Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Биоиндикация состояния окружающей среды на урбанизированной территории с помощью представителей рода POPULUS L.

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Биоиндикация состояния окружающей среды на урбанизированной территории с помощью представителей рода POPULUS L."

ЧЕРНІВЕЦЬКИЙ ДЕРЖАЙЙИЙ УНІВЕРСИТЕТ ім. Ю. ФЕДЬКОВИЧА

СЛУЧИК ІРИНА ИОСИПІВНА

О'іІТ

УДК 504.064.36:633.878.32

БІОШДИКАЦІЯ СТАНУ ДОВКІЛЛЯ НА УРБАНІЗОВАНІЙ ТЕРИТОРІЇ ЗА ДОПОМОГОЮ ПРЕДСТАВНИКІВ РОДУ РОРІЛШ Ь.

03.00.16 - екологія

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук

Чернівці - 2000

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Івано-Франківській державній медичній академії МОЗ України.

Науковий керівник

доктор біологічних наук, старший науковий співробітник СТЕФУРАК Василь Петрович,

Івано-Франківська державна медична академія МОЗ України, професор кафедри медичної біології і генетики

Офіційні опоненти:

доктор біологічних наук, професор ТЕРМЕНА Борис Костянтинович,

Чернівецький державний університет ім. Ю. Федьковича, завідувач кафедри ботаніки і охорони природи

кандидат біологічних наук, професор БАРНА Микола Миколайович,

Тернопільський державний педагогічний університет ім. В. Гнатюка, декан хіміко-біологічного факультету '

Провідна установа

Дніпропетровський державний університет, кафедра геоботаніки, грунтознавства та екології

Захист відбудеться " // " хсО^пк^'' 2000 р. о /^год. па засіданні

спеціалізованої вченої ради Д 76.051.05 в Чернівецькому державному університеті ім. Ю. Федьковича, м. Чернівці, вул. Коцюбинського, 2

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Чернівецького державного університету ім. Ю. Федьковича (м. Чернівці, вул. Лей Українки, 23)

Автореферат розісланий " /о " 2000 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, кандидат біологічних наук, доцент

Копильчук Г.П.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

ктуальність теми. У зв'язку зі стрімким1 процесом, урбанізації в останні роки собливо гостро постала проблема оптимізації міського середовища. Територія міст арактеризуеться наявністю великої кількості джерел забруднення, їх .нерівномірним озташуванням, а, також досить складним поширенням забруднюючих речовин, 'езважаючи на величезну деформаційну функцію у навколишньому середовиші, іогеоценотичному покриві, і речовинно-енергетичному обміні територій, місто ще э стало об'єктом комплексних екологічних досліджень (Голубець М.А. та ін., 1994; учерявый В.А., 1999). Тому особливої актуальності набувають роботи, спрямовані а створення системи інформативних біоіндикаторів і біомаркерів для адекватної пінки стану довкілля та моніторингу урбанізованих систем.

Невід'ємною частиною біотичного блоку урболандшафтів є рослинні рганізми. Велика площа контакту та інтенсивний газообмін з навколишнім гредовищем зумовлюють їх високу чутливість до дії різноманітних збурюючих акторів, в тому числі і антропогенних. Особливої уваги заслуговує проблема пливу антропогенних чинників на спадковий апарат та репродуктивну здатність ослин. Сьогодні не викликає сумніву те, що репродуктивні структури, і насамперед мовічий гаметофіт, є найбільш чутливими до дії токсичних ініредієнтів (Швадчак М., 1991; Бессонова В.П., 1992), а рівень цитогенетичних аномалій в клітинах ггетативних і генеративних органів - надійним критерієм для ранньої індикації ;хногенних впливів (Частоколенко Л.В. и др., 1991; Muller М. et al., 1991). Однак ільшість досліджень у цьому напрямку виконано на модельних трав'янистих тест-5'єктах (Куринный А.И. и др., 1989; Механджиев А. и др., 1990; Горовая А.И. и др., Э95; Grant W.F., Owens Е.Т., 1998) і доволі обмежена кількість робіт присвячена гревним видам (Гуськов Е.П. и др., 1993; Бессонова В.П. и др., 1996). Хоча останні, еребуваючи в умовах багаторічної експозиції на урбанізованих територіях, мають ілий ряд переваг при індикації довготермінових тенденцій і буферної здатності юлогічних систем по відношенню до комплексу стресорів міського середовища.

Перспективними з цієї точки зору видами є деякі інтродуковані представники эду Populns L. - тополя берлінська (Populus х berolinensis (С.Koch) Dipp.) і тополя 'ітайська (Populus simonii Carr.). З одного боку, відомо про їх декоративну функцію. <у вони виконують при створенні загального архітектурного ансамблю місі іхідного регіону України (Шезченко С.В., 1962; Бродович Т.М., Бродович М.М.. ?79), з іншого - високу газопоглинальну та акумулятивну здатність стосовно :яких полютантів (Кулагин Ю.З., 19В5; Парибок Т.А. и др., 1989; Гришко В Н. и др., ?90; Перееипкіна Т.М. та ін., 1997). Разом з тим, реакції цих деревних порід на :хногенне забруднення в місті та їх біоіндикаційні властивості з'ясовано ^достатньо.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертацій^ робота виконувалася в рамках планової науково-дослідної теми кафедри медичні біології і генетики Івано-Франківської державної медичної академії (} держреєстрації 03.04.50.97п) ■

Мета і основні завдання дослідження. Мета дисертаційної роботи індикація стану навколишнього середовища на урбанізованій території (в умова урбосистеми м. Івано-Франківська) на основі встановлених чутливих тест параметрів Р. х Ьегоііпепзи і Р. зітопи

Для досягнення мети були поставлені наступні завдання:

1. З'ясувати вплив комплексу факторів урбанізованого середовища н мікроелементний склад вегетативних бруньок Р. х Ьегоііпетів і Р їітопіі.

