиболее неблагоприятной зоной является территория завода «Электроцинк», где содержание цинка превышает значение ОДК в 1030 раз. Как и следовало ожидать, почвы в районах хранилищ хвостов, Мизурской обогатительной фабрики (МОФ), Садонского свинцово-цинкового комбината являются значительно загрязненными в сравнении с почвами с. Цмити, значительно удаленного от промышленных центров. Полученные данные характерны для всех регионов России, связанных с добычей и переработкой руды. Они позволяют оценить экологическую ситуацию в целом и могуг быть использованы при прогнозировании последствий влияния техногенеза на качество биоресурсов.

Экомониторинговые исследования содержания техногенных загрязнителей в водных объектах. В основу изучения содержания ионов Си(П), РЬ(П), С(1(П) и Zn(П) в исследуемых растворах положены разработанные в данной работе методики экстракционно-полярографического контроля, обеспечивающие определение валового содержания анализируемых элементов в водной среде, независимо от форм их нахождения (табл. 6). Объектом анализа являлись поверхностные воды РСО-А (табл. 8).

Таблица 8

Содержание тяжелых металлов в водных объектах РСО-А

Место отбора пробы Содержание загрязняющих веществ, мг/л

Медь Кадмий Свинец Цинк

р. Ардон (р-н с. Н. Унал) 0,0250 ±0,0012 0,0018 ±0,0002 0,0500 ±0,0021 0,0400 ±0,0015

Хвостохранилище (р-н с. Н. Унал) 0,2310 ±0,0035 0,0408 ±0,0089 2,4316 ±0,0146 2,3807 ±0,0103

Хвостохранилище (р-н с. В. Фиагдон) 0,0311 ±0,0008 0,0228 ±0,0031 13,0945 ±0,0125 0,0519 ±0,0037

Русло гидротранспорта (Фиагдонская ОФ) 0,0934 -И),0037 0,0139 ±0,0007 0,1185 ±0,0027 0,0222 ±0,0019

Р-н Фиагдоноской ОФ (дренажные воды отвалов руды) 4,5829 ±0,0034 1,6729 ±0,0072 0,2535 ±0,0013 34,0421 ±0,0091

Условно чистые воды - р. Собачья балка (колодец № 25, АО «Электроцинк») 0,1138 ±0,0071 0,1264 ±0,0012 0,1561 ±0,0022 1,1253 ±0,0091

Рудничные воды (р-н с. Холст) 0,0293 ±0,0013 0,0137 ±0,0011 0,0683 4 0,0054 1,6848 ±0,0182

Из представленных данных видно, что наибольшую угрозу для

водного бассейна республики представляют хвостохранилища (с. В. Унал, В. Фиагдон) и дренажные воды отвалов свинцово-цинкового концентрата, расположенных в районе Фиагдонской ОФ (выведенной из эксплуатации). С учетом больших объемов накопленных токсических веществ необходима разработка комплексной схемы их утилизации, которая должна включать стадии доизвлечения тяжелых металлов (обезвреживание), закладку шахт, использование в строительстве и др.

4. Инженерные методы защиты биологических ресурсов

Разработка технологии очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов. В основе всех мероприятий снижения негативного антропогенного влияния на биосистемы лежит повышение эффективности очистки промсбросов. Перспективным в данном направлении является использование экологически безопасных технологий очистки, основанных на использовании полиакрилонитрильных сорбентов, которые разрабатывались изначально для космической промышленности СССР.

Экспериментально изучена возможность использования ПАН волокон для очистки водных растворов от ионов 7л12+, СсР, РЬ2', Си2+, №2', Со2+. Изучение статической обменной емкости (СОЕ) катеонита КН-1 и анионита АС-1 (рис. 9) проводилось при 1=20 С (рис. 10).

Из рис. 10 видно, что используемый материал обладает высокими сорбционными характеристиками в отношении ионов тяжелых металлов. Как видно, по способности сорбироваться на катионите КН-1, ионы металлов располагаются в ряд: РЬ2+> Н&2+> Си2+> СсР> 2п2'> Со2,> №2'. Значение СОЕ ионов тяжелых металлов возрастает при увеличении рН и достигает

—СНг—СН— СНг—СН—

максимального значения при рН 6,5.

АС-1

Экспериментально

—СН2—СН— СН,—СН—СН,—СН—

| КН-1

доказано, что катионит КН-1 является универсальным средством очистки сложных по составу растворов. За счет применения многостадийных схем фильтрации можно

добиться

сильнозагрязненных растворов.

Показано, что кислотно-щелочная регенерация

очистки

Рис. 9. Элементарные звенья ПАН

сорбентов.

насыщенных ионами тяжелых металлов ПАН фильтров может быть осуществлена последовательной обработкой 1% НС1 и 1% ШОИ.

Проведенные на промышленных пробах шахтных вод Холстинского месторождения и

промстоков завода

«Электроцинк» лабораторные испытания разработанной технологии очистки от ионов тяжелых металлов показали, что концентрации техногенных веществ снижены до уровня 0,005-0,010 мг/л при использовании 1-3

Рис. 10. Кинетические кривые сорбции стадийной схемы (У=1000 ионов тяжелых металлов катионитомКН-1 (рН мл, тф=1 г, /п2'~0,90-4,12, 5,5-6,0). Си2+=0,06-1,18, РЬ2^=0,02-

1,83, С(12+=0,01-0,97 мг/л). Изучение сорбции продуктов химических трансформаций ионов тяжелых металлов. Широкое применение в процессах флотационного обогащения получили такие реагенты, как пиридин, гиомочевина и др. В результате химического взаимодействия образуются координационные соединения, токсичность которых, как показано на рис. 1, может быть выше, чем образующих их ионов тяжелых металлов.

В работе экспериментально показана возможность очистки водных растворов от комплексных соединений в системах Си2+-Ру, Мг'-Ру, №2+-Тт, Ni2+-SCN , №2+-СК, Со2+-Тт, Со2+-5СМ", Со2'-С1Ч", СсР-СТчГ. Комплексообразование в системе ион металла-лиганд и сорбцию комплексов ПАН ионитами изучали методами спектрофотометрии (растворитель вода) и вольтамперометрии (фон 0,1 М раствор КЫОэ). О процессах комплексообразования судили по появлению нового максимума в

■электронном спектре поглощения (ЭСП) по сравнению с максимумами поглощения простых веществ, смещению потенциалов ДИП пиков в катодную или анодную область, изменению их высоты.

В табл. 9 представлены полученные аналитические характеристики простых и координационных соединений (КС) ионов переходных металлов. Эти данные положены в основу их селективного контроля при изучении процессов сорбции на КН-1 и АС-1. Приведены также результаты очистки водных растворов ог аква- и комплексных ионов с помощью ПАН фильтров.

Таблица 9

Результаты спектрофотометрическох о и полярографическою изучения комплексообразования в системах и результаты очистки водных растворов

ПАН сорбентами

Система СФ ДИП Степень сорбции,

Х%

^тахэ нм Е^хтах Н„, мм Фп, В КН-1 АС-1

Си'+ 811 0,160 56 -0,77 46,8

Си2'-Ру 811 0,483 95 -0,89 51,2

399 662 0,815 0,108 22 -0,90 23,6

№2+-Ру 377 620 1,819 0,850 240 -0,72 32,2

№2+-Тт 399 405 667 0,255 0,145 0,103 9 -0,97 24,4

396 408 660 0,495 0,244 0,217 15 -0,99 36,3

№2"-С1\Г 388 0,442 - - 17,4

507 0,349 35 -1,35 38,4

Со^-Ру 507 0,882 -0,75 39,6

Со2'-Тт 522 0,220 134 -1,19 42,6

Со^ОГ 518 0,836 29 -1,12 39,8 9,1

Со'+-С>Г 457 616 798 0,708 0,190 1,086 15,8

- - 40 -0,68 -

СсГ-СЫ~ - - 31 -0,57 11,0

Из экспериментальных данных видно, что КС сорбируются ПАН материалами более эффективно, чем их свободные компоненты. Можно полагать, что кроме ионообменного механизма сорбции, который возможен для ионов металлов, проявляется донорно-акцепторное и электростатическое взаимодействие матрицы полимерных ионитов с координационными соединениями в системах ион металла - лиганд.

Эффективная очистка растворов, содержащих соединения СсР-СТЧ, Со2+-8СЫ , , Со2МНИ (1-3 г/л по металлу) может быть достигнута

4-5 стадийной фильтрацией через АС-1. На рис. 11 это показано на примере системы Со2'-СК.

Значения СОЕ на КН-1 составляют: Си2'-Ру -132,6; Со2'-Тт - 87,8; №2+-8СЫ -81,9; №'-Ру - 68,2 мг/г; на АС-1: №2+-С]М - 33,3; Со2+-СК -27,2; ; СсР-СЫ" - 22,8; Со'^СИ - 15,4 мг/г.

Рис. 11. Влияние числа стадий очистки (п) фильтром АС-1 водного раствора Со2+-СН на характер электронных спектров поглощения: 1 - до очистки; 2- п^ 1; 3- п=2; 4- п=3 (шф=2,0 г; ССо2ь=3 г/л; У=50 мл).

Таким образом, применение полиакрилонитрильных фильтров позволяет обеспечить эффективную очистку промстоков и рудничных вод от техногенных загрязнителей различной природы, что служит основой сохранения качества и устойчивого развития биогеоценозов.

Выводы

В диссертации на базе теоретических и экспериментальных работ с использованием интегрального подхода, включающего цитогенетический и биохимический анализ, математическое моделирование, экотоксикологические исследования, физико-химические методы контроля и высокоэффективные сорбционные материалы, предложены перспективные решения актуальной проблемы сохранения ресурсов биосферы. Основные научные выводы и практические результаты работы заключаются в следующем.

1 .Изучены закономерности биоаккумуляции ионов С(1(Н), Ъп(II) и их цианидных координационных соединений в органах крыс. Выявлены мутагенный и кластогенный эффекты простых и комплексных ионов тяжелых металлов (Сс!(П), 2п(Н), Сс1(П>-СГМ, 7п(П)-С*(, Ре(Н)-СЫ, Ре(П)-8СК", Ре(Ш)-CN, Ре(Ш)-8СК ), их воздействие на процесс эри гропоэза.

2 На крысах линии исследованы адаптивный ответ ферментов антиоксидантной защиты (каталазы, церулоплазмина) и изменение уровня гемоглобина в крови при поступлении ионов кадмия и цинка в организм.

3.Построена эколого-математическая модель, описывающая мутагенное действие солей тяжелых металлов. Установлено, что ионы 7п2+ и Сс12+ обладают сопоставимой генотоксичностью, а их одновременное поступление в организм млекопитающих не вызывает синергетических эффектов.

4. Выявлены локальные распределения тяжелых металлов в почве РСО-А в местах с повышенной антропогенной нагрузкой, что служит основой практических рекомендаций по снижению экологического риска для биогеоценозов.

5.На основании проведенных экомониторинговых исследований содержания Си(П), Сс1(П), РЬ(П), Zn(U) в водных объектах РСО-А сделана оценка состояния водного бассейна республики в зоне действия предприятий цветной металлургии, указаны основные источники угрозы экологической дестабилизации.

6.Разработаны высокоселективные методики полярографического определения Си(Н), Сс1(11), РЬ(П), 2п(П), Ау(Ш) в рудничных и поверхностных водах, БЬ, РЬ, Си в почве. Методика контроля Ав в атмосферном и промышленном воздухе внедрена в Отдел охраны окружающей среды завода «Электроцинк», что обеспечило повышение экологической безопасности и улучшение условий труда рабочих.

7.Разработана технология локальной очистки промстоков и рудничных вод с помощью полиакрилонитрильных волокон от 7,п2\ Сй2\ РЬ2+, Си2+, №2+, Со2+. Показана возможность применения ПАН фильтров для извлечения из водных растворов комплексов тяжелых металлов с

флотореагентами в системах Cu2f-Py, Ni2+-Py, Ni2'-Tm, Ni2+-SCN, Ni2J-CN, Co2'-Tm, Co2"-SCN, Co2*-CN, Cd2+-CN, что служит основой сохранения биоресурсов.

Список публикаций

1 .Скупневский C.B., Боровков Г.А., Монастырская В.И. Ускоренное вольтамперометрическое определение мышьяка в пылегазовых выбросах свинцово-цинкового производства // Тез. докл. II Всерос. научн.-практич. конф. «Горно-металлургический комплекс России: состояние, перспективы развития». Владикавказ, 2003. С. 400-402.

2.Боровков Г.А., Монасшрская В.И., Плиева JI.X., Скупневский C.B. Вольтамперометрический контроль мышьяка в промышленных сточных водах и пылегазовых выбросах цветной металлургии // Тез. докл. II Всерос. научн.-практич. конф. «Химическое загрязнение среды обитания и проблемы реабилитации нарушенных экосистем». Пенза, 2004. С. 36-40.

Ю.Монастырская В.И., Боровков Г.А., Плиева JT.X., Скупневский C.B. Инверсионное вольтамперометрическое определение ксанюгенат-ионов в промстоках цветной металлургии // Тез. докл. II Всерос. научн.-практич. конф. «Химическое загрязнение среды обитания и проблемы реабилитации нарушенных экосистем». Пенза, 2004. С. 132-134.