2. Вивчити патогенетичні характеристики соматичних клітин Р. х Ьегоїтеті

і Р. зітопії в умовах урболандшафту. ’

3. Встановити гаметоцидні властивості міського середовища на осное реакцій чоловічого гаметофіту Р. зітопіі.

4. Вивчити вплив техногенного забруднення в мсті на морфометричг параметри пагонів Р. х Ьегоііпетіз і Р. їітопи.

5. На основі отриманих біоефектів у тест-рослин дати загальну оцінк екологічної напруженості в різних районах урбосистеми м. Івано-Франківська.

Наукова новизна одержаних результатів. Вперше досліджено впли техногенного забруднення довкілля в умовах урболандшафту на мітотичн активність меристеми зачаткових листків та рівень аберацій хромосом в соматичнії клітинах Р х Ьегоііпепзіз і Р. зітопіі. Вперше у деревних рослин в умова: урбанізованого середовища з'ясовано характер зв’язку між зміною цитогенетични характеристик вегетативних і репродуктивних структур та їх морфометрични: параметрів і рівнем забруднення важкими металами.

Вперше обгрунтовано можливість використання зелених насаджен: Р. х Ьегоііпетіх і Р. зтопії для оцінки загальної токсичності та мутагенної напруп навколишнього середовиша на урбанізованих територіях.

Практичне значення одержаних результатів. Отримані результаті можуть бути використані як базові величини для проведення багаторічного еколого генетичного моніторингу урбоекосистеми м. Івано-Франківська.

Матеріали дисертаційної роботи покладені в основу методични? рекомендацій щодо діагностики стану тополевих насаджень та оцінки екологічно напруженості довкілля на урбанізованих територіях. Рекомендації впроваджені і роботу державного управління екологічної безпеки в Івано-Франківськії області

На основі результатів дисертаційної роботи розроблена рацпропозиції "Використання вегетативних бруньок деревних рослин (рід Рориіи.4 Ь.) дш біоіндикації забруднення довкілля важкими металами".

з

Матеріали досліджень знайшли практичне застосування при викладанні .ецкургів з еколога та охорони природи і впроваджені в навчальний процес на федрі медичної біолога і генетики Івано-Франківської державної медичної адеміїта кафедрі біології Прикарпатського університету ім. В.Стефаника.

Особистий внесок здобувана. Особистий внесок автора в отриманні іукових результатів, викладених в дисертації, є основним і полягає у підборі та ірацюванні літературних джерел, виконанні польових та лабораторних досліджень, атлетичній обробці даних, апробації матеріалів дисертації та підготовці до друку .укоїшх праць. Аналіз та обговорення результатів досліджень проведено спільно з іуковим керівником. ,,

Апробація результатів дисертації Основні положення дисертаційної 'боти викладені на: 29-ій обласній науковій конференції молодих вчених (Івано-ранківськ, 1997), І-III міжнародних навчальних семінарах з екологічної освіти статуту Сталих Громад, США (Івано-Франківськ, 1998-1999), науковому семінарі Сучасна екологія і проблеми сталого розвитку, суспільства" (Львів, 1999), жнародній науковій конференції "Еколого-географічні дослідження в сучасній ографічній науці" (Тернопіль, 1999), науково-практичній конференції "Вчені Закарпаття про проблеми краю" (Івано-Франківськ, 2000), І Міжнародній жвузівській школі-семінарі з екології "Экология 2000: Эстафета поколений” Гущино, 2000). .

Публікації За темою дисертації опубліковано 8 друкованих праць з них 5 - в укових журналах та 3 - в матеріалах і тезах конференцій.

Структура та обсяг роботи. Робота викладена на 150 сторінках і ладається зі вступу, семи розділів (огляду літератури, матеріалів та методів, зультатів досліджень представлених у 4 розділах, узагальнення одержаних даних), сновків, списку використаних джерел (338 найменувань, з них - 128 латиницею), ісертаиія мстить 22 таблиці, проілюстрована 11 рисунками

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ Огляд літератури

В розділі описано основні принципи методу біоіндикаціі. Розглядаються тання акумулятивної та морфометричноі фітоіндикацн, а також оцінки стану риторій за мутагенним фоном. Аналіз літературних джерел свідчить, шо страполяція численних даних, нагромаджених в експерименті на реальні умови зсфери залишається проблематичною. Тому дослідження рослинних організмів в говах конкретного екотопу не втрачають свою актуальність і значення для римання об’єктивної картини порушень в біогеоценотичному покриві

антропогенно трансформованих територій. Однак критерії, методологія і методик; оцінки сумарного навантаження довкілля на живі організми кінцево не розроблені Провідне значення у вирішенні цієї проблеми має 'розвиток натурнш біоіндикаційних досліджень та пошук нових оргашзмів-біоіндикаторів

Об’єкти і методи дослідження

Дослідження проводились в межах урбоекосистеми м. Івано-Франківська, шс Є багатогалузевим, розвинутим промисловим центром. Його індустріальний профілі визначають в основному галузі: машинобудування, хімічна і деревообробна Урбосистема займає площу 9282 га. Кількість населення становить 252 тисячі осіб.