З.Чопикашвили J1.B., Скупневский C.B., Руруа Ф.К. Сравнительное изучение тканевого распределения и мутагенной активности ионов кадмия и цинка с их цианидными комплексами // Владикавказский медико-биологический вестник. T. IV. Вып. 8. 2004, С. 81-84.

4.Скупневский C.B., Чопикашвили Л.В., Руруа Ф.К., Сысоева С.Н., Гадиев А.В. Распределение ионов кадмия и кобальта в организме // Тез. докл. Пленума «Современные проблемы медицины окружающей среды». Москва,

2004. С. 226-228.

5.Скупневский C.B. О возможности очистки промстоков от ионов тяжелых металлов и их координационных соединений // Тез. докл. VII Всерос. научн.-технич. конф. «Новые химические технологии: производство и применение». Пенза, 2005. С. 101-103.

6.Скупневский C.B. Математическое моделирование поведения экотоксикантов в окружающей среде // Тез. докл. II Всерос. научн.-пракгич. конф. «Окружающая среда и здоровье». Пенза, 2005. С. 86-89.

7.Скупневский C.B. Мутагенная активность цианидных и роданидных комплексов Fe(II) и Fe(III) // Тез. докл. II Всерос. научн.-практич. конф. «Окружающая среда и здоровье». Пенза, 2005. С. 89-91.

8. Скупневский C.B., Чшиева Ф.Т. О возможности применения метода полярографии при проведении фармакокинетических исследований висмутсодержащих препаратов // Матер, пленума «Экологически обусловленные ущербы здоровью: методология, значения и перспективы оценки», Москва,

2005. С. 508-510.

Сдано в набор 18 04 2006 г, подписано в печать 27 04 2006 г Г арнитура 1 аимс Печать трафаретная Формат 60x84 1/16 Бумага офсешая Уел пен л 1,5 Тираж 100 экз Заказ №28

Типография ООО НПКП «МЛВР» Лицензия Серия ПД X« 01107, 362040,1 Владикавказ, ул Августовских событий, 8, тел 44-19-31

£ООв А

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Скупневский, Сергей Валерьевич

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ЭКОСИСТЕМ В УСЛОВИЯХ АНТРОПОГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ. ЗАЩИТА ОКРУЖАЮЩЕЙ

СРЕДЫ (состояние вопроса).

1.1. Экологические последствия хозяйственной деятельности человека

1.2. Экомониторинговые исследования техногенных загрязнителей.

1.3. Повышение безопасности природопользования.

Выводы.

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.

ГЛАВА 3. ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕХНОГЕНЕЗА НА БИОСИСТЕМЫ

И ПРИРОДНУЮ СРЕДУ РСО-А.

3.1. Мутагенная активность, тканевое распределение ионов кадмия, цинка и их цианидных комплексов.

3.2. Изучение кластогенных свойств соединений Ре(П) и Ре(Ш) с цианиди роданид-ионами.

3.3. Реакции антиоксидантной системы защиты на комплексное поступление ионов Сс1(И) и Хп(\1) в организм крыс линии \Vistar.

3.4. Математическое моделирование генотоксических эффектов ионов цинка и кадмия.

3.5. Изучение распределения тяжелых металлов в педосфере.

3.6. Экоаналитические исследования поверхностных вод на содержание техногенных загрязнителей.

3.7. Повышение эффективности экомониторинга соединений мышьяка в промвыбросах предприятий цветной металлургии.

3.7.1. Разработка методики экстракционно-полярографического определения Аб в атмосферном воздухе и пылегазовых выбросах.

3.7.2. Анализ мышьяка в сточных водах. ф Выводы.

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА ИНЖЕНЕРНЫХ МЕТОДОВ ЗАЩИТЫ

БИОРЕСУРСОВ.

4.1. Изучение сорбционной очистки промстоков от ионов тяжелых металлов.

4.2. Изучение сорбции продуктов химических трансформаций ионов тяжелых металлов.

Выводы.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Анализ состояния биоресурсов в условиях антропогенного загрязнения окружающей среды с использованием крыс в качестве тест-системы"

Задачи исследования:

1.Изучение экотоксикологических свойств загрязнителей окружающей среды и продуктов их химических трансформаций.

4.Снижение негативного техногенного воздействия на водные экосистемы.

На защиту выносятся:

-результаты исследования биологической активности и тканевого распределения техногенных загрязнителей;

-построенная на основе данных цитогенетического анализа эколого-математическая модель, описывающая мутагенные эффекты ионов тяжелых металлов;

-данные локальных экомониторинговых исследований распределения тяжелых металлов в почве и водных системах PCO-Алания;

-созданная на базе экспериментальных исследований технология локальной очистки промстоков от ионов токсичных металлов и продуктов их реакций.

Методы исследования включают цитогенетический и биохимический анализ, микроскопию, математическое моделирование, дифференциальную импульсную полярографию (ДИП), спектрофотометрию (СФ), масс-спектрометрию с индуктивно связанной плазмой (ICP-MS), потенциометрию.

Научная новизна:

-выявлены закономерности распределения и биоконцентрирования ионов

Сс1(И), 2п(П) и их цианидных комплексов в органах млекопитающих; мутагенный эффект С<12+, и координационных соединений, отвечающих системам: Ре3+-С*Г; Ре2+-СЫ~; Ре3+-8С*Г; Ре2+-8СЫ~; Сс12+-С>Г; Хп2+- С>Г, их влияние на процесс эритропоэза; реакции ферментов антиоксидантной системы защиты: каталазы и церулоплазмина на совместное поступление ионов кадмия (И) и цинка

И);

-построена математическая модель, описывающая генотоксическое действие ионов тяжелых металлов;

-разработаны оригинальные высокочувствительные методики избирательного вольтамперометрического определения микропримесей мышьяка в пылегазовых выбросах промышленных предприятий и атмосферном воздухе; сурьмы, свинца и меди в почве; ионов свинца, меди, кадмия, цинка, мышьяка в поверхностных водах и промстоках;

-показана эффективность использования полиакрилонитрильных сорбентов для глубокой очистки промстоков и рудничных вод от ионов , Сй2+,

Л ^ I ^ I ^ I Л | Л |

РЬ , Си , N1 , Со и координационных соединений в системах: Си - Ру; № -Ру; №2+-Тт; №2+-8СЫ~; №2+-СМ~; Со2+-Тт; Со2+-8С>Г; Со2+-СЫ~; Сй2+-СЪГ, где Ру - пиридин, Тт - тиомочевина.

Научное значение работы состоит в изучении широкого спектра биологической активности техногенных загрязнителей и продуктов их химических трансформаций, разработке теоретических основ и методической базы контроля экотоксикантов в окружающей среде, построении эколого-математической модели, описывающей воздействие тяжелых металлов на организм, теоретическом и экспериментальном обосновании методов глубокой сорбционной очистки промстоков от ионов тяжелых металлов и их координационных соединений с помощью хемосорбентов.

Практическая значимость:

3.Полученные в результате экомониторинговых исследований данные о локальных распределениях тяжелых металлов в почве и водных системах РСО-А, а также разработанные методики контроля экотоксикантов могут быть использованы при разработке стратегии реабилитации нарушенных экосистем республики.

Апробация работы. Основные положения и результаты докладывались на IV Международной конференции «Устойчивое развитие горных территорий» (г. Владикавказ, 2003 г.); Пленуме «Современные проблемы медицины окружающей среды» (г. Москва, 2004 г.); II и VII Всероссийских научно-практических конференциях «Химическое загрязнение среды обитания и проблемы реабилитации нарушенных экосистем», «Новые химические технологии: производство и применение» и «Окружающая среда и здоровье» (г. Пенза 2004, 2005 гг.).

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 7 печатных работ, отражающих основные результаты.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 149 источников, в том числе 14 на иностранных языках, и приложения. Основное содержание изложено на 128 страницах машинописного текста, иллюстрированного 23 таблицами и 31 рисунком.

Заключение Диссертация по теме "Биологические ресурсы", Скупневский, Сергей Валерьевич

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

В диссертации на базе теоретических и экспериментальных работ с использованием цитогенетического и биохимического анализа, математического моделирования, экотоксикологических исследований, физико-химических методов контроля и высокоэффективных сорбционных материалов предложены перспективные решения актуальной проблемы сохранения ресурсов биосферы. Основные научные выводы и практические результаты работы заключаются в следующем.

1.Изучены закономерности биоаккумуляции ионов Сс1(И), Zn(ll) и их цианидных координационных соединений в органах крыс. Выявлены мутагенный и кластогенный эффекты простых и комплексных ионов тяжелых металлов (Сс1(И), 2п(П), Сс1(П)-С*Г, 2п(И)-С>Г, Ре(П)-С>Г, Ре(И)-8С>Г, Ре(Ш)

Ре(111)-8С]М-), их воздействие на процесс эритропоэза.

2.На крысах линии \Vistar исследованы адаптивный ответ ферментов антиоксидантной защиты и изменение уровня гемоглобина в крови при поступлении ионов кадмия и цинка в организм.

3.Построена эколого-математическая модель, описывающая мутагенное ч I I действие солей тяжелых металлов. Установлено, что ионы Ъл и Сё обладают сопоставимой генотоксичностью, а их одновременное поступление в организм млекопитающих не вызывает синергетических эффектов.

4.Выявлены локальные распределения тяжелых металлов в почве РСО-А в местах с повышенной антропогенной нагрузкой, что служит основой практических рекомендаций по снижению экологического риска для биогеоценозов.

5.На основании проведенных экомониторинговых исследований содержания Си(Н), Сс1(Н), РЬ(Н), 2п(Н) в водных объектах РСО-А сделана оценка состояния водного бассейна республики в зоне действия предприятий цветной металлургии, указаны основные источники угрозы экологической дестабилизации.

6.Разработаны высокоселективные методики полярографического определения Си(П), Сс1(Н), РЬ(Н), 2п(И), АбСШ) в рудничных и поверхностных водах, БЬ, РЬ, Си в почве. Методика контроля Аб в атмосферном и промышленном воздухе внедрена в Отдел охраны окружающей среды завода «Электроцинк», что обеспечило повышение экологической безопасности и улучшение условий труда рабочих.

7.Разработана технология локальной очистки промстоков и рудничных вод

Л I Л | ^ | Л I Л Л I с помощью полиакрилонитрильных волокон от Н§ ,Ъ\ , Ссг , РЬ , Си , № , Со . Показана возможность применения ПАН фильтров для извлечения из водных растворов комплексов тяжелых металлов с флотореагентами в системах Си2+-Ру, №2+-Ру, №2+-Тт, №2+-8С>Г, №2+-СЫ, Со2+-Тш, Со2+-8СК", Со2+-СЫ~,

СсГ-СИ что служит основой сохранения биоресурсов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проблема сохранения качества биоресурсов является комплексной и многоплановой. Для ее решения осуществлена интеграция различных научных дисциплин, объединяемых экологической составляющей. Область исследований выбрана с учетом неблагоприятной экологической обстановки, сложившейся в Республике Северная Осетия, промышленный потенциал которой связан с добычей и переработкой полиметаллических руд.

Первый этап составляют исследования биологической активности экотоксикантов и продуктов их химических трансформаций. Выбор используемых тест-систем и мишеней, на которые может быть направлено действие изучаемых соединений, определялся с целью возможной экстраполяции на homo sapiens и других высших животных.

Второй этап включает проведение химического экомониторинга объектов окружающей среды РСО-А в районах, испытывающих повышенную техногенную нагрузку. Для этого был использован один из наиболее совершенных аналитических методов - дифференциальная импульсная полярография (вольтамперометрия), обладающая высокой чувствительностью и избирательностью. Ввиду сложности анализируемых объектов в ряде случаев в основу экоаналитических исследований положены разработанные методики анализа.

Третий этап - разработка практических рекомендаций, направленных на снижение антропогенного загрязнения окружающей среды. Использован прогрессивный подход, основанный на сорбционной очистке промстоков и рудничных вод от ионов тяжелых металлов и продуктов их химических трансформаций с помощью полиакрилонитрильных фильтров.

Экспериментально установлено, что комплексные соединения кадмия и цинка с цианид-ионами обладают большей биологической активностью, чем ионы тяжелых металлов, их образующие. Это проявляется в первую очередь в повышенной способности координационных соединений к биоаккумулированию в тканях млекопитающих. Основные мишени - почки и печень. В результате этого могут нарушаться физиологические функции, выполняемые этими органами: выделительная, пищеварительная, обмена веществ, барьерная -детоксикация метаболитов, задержка микробов и т.д. Очень серьезные нарушения происходят на генетическом уровне, что фиксируется в виде хромосомных аберраций. Их отдаленными последствиями будут индуцированный канцерогенез и накопление мутационного груза в популяции. Свойства комплексов могут объясняться повышенной реакционной способностью, включением в гем с замещением ионов железа, большей диффузией через биологические мембраны и др.

Цианидные и роданидные координационные соединения железа (И) и (III) в исследованиях на крысах проявили низкую токсичность. Цитогенетический анализ и изучение эритропоэза показали, что эти соединения обладают малой биодоступностью. Данный факт объясняется их повышенной термодинамической устойчивостью.