За даними обласного гідрометеоцентру, Івано-Франківського науково дослідного інституту екобезпеки і природних рєсурив та державного управлінш екологічної безпеки, в межах урбаністичного комплексу розташовано близько 6і стаціонарних джерел забруднення. В атмосферному повітрі міста регулярне фіксуються випадки перевищення гранично допустимих концентрацій (ГДК) з: вмістом пилу, оксиду вуглецю, диоксиду азоту, фенолу, бенз(а)пірену, крім того ідентифікуються диоксид сірки, оксид азоту, формальдегід, складні ефіри. Е атмосферних опадах виявлено присутність важких металів: цинку, кадмію, міді нікелю, хрому. Підземні води характеризуються перевищенням ГДК за вмілт марганцю, берилію, нітратів. В грунтах основними забруднюючими агентами і сульфати, хлориди, нітрати, солі амонію, а також рухливі форми важких металів, ще перевищують ГДК в 1,5-3 рази.

При визначенні районів дослідження керувались генеральним архітектурна планом забудови міста та даними щодо розташування основних джерел забруднення Таким чином територія урбосистеми була поділена на шість зон (п'ять мікрорайонів північний, північно-східний, центральний, південний, південно-східний та північно-східну околицю - с. Ямниця), що відрізняються характером техногенногс навантаження. Як контроль обрали умовно екологічно чисту територію, близьку з< природно-кліматичними умовами - селище Рожнятів

В кожному районі дослідження та на контрольній території > внутрішньоквартальних насадженнях відбирали по 5 типових особин Р. х Ьегоііпепть і Р. ьітопп, однієї вжовоі групи (60-80 років) у задовільном) санітарному стані.

Визначення вмету мікроелементів у вегетативних бруньках проводили методом енерго-дисперсійного рентгенівського мікроаналізу (ЕДАР) на скануючом) електронному мікроскопі РЭММА-102Е. Перед аналізом матеріал промивали е суміші детергентів та деіонізованій воді Мінералізацію проводили методом сухогс озолення згідно з ГОСТом 26929-94.

Для дослідження цитогенетичної активності комплексу стресових факторії

реалізованого середовища використовували клітини меристеми зачаткових тиольованих листків вегетативних бруньок тест-рослин. Внутрішньобруньковий истковий зачаток фіксували в суміші Карнуа (6:3 1). Фарбування проводили 4 %-

м ацетозалізогематоксиліном з наступним просвітленням і консервуванням в уміші Гойєра (Шоферистова Е.Г, 1973). Давлені препарати готували за агальноприйнятим методом (Чувашина Н.П., 1976). Підрахунок аберацій хромосом роводили ана-телофазним методом (Паушева З П., 1988).

Паралельно, для встановлення цитотоксичності факторів довкілля осліджували мітотичну акгивнсть меристеми зачаткових листків та аналізували піввідношення кількості клітин у фазах мітозу (Горовая А.И. и др., 1995)

Фертильнсть чоловічого гаметофіту визначали за ацетокарміновим методом Паушева З.П., 1988). Розміри пилкових зерен вимірювали за допомогою окудяр-іікрометра МОВ-1-15х. •

Морфометричні параметри пагонів досліджували за загальноприйнятими [етодами (Маргайлик Г.И., 1961; Клейн P.M., Клейл Д.Т., 1974).

Отримані результати опрацьовували статистично (ЛакинГ.Д., 1990).

Результати досліджень та їх обговорення '

Акумуляція важких металів у вегетативних бруньках Populus х erolitiensis (C.Koch) Dipp. і Populus simottii Carr, 3 метою дослідження кумулятивних властивостей та діагностики забруднення різних районів рбосистеми Івано-Франківська важкими металами проводили аналіз ікроелементного складу вегетативних бруньок тест-рослин Встановлено, що онцентрапія більшості досліджених важких металів та алюмінію у рослинних разках із зелених насаджень урбосистеми значно перевищує контрольні показники Іайбільше металів у вегетативних бруньках акумулювали рослини із центрального а північно-східного мікрорайону мста (рис 1), що, очевидно, пов'язано з емпями изки розташованих там промислових об’єктів, а також значним транспортним авантаженням в центрі урбаністичного утвору. Зокрема, вмст нікелю в зазначених айонах дослідження зростає в 3,6-6,2 рази, цинку - в 3,9-6 разів, кадмію - в 1,8-5 азів, свиншо - в 3-3,8 рази, міді - в 1,7-3 рази порівняно з контролем. 'Гаксимальні рівні накопичення для окремих хімічних елементів виявлено в івнічному, південному і південно-східному мікрорайонах. Так, найбільше алюмінію онцентрутоть особини (Р х berohnenns і Р smomi), іпо ростуть в південно-східній астині мста, міді (P. х berohnensm) - у південній, свинцю (P. х berolinensis) - у івнічній Таким чином, отримані результати віддзеркалюють характер росторового розподілу полютантів в межах урбоекосистеми.