На примере ферментов антиоксидантной системы защиты (каталазы и церулоплазмина) продемонстрировано влияние на белковые молекулы солей кадмия и цинка. Изменения, вызываемые токсичными металлами, происходят достаточно быстро и приводят к глубоким патологическим нарушениям. Степень ингибирования каталазной активности пропорциональна вводимой концентрации металлов. Это приводит к накоплению эндогенной перекиси водорода в эритроцитах и образованию активных радикалов, окисляющих молекулы гемоглобина, что подтверждено падением его уровня в крови. Церулоплазмин обладает полифункциональными свойствами и относится к белкам острой фазы.

В этой связи ответные реакции организма определяются дозой вводимых ксенобиотиков: низкие концентрации вызывают процессы ингибирования энзиматической активности, высокие - порождают адаптивный ответ, вследствие чего уровень фермента в крови резко возрастает.

На основе методов планирования эксперимента построена эколого-математическая модель, описывающая мутагенные эффекты ионов кадмия и цинка. Полученное выражение позволяет сделать вывод о характере и степени вызываемых генетических нарушений: совместное поступление токсичных "металлов приводит к аддитивному повреждению генома, причем, судя по коэффициентам регрессии, токсичность элементов сопоставима. Достоверность выражения математической модели подтверждается независимыми -цитогенетическими исследованиями.

С помощью метода вольтамперометрии проведены локальные экомониторинговые исследования почвенного покрова и поверхностных вод РСО-А. Обследованы районы, подвергающиеся наибольшему загрязнению -предприятиями горно-добывающего комплекса: хранилища хвостов флотационного обогащения, обогатительные фабрики, территории заводов и комбинатов, рудники и др. Анализ отобранных проб на содержание свинца, меди, цинка, кадмия, сурьмы, проведенный с использованием разработанных методик, показал, что наиболее загрязненными являются почвенный покров завода «Электроцинк» и дренажные воды отвалов руды, расположенных в районе Фиагдонской ОФ. Значимость полученных результатов определяется тем, что аналогичный характер загрязнения будет наблюдаться и в других регионах России, где ведется добыча и переработка минерального сырья.

Разработанная методика экстракционно-полярографического определения мышьяка в атмосферном воздухе и пылегазовых выбросах предприятий цветной металлургии внедрена в Отдел охраны окружающей среды завода

Электроцинк». Это привело к повышению оперативности контроля и предупреждению сверхнормативных выбросов в окружающую среду.

Экспериментально доказана перспективность использования полиакрилонитрильных материалов для глубокой очистки сточных вод от широкого спектра техногенных загрязнителей: ионов тяжелых металлов и их комплексных соединений с веществами, присутствующими в сточных водах металлургических предприятий. Изучены сорбционные характеристики ПАН фильтров, оптимальные значения рН, возможность очистки многокомпонентных, сильнозагрязненных растворов, регенерация сорбентов и утилизация десорбированных компонентов. Лабораторные испытания технологии проведены на промстоках завода «Электроцинк» и шахтных водах Холстинского месторождения. Во всех случаях концентрации ионов тяжелых металлов доведены до уровня ПДК и ниже.

Таким образом, использован интегративный подход к решению проблемы оценки и сохранения качества ресурсов биосферы. Проведены экотоксикологический анализ и химический мониторинг техногенных загрязнителей, предложены инженерные методы защиты окружающей среды. Данное направление требует дальнейших исследований, а полученные результаты будут использованы при разработке концепции устойчивого развития экосистем.

114

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Скупневский, Сергей Валерьевич, Владикавказ

1. Мазур И.И., Молдаванов О.И. Курс инженерной экологии. М.: Высшая школа, 2001. 510 с.

2. Потапов А.Д. Экология. М.: Высшая школа, 2004. 446 с.

3. Реймерс Н. Ф. Природопользование. М: Мысль, 1995. 637с.

4. Павлов А.Н. Экология: Рациональное природопользование и безопасность жизнедеятельности. М.: Высшая школа, 2005. 343 с.

5. Алексеенко В.А. Жизнедеятельность и биосфера. М.: Логос, 2005.230 с. З.Бигон М., Харпер Дж., Таунсед К. Экология. Особи, популяции исообщества: В 2 т. Т. 1. М.: Мир, 1989. 667 с.

6. Хотунцев Ю.Л. Экология и экологическая безопасность. М.: Академия, 2004. 480 с.

7. Родзевич H.H. Геоэкология и природопользование. М.: Дрофа, 2003. 256с.

8. Карлович И.А. Геоэкология. М.: Академический проект, 2004. 704 с. Ю.Арустамов Э.А., Левакова И.В., Баркалова Н.В. Экологически основы-природопользования. М.: Экологические основы природопользования. М.: Дашков и К, 2005. 280 с.

9. П.Степановских A.C. Прикладная экология: охрана окружающей среды. М.: ЮНИТИ, 2005.751 с.

10. Карлович И.А. Геоэкология. М.: Альма-Матер, 2005. 512 с.

11. Волков С.Н. Геохимическая эволюция кадмия в естественном и техническом циклах миграции // Техногенез и биогеохимическая эволюция таксонов биосферы. М.: Наука, 2003. С. 113-140.

12. Н.Мамин Р.Г. Безопасность природопользования и экология здоровья. М.: Юнити-Дана, 2003.240 с.

13. Дедков Ю.М. Современные проблемы аналитической химии сточных вод // Российский химический журнал. 2002. Т. XLVI. № 4. С. 11-17.16.0сновы аналитической химии: В 2 т. Т. 1. Под. ред. Ю.А. Золотова. М.: Высшая школа, 1996. 383 с.

14. Namiesnik J. Trace analysis challenges and problems // Critical Reviews in Analytical Chemistry. 2002. V. 32. Iss. 4. P. 271-300.

15. Balarama Krishna M. V., Arunachalam J. Trace element analysis of high purity arsenic through vapour phase dissolution and ICP-QMS // Talanta. 2003. V. 59, Iss. 3. P. 485-492.

16. Abbas M. N., Mostafa G. A. E. New triiodomercurate-modified carbon paste electrode for the potentiometric determination of mercury // Analytica Chimica Acta. 2003. V. 478. Iss. 2. P. 329-335/

17. Aragon P., Atienza J., Climent M.D. Analysis of organic compounds in air: a review // Critical Reviews in Analytical Chemistry. 2000. V. 30. Iss. 2-3. P. 121-151.

18. Химия окружающей среды. Под ред. Дж.О.М. Бокриса. М.: Химия, 1982.672 с.

19. Электроаналитические методы в контроле окружающей среды. Под ред. Р. Кальводы. М.: Химия, 1990.240 с.

20. Пешкова В.М., Громова М.И. Методы абсорбционной спектроскопии в аналитической химии. М.: Высшая школа, 1976. 280 с.

21. Лопатин Б.А. Теоретические основы электрохимических методов анализа. М.: Высшая школа, 1975. 295 с.

22. Брайнина Х.З., Нейман Е.Я., Слепушкин В.В. Инверсионные электроаналитические методы. М.: Химия, 1988.240 с.

23. Нейман Е.Я., Драчева JI.B. Адсорбционная инверсионная вольтамперометрия // Журнал аналитической химии. 1990. Т.45. Вып. 2. С. 222237.

24. Прохорова Г.В., Иванов В.М., Бондарь Д.А. Адсорбционная инверсионная вольтамперометрия природных и биологических объектов // Вестник Московского университета. 1998. Сер. 2. Химия. Т. 39. № 4. С. 219-223.

25. Свинцова JI. Д., Чернышова H. Н. Расширение возможностей применения метода инверсионной вольтамперометрии в анализе объектов окружающей среды с электрохимической пробоподготовкой // Заводская лаборатория. 2001. № 11. С. 11-16.

26. Егоренков Л.И., Кочуров Б.И. Геоэкология. М.: Финансы и статистика, 2005. 320 с.

27. Бочков Н.П. Клиническая генетика. М.: ГЭОТАР-МЕД, 2004. 480 с.

28. Сингер М., Берг П. Гены и геномы: В 2 т. Т. 1. М.: Мир, 1998. 373 с.

29. Асанов А.Ю. и др. Основы генетики и наследственные нарушения развития у детей. М.: Академия, 2003. 224 с.

30. Биология: В 2 т. Т. 1. Под ред. В.Н. Ярыгина. М.: Высшая школа, 2003.432 с.

31. Владимирская Е.Б. Биологические основы противоопухолевой терапии. М.: Агат-Мед, 2001. 110 с.

32. Абилев С.К. Современное состояние использования краткосрочных тестов для выявления мутагенов и канцерогенов окружающей среды // Актуальные проблемы медицины и биологии. Т. 2. 2003. С. 45-47.

33. Методы общей бактериологии: В 3 т. Т. 2. Под ред. Ф. Герхардта и др. М.: Мир, 1984. 472 с.

34. Азарова C.B. и др. Генетическая оценка биологического влияния отходов горнодобывающих предприятий республики Хакасия с использованием

35. Drosophila melanogaster // Актуальные проблемы биологии, медицины и экологии. Т. 3. № 1.2004. С. 13-16.

36. Культура животных клеток. Методы. Под ред. Р. Фрешни. М.: Мир, 1989. 333 с.

37. Адамс Р. Методы культуры клеток для биохимиков. М.: Мир, 1983. 263с.

38. Азарова C.B. и др. Сравнительная оценка токсичности отходов горнодобывающих предприятий с использованием методов цитогенетического и генетического анализа // Актуальные проблемы биологии, медицины и экологии. Т. 3. 2004. № 1.С. 9-12.

39. Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия. М.: Медицина, 1998.704 с.

40. Перепечаев Л.Я., Новикова H.A., Плотникова Н.И. Методические указания к проведению практикума по биологии и генетике. Томск: ТГУ, 1987. 114 с.

41. Руководство по краткосрочным тестам для выявления мутагенных и канцерогенных химических веществ // Гигиенические критерии состояния окружающей среды. № 51. ВОЗ. Женева, 1989. 212 с.

42. Экология. Под ред. Г.В. Тягунова и Ю.Г. Ярошенко. М.: Логос, 2005.504 с.

43. Колесников С.И. Основы экологии для инженеров. М.: Феникс, 2003.346 с.

44. Смирнов Д.Н., Генкин В,Е. Очистка сточных вод в процессах обработки металлов. М.: Металлургия, 1980. 196 с.

45. Ласкорин Б.Н., Барский Л.А., Персиц В.З. Безотходная технология переработки минерального сырья. М.: Недра, 1984. 334 с.

46. Небера В.П., Каминский B.C., Алабян И,М. Защита окружающей среды при обогащении полезных ископаемых. Серия «Итоги науки и техники». Т. 11. М.: ВИНИТИ, 1977. С. 72.

47. Гридэл Т.Е., Алленби Б.Р. Промышленная экология. М.: ЮНИТИ, 2004.513 с.51 .Баймаханов М.Т., Лебедев К.Б., Антонов В.Н., Озеров А.И. Очистка и контроль сточных вод предприятий цветной металлургии. М.: Металлургия, 1983. 192 с.

48. Меретуков М.А. Процессы жидкостной экстракции и ионообменной сорбции в цветной металлургии. М.: Металлургия, 1978. 120 с.

49. Полянский Н.Г., Горбунов Г.В., Полянская H.JI. Методы исследования ионитов. М.: Химия, 1976. 208 с.54.3верев М.П. Хемосорбционные волокна. М.: Химия, 1981.196 с.

50. Боровков Г.А., Монастырская В.И. Хемосорбционное извлечение анионов цветных металлов из водных растворов полимерными фильтрующими материалами ВИОН//Цветная металлургия. 2000. № 1. С. 31-36.

51. Монастырская В.И., Боровков Г.А., Цапиева А.Г. О возможности очистки сточных вод обогатительных фабрик от координационных соединений тяжелых металлов с флотационными реагентами // Журнал прикладной химии. 1996. Т. 69. Вып. 12. С. 2014-2021.

52. Сендел Е. Колориметрические методы определения следов металлов. М.: Мир, 1964. 904 с.-58.Козловская JI.B., Мартынова М.А. Учебное пособие по клиническим лабораторным методам исследования (с элементами программирования). М.: Медицина, 1975. 357 с.

53. Камышников B.C. Справочник по клинико-биохимической лабораторной диагностике: В 2 т.Т. 2. Мн.: Итерпрессервис, 2002.463 с.

54. Справочник по лабораторным методам исследования. Под ред. JI.A. Даниловой. СПб.: Питер, 2003. 736 с.

55. ГОСТ 17.4.4.02-84. Охрана природы. Почвы. Методы отбора и подготовки проб для химического, бактериологического и гельминтологического анализа.

56. ГОСТ 17.4.3.03-85 Охрана природы. Почвы. Общие требования к методам определения загрязняющих веществ.

57. Муравьева С.И., Казмина Н.И., Прохорова Е.К. Справочник по контролю вредных веществ в воздухе. М.: Химия, 1988. 320 с.

58. Дубинин Н.П., Пашин Ю.В. Мутагенез и окружающая среда. М.: Наука, 1978. 130 с.

59. Трахтенберг Т.М. Тяжелые металлы во внешней среде. Минск: Наука и техника, 1994. 195 с.

60. Чопикашвили JI.B. и др. Снижение репаративных процессов в лимфоцитах рабочих, контактирующих с тяжелыми металлами // Генетика. Т. XXV. 1998. № 12. С. 2247-2250.