Райони дослідження

Райони дослідження

Рис. 1. Сумарне накопичення металів у вегетативних бруньках Р. х Ьегокпепы."} (А) та Р. зі тот: (Б) в різних районах м. Івано-Франківська

В умовах дії промислово-транспортних еміай в мсті змінюється не лий загальний вміст більшості мікроелементів, але і їх кількісне співвідношення досліджених рослинних зразках. Так, у обох тест-рослин поряд и збільшенн? частки нікелю, цинку, кадмію, свинцю і міді зменшується частка алюмінію, заліз; марганцю. .

Результати дослідження свідчать про те, що нагромадження металів вегетативних бруньках деревних рослин є видоспецифічним. Вин металоакумулююча здатність характерна для Р х Ьегоїттт. Коефіцієш накопичення більшості елементів-забруднювачів в умовах урбанізованої середовища для цього виду (рис 1 А) значно переважають відповідні коефіцієнт для Р. зітоті (рис. 1 Б)

Зміна цитогенетичних параметрів клітин мерист&ми зачаткових истків Populus х berolinensis (C.Koch) Dipp. і Populus simonii Carr, в умовах рбанізованого середовища. Результати дослідження рівня мутабельності хромосом соматичних клітинах представників роду Populus із зелених насаджень м Івано-Франківська свідчать про неоднорідність еколого-генетичноі ситуації на території рбосистеми (рис 2). Так, у рослин із південної і південно-східної частини мста-тупінь пошкодження каріомів хоча дешо й зростав порівняно з контрольними ообинами, однак без статистично достовірних відмінностей. Можна припустити, по антропогенні впливи у довкіллі цих територій істотно не перевищують "буферну” датнсть снуючих там біогеоценозів.

%

и

Рис. 2 Відсоток аберантних ана-телофаз в м'еристемі зачаткових листків тополі в різних районах м Івано-Франківська

Рослини з північно-східного мікрорайону мста характеризувались достовірно іільшим відсотком ана-телофаз з абераціями. У Р х Ьегоїтетч. цей показник іеревищував контрольне значення в 1,6 (Р < 0,05), а у Р хітопи - в 1,9 рази (Р < ),01). Кшьксть аберацій на одну досліджену ана-телофазу, відповідно, складала 162 192 % у порівнянні з контролем (Р < 0,10; Р < 0,01) ’

. Генетичні ефекти ксенобіотиків на спадковий апарат деревних рослин у гівнічному мікрорайоні урбосистеми були виражені ще стотніше, хоча за результатами тхеноінатти (Кондратюк С., 1996) ця диіянка міста визначена як зідносно екологічно чиста. Це підтверджує висновки деяких авторів (Куринньїй

А.И. и др., 1993; Зубко ОС, 1994) про відсутність прямої залежності між стулене загального забруднення та мутагенною напруженістю певного екотопу. Так, рівен абераятних клітин на зазначеній території у P. х berohnensis перевищува контрольний в 1,9 (Р < 0,001), у P. simonii - в 2,4 рази (Р < 0,01), а кількість абераці на одну досліджену ана-телофазу зростала, відповідно, на 100 і 150 % у порівнянні контрольною групою дерев (Р < 0,001, Р < 0,01).

В центрі м. Івано-Франківська, найбільш антропогенно трансформовані частині урбоекосистеми, що перебуває у сфері впливу викидів цілої низк промислових об'єктів та значного транспортного навантаження, відсоток аберантни ана-телофаз у P. х berohnensis достовірно зростав у 2,9 (Р < 0,001), у P. simonii - у 4, рази (Р < 0,001), а кількість аберацій на одну досліджену ана-телофаз збільшувалась, відповідно, на 200 і 333 % (Р < 0,001).

Найбільш вагомими у порівнянні з іншими районами дослідження бул зміни цитогенетичних характеристик у групі рослин з індустріального передміст (с. Ямниця). Відсоток ана-телофаз з перебудовами у P. х berohnensis і Р simon, перевищував контрольні значення, відповідно, у 3,7 і 6,8 рази (Р < 0,001), а кіпькст аберацій на одну досліджену ана-телофазу зростала в 4,2 і 7,8 рази (Р < 0,00Г Виявлені максимальні значення досліджених критеріїв у групі дерев із с. Ямниц свідчать про значну мутагенну напругу на цій території, що відповідає інтенсивносі техногенних впливів розташованих там потужних підприємств-забруднювачів. В.Л Демаковим і співробітниками (1993) . при порівняльному аналізі мутагенне активності комплексу • забруднювачів адміністративно-промислових території встановлено, що вираженість ефектів підвищеної небезпеки в найбільшій мір залежить від якісного складу емісій. Можна припустити, що яскраво виражениі генотоксичний ефект довкілля в с. Ямниця спричинений, головним чином, викидамі хімічних підприємств фірми "Барва", серед яких є цілий ряд генетично активни: інгредієнтів

Відомо, шо реакція виду на хімічні мутагени в значній мірі обумовлена йоп генотипічними особливостями Генотипічні відмінності за стійкістю до мутагені особливо яскраво виражені у видів роду Populus (Гуляева Е.М. и др., 1976). Я свідчать отримані нами дані, чутливішим до комплексу генотоксикантів мськоп середовища є спадковий апарат Р simonii.

У досліджених деревних видів в умовах дії стресорів урбашзованоп середовища змінюється не лише кількість, але й спектр перебудов карюму. Різниця; співвідношенні хромосомних і хроматидних аберацій в порівнянні з контрольним) значеннями особливо чітко проявляється у особин Р simonii. Так, в межа; південного, північно-східного, північного, центрального мікрорайонів і в с. Ямниц: достовірно зменшується частка хромосомних мостів і фрагментів і збільшуєтьс: питома вага хроматидних перебудов. В центральній частині мста т; індустріальному передмісті спостерігається поява множинних порушень мітозу

іереважно хроматидної природи. Отримана закономірність вказує ■ на' те, шо идвищешія рівня мутагенного, ; фону в;-, екологічно несприятливих районах рбосистеми та. на ії околиці відбувається, ’головним' чином, >за рахунок енотоксикантів хімічної етіології (Лекявичус Р.К., 1983).

Поряд з індукцією хромосомних аберацій у досліджених деревних видів із елених насаджень урбоекосистеми спостерігали порушення мітотичної активності іеристеми зачаткових листків та нормального розподілу клітин за фазами мітозу. Іайбшьш виражений цитотоксичний ефект довкілля встановлено в центральному, .івнічно-східному і північному мікрорайоні мста та в індустріальному передмсті рис. 3). Величина мітотичного індексу в зазначених районах,- за винятком іентрального, в Р. х Ьетітети. знижувалася, відповідно, в 1,1; 1,2 і 1,6 , а у Р. ітоті - в 1,4; 1,6.і 2,2 (Р < 0,001) рази відносно контролю. '

%• ' ’ А %. . ..... Б • .

Профазний Метафазний Анзфазний Телофазмий Профазний М^афаз^-ий Анафазч/й Тєлофазний

індекс індекс індекс індекс індекс ' індекс ‘НДЄ<С індекс 1

Рис. 3., Мітотична активність меристеми зачаткових листків Р х Ьегоїтепі'із (А) і Р .чітоті (Б) в різних районах.м. Івано-Франківська

. В центральній частині урбосистеми, шо перебуває пш значним техногенним ресом, відносно високі значення мітотичного індексу в обох тест-об'єктів упроводжувались яскраво вираженим метафазним • блоком, що вказує на повшьнення темпів клітинного поділу в цілому (Горовая А.И. и др ,1995).

Отримані результати свідчать про те, що існує певна специфіка в реакції проліферуючих клітин тест-рослин на дію екотоксикантів. Це, очевидно, пов'язане різним спектром забруднюючих речовин в окремих районах дослідження, з одно боку, та різною чутливістю деревних видів - з іншого. Так, в одних випадк; мітотична депресія виражалася у функціональній блокаді веретена подіту, и зумовлювало збільшення кількості метафазних клітин, в інших - в порушен процесу цитокінезу, що сприяло нагромадженню телофаз. При цьому чутливішим і пошкоджуючої ДІЇ стресорів урбанізованого середовища є мітотичний реж; меристематичних тканин Р. нітопіі,

Гаметоцидні властивості комплексу факторів урбанізовано, середовища. Результати аналізу рівня стерильності пилкових зерен Р. штаті і території урбосистеми м. Івано-Франківська свідчать про значний гаметоцидні вплив навколишнього середовища в окремих її районах та в індустріальної^ передметі Найвищі коефіцієнти стерильності встановлено в північній і центральн частині мста та в с. Ямниця, де вони відповідно складали 2,3; 4,1 і 3,0. досліджених районах поряд із зростанням відсотку стерильних пилкових кліті спостерігалися різноманітні їх аномалії: утворення маленьких зморщених гігантських стерильних зерен, відходження вмісту пилкового зерна від оболонк; Л.М. Бондарь і Л.В. Частоколенко (1990) відзначають, що поява стерильні-пилкових клітин в зонах антропогенного забруднення зумовлена редукцією кліти археспорію, цитопатологіями генеративної тканини та порушеннями мейозу. Том рівень стерильності пилку рослин-біоіндикаторів характеризує не лише загали токсичнсть навколишнього середовища, але й опосередковано відображає інтенсивнсі мутагенної напруги (Куринный А.И., 1983; Горовая А.И., Дигурко В.М., 1995).

В умовах техногенного забруднення в мсті поряд із зниженням чоловічі фертильності спостерігалося зменшення середніх розмірів пилкових зерен Р. нітопі Зміну величини пилку у рослин з антропогенних ландшафтів пов'язують порушенням процесів росту і поділу при формуванні первинних клітин археспорії та при утворенні тетрад мікроспор (Бессонова В.П., 1992).