61. Микроэлементы в питании человека. Сер. техн. докл. ВОЗ. № 532. М.,1975.

62. Salmenpera L. Detecting subclinical deficiency of essential trace in children with special reference to zinc and selenium. Clin. Biochem. 1997. Vol. 30. №2. P. 115120.

63. Petering D.H., Fowler B.A. Metabolism of cadmium, zinc and copper in the rat kidney: the role of metallothionein and other binding sites // Environmental Health Perspect. 1986. V. 65. P. 217-224.

64. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М.: Наука, 1970. 720 с.

65. Ионы металлов в биологических системах. Амбивалентные свойства нуклеотидов. Под ред. X. Зигеля. М.: Мир, 1982. 168 с.

66. Анорганикум: В 2 т. Т. 1. Под ред. JI. Кольдиц. М.: Мир, 1984. 672 с.

67. Милованов JI.B. Очистка сточных вод предприятий цветной металлургии. М.: Металлургия, 1971. 384 с.

68. Атлас клеток крови и костного мозга. Под ред. Г.И. Козинца. М.: Триада-Х, 1998. 168 с.

69. Гринберг A.A. Введение в химию комплексных соединений. М., JL: Химия, 1966. 632 с.

70. Руководство по медицине: В 2 т. Т. I. М.: Мир, 1997. 1045 с.

71. Владимиров Ю.А., Азизова O.A., Деев А.И. и др. Свободные радикалы в живых системах //Итоги науки и техники. Биофизика. Т. 29.1992. С. 3-250.

72. Биохимия. Под ред. В.П. Комова, В.Н. Шведовой. М.: Дрофа, 2004. 640с.

73. Козлов Ю.П. Свободные радикалы и их роль в нормальных и патологических процессах. М.: МГУ, 1973. 340 с.

74. Свободнорадикальное окисление и антиоксидантная терапия. Под ред. В.К. Казимирко и др. Киев: Морион, 2004. 160 с.

75. Владимиров Ю.А. Свободнорадикальное окисление липидов и физические свойства липидного слоя биологических мембран // Биофизика. Т.32. 1987. №5. С.830-844.

76. Климов А.Н., Никульчева Н.Г. Обмен липидов и липопротеидов и его нарушения. Руководство для врачей. СПб: ПитерКом, 1999. 512 с.

77. Богач П.Г. и др. Структура и функции биологических мембран. Киев: Вища школа, 1981.336 с. 84. Кучеренко Н.Е., Васильев А.Н. Липиды. Киев: Вища школа, 1985. 247 с.

78. Кучеренко Н.Е., Васильев А.Н. Липиды. Киев: Вища школа, 1985. 247 с.

79. Бобырев В.Н. и др. Специфичность систем антиоксидантной защиты органов и тканей — основа дифференцированной фармакотерапииантиоксидантами // Экспериментальная и клиническая фармакология. 1994. № 57(1). С. 47-54.

80. Барабой В.А. Растительные фенолы и здоровье человека. М.: Наука, 1984. 160 с.

81. Берберова Н.Т. Из жизни свободных радикалов //Соросовский образовательный журнал. Т. 6. 2000. №5. С.39-44.

82. Fridovich I. Superoxide anion radical (02"), superoxide dismutases, and related matters // The Journal of Biological Chemistry. 2001. Vol. 272, №30. P. 1851518517.

83. Поберезкина Н.Б., Осинская Л.Ф. Биологическая роль супероксиддисмутазы // Украинский биохимический журнал. Т.61. 1989. №2. С. 14-27.

84. Турпаев К.Т. АФК и регуляция экспрессии генов // Биохимия. Т.67. 2002. № 3. С. 339-353.

85. Проскурина И.К., Гусева Е.К., Агапова А.Е. Эколого-биохимические исследования в модельной водной экосистеме // Ярославский педагогический вестник. 2003. № 2 (35). С. 1-5.

86. Шахматова O.A. Активность каталазы личинок рыб как показатель качества морской среды // Экология моря. 2000. Вып. 51. С. 52-54.

87. Марри Р. и др. Биохимия человека: В 2 т. Т. 1. М.: Мир, 1993. 384 с.

88. Клиорин А.И., Тиунов JI.A. Функциональная неравнозначность эритроцитов. Д.: Наука, 1974. 148 с.

89. Кривохижина JI.B., Осипов М.В., Смирнов Д.М. Влияние церулоплазмина на функциональную активность лейкоцитов при цитостатической лейкопении в эксперименте // Актуальные проблемы медицины -и биологии. 2003. №2. С. 138.

90. Исидоров В.А. Введение в химическую экотоксикологию. СПб.: Химиздат, 1999. 144 с.

91. Введение в математическое моделирование. Под ред. В.П. Трусова. М.: Логос, 2004. 440 с.

92. ЮО.Боровков A.A. Математическая статистика. Оценка параметров. Проверка гипотез. М.: Наука, 1984. 472 с.

93. Ю1.Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика. М.: Высшая школа. 2002.479 с.

94. Ю2.Гринин A.C., Орехов H.A., Новиков В.Н. Математическое моделирование в экологии. М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2003. 269 с.

95. ЮЗ.Тарасик В.П. Математическое моделирование технических систем. Минск: ДизайнПРО, 2004. 640с.

96. Ланкастер П. Теория матриц. М.: Наука, 1982.272 с.

97. Государственный доклад о состоянии окружающей среды и деятельности министерства охраны окружающей среды Республики Северная Осетия-Алания в 1999 году. Владикавказ, 2000. 224 с.

98. Юб.Додолина В.Т., Мерзлая Г.Е. Экологически безопасные методы "использования отходов // Достижения науки и техники. 2000. № 11. С. 78-79.

99. Ю7.0вцов Л.П. Экологическая оценка осадков сточных вод и навозных стоков в агроценозе. М.: МГУ, 2000. 192 с.

100. Ю8.0вчаренко М.М. Тяжелые металлы в системе почва-растение-удобрение //Химия в сельском хозяйстве. 1985. № 4, С. 8-16.

101. Ю9.Горбатов B.C. Устойчивость и трансформация оксидов тяжелых металлов в почвах // Почвоведение. 1998. № 1. С. 35-47.

102. ПО.Едемская H.JI. Биологическая активность дерново-подзолистых почв, загрязненных тяжелыми металлами. М.: МГУ, 1996. 96 с.

103. Кабата-Пендиас А., Пендиас X. Микроэлементы в почве и растениях. М.: Мир, 1989. 439 с.

104. Плеханова И.О., Кутукова Ю.Д., Обухов А.И. Накопление тяжелых металлов сельскохозяйственными растениями при внесении осадков сточных вод //Почвоведение. 1995. № 12. С. 1530-1536.

105. ПЗ.Обухов А.И., Цаплина М.В. Миграция и трансформация свинца в дерново-подзолистой почве // Миграция загрязняющих веществ в почвах и сопредельных средах. JL: Гидрометеоиздат, 1989. С. 139-144.

106. Пинский Д.Л. Нормирование загрязняющих веществ в почвах с учетом 'массообмена между эффективными фазами почв // Поведение поллютантов в почвах и ландшафтах. Пущино: ОНТИ НЦБИ, 1990. С. 74-81.

107. Ладонин Д.В. Влияние техногенного загрязнения на фракционный состав меди и цинка в почвах // Почвоведение. 1995. № 10. С. 89-92.

108. Мажайский Ю.А., Евтюхин В.Ф., Резникова A.B. Экология агроландшафта Рязанской области. М.: МГУ, 2001. 95 с.

109. Shuman L.M. Fractionation method for soil microelement // Soil Science. 1985. V. 140. P. 11-22.

110. Zeien Н.л Brummer G.W. Ermittlung der Immobilität und Bildungsformen von Schwermetallen in Boden mittels sequentieller Extraktionen // Mitt. Dtsch. Boden. Gesellsch. 1991. H. 66(1). S. 439-442.

111. Ure A.M., Quevauviller Ph., Muntau H., Griepink B. Speciation of heavy metals in soil and sediments // International Journal Environmental Analytical Chemystry 1993. V. 53. P. 135-151.

112. Гордеев A.M., Шаманаев В.А., Цуриков А.И. Содержание химических элементов различной токсичности в смытой дерново-подзолистой почве // Химия в сельском хозяйстве. 1995. № 3. С. 45-52.

113. Ильин В.Б. Загрязнение тяжелыми металлами огородных почв и культур в городах Кузбасса // Агрохимия. 1991. № 3. С. 3-5.

114. Аристархов А.Н. Оптимизация питания растений и применения удобрений в агроэкосистемах. М.: ЦИНАО, 2000. 524 с.

115. Матвеев Ю.М., Прохоров А.Н. Проблемы экологического нормирования содержания химических соединений в почвах различных типов // Тез. докл. междунар. конф. «Проблемы антропологического почвообразования» Т.З. 1997. С. 53-56.

116. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. М.: МГУ. 1961.491 с.

117. Муравьев А.Г., Каррыев Б.Б., Ляндзберг А.Р. Оценка экологического состояния почвы. Практическое руководство. Серия: Экологический мониторинг в образовательных учреждениях. Выпуск 5. СПб: КрисмасПлюс, 1999. 152 с.

118. Воробьева JI.A. Химический анализ почв. Почвенно-экологический -мониторинг. М: МГУ, 1994. 272 с.

119. Лурье Ю.Ю. Аналитическая химия промышленных сточных вод. М.: Химия, 1984. 448 с.

120. Иванчев Г. Дитизон и его применение. М.: Иностранная литература, 1961.452 с.

121. Алимарин И.П., Ушакова H.H. Справочное пособие по аналитической химии. М.: МГУ, 1977. 104 с.

122. Городничев А.П. и др. Очистка рудничных вод Садонского СЦК с использованием сульфидов щелочных металлов // Экологические исследования. Владикавказ: Иристон, 1998. С. 92-95.

123. Мур Дж. В., Рамамурти С. Тяжелые металлы в природных водах. Контроль и оценка влияния. М.: Мир, 1987. 288 с.

124. Хейфец Л.Я., Осыка В.Ф., Черевик В.В. Особенности вольтамперометрического определения металлов в природных водах // Журнал -аналитической химии. Т. 47. 1992. № 8. С. 1484-1491.

125. Полетаева JI.H., Сафронов Т.А. Особенности загрязнения воздушного бассейна горных территорий промышленными выбросами // Безопасность и экология горных территорий. Владикавказ. 1995. С. 110-111.

126. Методические указания на определение вредных веществ в воздухе. Вып. 1 -5. Минздрав СССР ЦРИА. 1981. 253 с.

127. Helmunt N. Heckner. Direkte pulse-polarographische Bestimmung von .Arsen (III) und Blei in Wasser und wassrigen Abraumauszügen // Analytische Chemie. 1972. B. 261. H. l.S. 29-30.

128. Adelaide Ferreira M., Aquiles A. Barros. Determination of As (III) and arsenic (V) in natural waters by cathodic stripping voltammetry at a hanging mercury drop electrode // Anal. Chim. Acta. 2002. V. 456. Iss. 1. P. 31-39.

129. Бургер К. Органические реагенты в неорганическом анализе. М.: Мир, 1975. 272 с.

130. Пршибил Р. Аналитические применения этилендиамин-тетрауксусной кислоты и^юдственных соединений. М.: Мир, 1975. 532 с.

131. РД 52.04.186-89. Неорганические соединения мышьяка. С. 145-148.

132. Veronique Lenoble at ail. Arsenite oxidation and arsenate détermination by the molybdene blue method // Talanta. 2003. V. 61. Iss. 3. P. 267-276.

133. Михаэлис JI. Окислительно-восстановительные потенциалы и их физиологическое значение. JL: 1932. 160 с.

134. Боровков Г.А., Монастырская В.И. Безотходная очистка сточных вод цветной металлургии и гальванопроизводств с использованием полимерных фильтрующих материалов // Экологические исследования. Владикавказ: Иристон, 1998. С. 83-92.

135. Воропанова JI.A. Проблемы очистки шахтных и рудничных вод Садонского рудного массива // Экологические исследования. Владикавказ: Иристон, 1998. С. 107-116.

136. Щубов Л.Я., Иванков С.И., Щеглова Н.К. Флотационные реагенты в процессах обогащения минерального сырья: В 3 т. Т. 1. М.: Недра. 1990. 399 с.

137. Глембоцкий В.А. Основы физикохимии флотационных процессов. Под ред. О.С. Богданова. М.: Недра, 1980.471 с.

138. Монастырская В.И., Боровков Г.А., Цапиева А.Г. О возможности очистки сточных вод обогатительных фабрик от координационных соединений тяжелых металлов с флотационными реагентами // Журнал прикладной химии. Т. 69. 1996. № 12. С. 2014-2021.

Информация о работе

Скупневский, Сергей Валерьевич
кандидата биологических наук
Владикавказ, 2006
ВАК 03.00.32

Диссертация

Анализ состояния биоресурсов в условиях антропогенного загрязнения окружающей среды с использованием крыс в качестве тест-системы - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Анализ состояния биоресурсов в условиях антропогенного загрязнения окружающей среды с использованием крыс в качестве тест-системы - тема автореферата по биологии, скачайте бесплатно автореферат диссертации

Похожие работы