Оочислення коефіцієнтів варіації розмірів пилкових зерен у модельних дере показало значне зростання мінливості за розглянутою ознакою в умова урбанізованого ландшафту та дії промислових емей. Морфологічна розмаїтіл пилку виражалась як в збільшенні кількості дуже малих, так і надто велики пилкових зерен, шо, відповідно, були в 1,5 - 2,0 рази менші чи в 1,3 - 1,5 рази більи середньої норми контролю (рис. 4). Так, якщо відсоток малих пилкових клітин контрольному варіанті становив 3,2 %, то у південному, південно-східному північно-східному, північному мікрорайонах, в с. Ямниця та в центрі урбосистем: він зростав, відповідно, до 4,2; 6,1; 9,6; 14,4; 21,0 і 24,6 %. Кільксть велики пилкових зерен у контрольних рослин складала .2,2 %, а у особин з південно східного, південного, північно-східного, центрального і північного мікрорайоні

мста та з північно-східної околиці вона збільшувалася, відповідно,' до 3,0; 3,2; 5,4; 6,8; 8,4 і 11,2 %. Подібну картину морфологічної різноякісності пилку спостерігала

З.В. Грицай (1997) у представників роду Асег Ь. в умовах штучного лісового культурбіогеоценозу, що перебував під впливом емісій БОт і N02 та В.П. Безсонова (1992) в інших листяних порід в умовах забруднення довкілля важкими металами. Отримана різноякісність виникає в результаті порушення мейотичного подіту під час мікроспорогенезу, коли поряд з тетрадами утворюються монади, діади та інші сукупності клітин. В.А. Підддубна-Арнодьді (1976) відзначає, шо як карликовий, так і гігантський багатоядерний пилок безплідний і дегенерує на ранніх етапах розвитку. '

25-і

□ Малі

□ Великі

IV

А -

X З-Ш X

с °

Райони дослідження

. Рис. 4. Вплив техногенного забруднення в місті на частоту появи дуже малих та дуже великих пилкових зерен у Р. хтюпіі

Таким чином, результатом порушення процесу формування чоловічого аметофіїу Р. хіпюпіі в умовах урбанізованого середовища є встановлене' нами ростання стерильності, зменшення середніх розмірів пилкових зерен та їх юрфологічна різноякісність. Отримані дані, узгоджуються з результатами тесту на ндукцію хромосомних аберацій та мітотичну активність меристеми зачаткових іистків. Резюмуючи вищезазначене, можна припустити, що на територіях із начним ступенем антропогенної трансформації довкілля не виключена небезпека ілоку передачі спадкової інформації окремого індивідуума з покоління в покоління і югіршення цього процесу на популяційному рівні Останнє може істотно змінити енетичну структуру наступних генерацій.

Зміна морфометричних параметрів пагонів Populus х berolinensis (C.Kod Dipp. і Populus simonii Carr., в умовах урбанЬованого середовища. Досліджені) зміни продуктивності.деревних рослин в умовах урбанізованого середовища дозволя провести доволі точну неспецифічну біоіндикаццо забруднення довкілля met екотоксикантами (Щуберт P., 1988). Для цього у визначених, тест-об'єктів вимірювал ряд морфометричних показників, що тісно корелюють з величиною первинне продукції, а саме: довжину однорічних пагонів, розміри листкових пластинок т вегетативних бруньок (Jager E.J., МбгсЬеп G., 1977, Gluch W, 1980).

З'ясовано, що у рослин (P. х berolinensis- і P. simomi) з зелених насаджен мюта величина річного приросту пагонів знижується, відповідно, на 11,2-21,2 і 14,3 29,3 %, довжина листкової пластинки - 9,9-16,8 і 15,2-31,3 %, довжина вегетативне бруньки - 10,7-21,9 і 13,3-24,0 %. Значення ширини відповідних органів є мені мінливими відносно контролю.

У особин міського фітоценозу в порівнянні з контрольними веггановлен значно ширший розмах варіювання досліджених морфологічних параметрів, що додатковим свідченням посилення напруги адаптаційного процесу (Винниченк А.Н., Коцюбинская Н.П., 1995).

Найбільш виражений фітотоксичний ефект спостерігали в північному північно-східному мікрорайонах та в центрі м. Івано-Франківська. При цьому більї. чутливим за зміною морфологічних ознак видом є P. simonii, а чутливішими тест параметрами - величина приросту пагону та довжина листкової пластинки (рис. 5).

]н Приріст пагона

Райони дослідження

Рис. 5. Зміна морфометричних параметрів пагонів Р. зітопіі в умовах . урбанізованого середовища.

. Аналіз і узагальнення результатів дослідження.

На основі ступеня відмінності досліджених біопараметрів у деревних'рослин ідносно контрольних значень було ідентифіковано різні за рівнем екологічної апруженості райони урбосистеми м. Івано-Франківська. За даними акумулятивної а морфометричної біоїндикащі, найскладніша екологічна ситуація склалася у ентральному та північно-східному мікрорайонах, що, очевидно, пов'язано з емісіями яду розташованих там промислових підприємств, а також із значним ранспортним навантаженням в центральній частині мста. Негативні наслідки абруднення довкілля на урбанізованш території виявлялись не лише в зміні імічного складу рослин та загальнотоксичшй дії, шо призводила до мітотичної епресії та зниження продуктивності, але й у віддалених ефектах, таких як угагешшй і гаметоцщший. Встановлений рівень пошкодження спадкового апарату тест-рослин вказує на реальну гено- та гаметотоксичнсть комплексу факторів ського середовища. Найвищі рівні цитогенетичних аномалій, що відповідають ггенсивності зумовленого ксенобіотиками мутагенного фону, зафіксовано в щустріапьному передмсті (зона впливу промислових емісій хімічного виробництва ірми "Барва4 і підприємств будівельної промисловості), в центральному (найбільш ятропогенно трансформованому) та північному мікрорайонах Івано-Франківська, аким чином, найбільш сприятливими екологічними умовами порівняно з іншими айонами дослідження характеризуються південна та південно-східна частини рбаністичного комплексу. ‘

Підсумовуючи вищевикладене, можна констатувати, шо антропогенна зансформація довкілля на урбаяізованих територіях призводить до порушення ряду орфофункціональних характеристик у деревних рослин, між зміною яких снують гвні взаємозв'язки та закономірності Виявлені чутливі тест-параметри х Ьегоііпетіз та Р. зітопп є інформативними біомаркерами забруднення авколишнього середовища в мсті ксенобіотиками і можуть бути використані в •істемі екологічного моніторингу урбанізованих територій.

ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі представлені результати біологічної індикації стану довкілля на урбанізованій території (в умовах середнього мста) на основі встановлених за допомогою комплексу фізико-хімічних, цитогенетичних і морфо,метричних методів дослідження чутливих параметрів представників роду Рориїїі.ч

В умовах урбанізованого середовища вмют більшості досліджених важких металів та алюмінію у вегетативних бруньках Р. х Ьегоііпепзіх і Р. штоті достовірно зростає із збільшенням промислово-транспортного навантаження в

мсті Інтенсивність накопичення мікроелементів характер изуєтьс

закономірністю: № > 2хі > С<і > РЬ > Си >.Сг > АІ > Бе = Мп Р. х Ьегоітгю. володіє вишою металоакумулюючою здатністю, ніж Р. зітопіі.

3. Комплекс факторів урбанізованого середовища зумовлює поцікодженн спадкового аларату соматичних клітин Р. х Ьегоііпетіь і Р. зітопіі. Чутливіша до дії генотоксикантів є хромосомний апарат Р. зітопіі. Рівень хромосомни перебудов в меристемі зачаткових листків обернено корелює з її мітотичної активнстю і прямо - з стерильністю чоловічого гаметофіту. Зміщення спектр перебудов каріому в тест-рослин у бік хроматидних свідчить про переважн хімічну етіологію існуючого на досліджених територіях мутагенного фону.

4. У застосованих тест-об'єктів (Р. х Ьегоііпепзіз і Р зітотї) немає прямі залежності між рівнем мутабельності в клітинах меристеми зачаткових листк, вегетативних бруньок та ступенем забруднення останніх важкими металами.

5. Комплекс стресорів мського середовища пригнічує мітотичну активній меристеми зачаткових листків Р. х Ьегоііпепзіз і Р. зітопіі та порушує нормальна розподіл клітин за фазами мітозу в бік достовірного зменшення кількос профазних та збільшення метафазних і алафазних. Чутливішим до д цитотоксикантів є мітотичний режим меристематичних тканин Р зітопіі.

6. Гаметонидна дія комплексу факторів урбанізованого середовища виявляється достовірному підвищенні рівня стерильності, зменшенні середніх розмірів' 1 зростанні морфологічної різноякісності пилку Р. зітопіі. Рівень абортивнас чоловічого гаметофіту прямо корелює з ступенем забруднення вегетативні' бруньок важкими металами і обернено - з діаметром пилкових зерен

7. Сумсна дія токсичних інгредієнтів та інших несприятливих факторів м'ської довкілля пригнічує ріст вегетативних органів Р. х Ьегоііпепзіз і Р. зітопіі, її виражається у достовірному зменшенні розмірів вегетативних бруньо листкових пластинок та величини річного приросту пагонів. Чутливішим до і фітотоксикантів за результатами морфометрії є Р. зітопіі. Досліджеі морфометричні параметри у тест-рослин позитивно корелюють між собою негативно - з ступенем забруднення вегетативних бруньок важкими металами.

8. На основі отриманих біоефектів у тест-рослин ідентифіковано різні за рівне

екологічної напруженості райони м. Івано-Франківська. За даними акумулятивн і морфометричної біоіндикацн, загальна токсичність навколишнього середовии в досліджених мікрорайонах урбосистеми зростає у послідовності- індустріальї передмстя (с. Ямниця) -> південний -» південно-східний -> північний -північно-східний -> центральний. Інтенсивнсть мутагенного фону достовірі збільшена в північно-східному і північному мікрорайонах і є найвищою в цент урбосистеми та індустріальному передмсті ,

9 Встановлені чутливі тест-параметри Р. х Ьигоітгпзіз і Р. зітопіі (рівеї акумуляції' металів у вегетативних бруньках, індукція хромосомних аберацій

мітотична інгібщія в клітинах меристеми зачаткових листків, зменшення середніх розмірів, морфологічна різноякісність і абортивнсть пилкових зерен, зниження'річного приросту пагонів, зменшення розмірів листкових пластинок і вегетативних бруньок) можуть бути рекомендовані для діагностики стану їх • зелених насаджень та оцінки рівня забруднення навколишнього середовища на ' урбанізованих територіях. 1

Список опублікованих праць за темою дисертації

Случик І. Використання цитогенетичних методів для біоіндикаціі стану урбані-зовапої території // Галицький лікарський вісник. - 1999. - Т. 6, № 1. - С. 72-74. Случик І.Й., Стефурак В.П. Біологічна індикація забруднення довкілля важкими металами з використанням Populus berolinensis Dipp та Populus simonu Carr: // Наукові записки Тернопільського педуніверситету: - 1999. - Вип. З (6) (Біологія). -С. 57-60. ’ !

Случик І.Й., Случик В.М. Біоіндикація стану міського середовища за показниками генотоксичної та гаметоиидної дії полютйнтів на деревні рослини /7 Науковий веник Львівського лісотехнічного університету. - 1999. - Вип. 9.8. - С. 130-133. .

Случик І. Зміна морфологічних параметрів вегетативних органів Populus smarm Carr, і Populus berolinensis Dipp. під впливом техногенного навантаження // Наукові'записки інституту народознавства НАЯ України та Івано-Франківського краєзнавчого музею. - 1999. - Вип. 4. - С. 90-92.

Случик І.Й., Стефурак В.ГІ. Акумуляція важких металів у пагонах видів роду Populus L. в умовах урбанізованого середовища // Науковий вішик Чернівецького університету - 2000. - Вил. 77. (Біологія) - С. 51-59.

Случик І.И. Вплив техногенного забруднення на репродуктивну сферу Populus smonii Carr, в умовах м. Івано-Франківська // Збірник праць молодих вчених ІФДМА: 29-а обласна наукова конференція молодих вчених-медиків. - Івано-Франківськ: Вид-во ГФДМА. - 1997. - С.21-23.

Случик Г.И. Еколого-генетична оцінка урбанізованого ландшафту на основі цитогенетичних параметрів деревних рослин // Матеріали міжнародної наукової конференції "Еколого-географічш дослідження в сучасній географічній науці". -Тернопіль - 1999 -С.І02-103.

Случик И Й., Попель С.Л. Исследование содержания микроэлементов в почках Populus berolinensis Dipp. и Populus simomi Carr, в условиях урбанизированной среды // Тез. докл. I Международной межвузовской школы-семинара "Экология 2000. эстафета поколений". - Путцино. Изд-во Московского ун-та леса. - 2000 -С. 94-95. ' , '

Случик І.Й. Біоіндикація стану довкілля на урбанізованш території з допомогою представників роду Рориіиз Ь. - Рукопис. .

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук з спеціальністю 03.00.16 - екологія. - Чернівецький державний університет їм. К Федьковича, Чернівці, 2000.

В матеріалах дисертації автором запропонований і апробований в умова урбосистеми м. Івано-Франківська набір методів для ранньої діагностик пошкодження зелених насаджень та тестування комплексу факторів,урбанізованог середовища на загальну токсичність і мутагенну активність.

Як інформативні біомаркери рівня забруднення окремих районі урбосистеми використано встановлені чутливі тест-параметри вегетативних репродуктивних структур представників роду Рориіиї (рівень акумуляції металів вегетативних бруньках, мітотична інгібіція та індукція хромосомних аберацій клітинах меристеми зачаткових листків, зменшення середніх розмірів, морфологічн різноякісність і абортивність пилкових зерен, зниження річного приросту пагонн зменшення розмірів листкових пластинок і вегетативних бруньок).

Ключові слова: біоіндикація, урбанізоване .середовище, представники род Рориіш ' ' ,

Случик И.Й. Биоиндикация состояния окружающей среды на урбг низированной территории с помощью представителей рода Рориіиз Ь. - Рукопись Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук п специальности 03.00.16 - экология. Черновицкий государственный университе им. Ю. Федьковича, Черновцы, 2000

В материалах диссертации автором предложен и апробирован в условия урбосистемы г. Ивано-Франковска набор методов для ранней диагностик повреждений зелёных насаждений и тестирования комплекса факторо урбанизированной среды на общую токсичность и мутагенную активность.

В качестве информативных биомаркеров уровня загрязнения отдельны районов урбосистемы использованы чувствительные тест-параметры вегетативны и репродуктивных структур представителей рода Рориіих (уровень аккумуляци металлов в вегетативных почках, митотическая ингибишя и индукция хромосомны аберраций в клетках меристемы зачаточных листьев, уменьшение средних размерої морфологическая разнокачественность и стерильность пыльцевых зёрен, снижени годичного прироста побегов, уменьшение размеров листовых пластинок вегетативных почек). '

Установлено, что концентрация большинства исследованных тяжелы металлов в вегетативных почках древесных растений возрастает с увеличение, промышленно-транспортной нагрузки в городе. В частности, содержание никеля цинка возрастает в 4-6 раз, кадмия - в 2-5 раз, свинца - в 3-4 раза, меди - в 2-3 раз

носительно контроля При этом более стойкий, по результатам цитодиагностики и зрфометрии вид, Р. х berohnensis Dipp., характеризуется высшей металлокумулирующей способностью, чем чувствительный P. simonu Carr. В условиях Завизированной среды изменяется не только общее содержание микроэлементов, > и их количественное соотношение в растительных тканях. В частности, у обоих ст-объектов вместе с увеличением доли никеля, цинка, кадмия, свинца и меди в ;следованных растительных образцах уменьшается доля алюминия, железа и фганца. . .

Загрязнение урбанизированной среды генетически активными веществами пывает повреждение наследственного аппарата соматических клеток Р. х rolinensis и P. simonii Более чувствительным к действию. генотоксикантов есть омосомный аппарат P. simonu. У использованных тест-объектов под воздействием мплекса ксенобиотиков городской среды изменяется не только количество, но и ектр перестроек кариома. В частности, достоверно уменьшается доля омосомных мостов и фрагментов и увеличивается процент хроматидных ерраций. Полученная закономерность указывает на химическую этиологию шествующего на исследованных территориях мутагенного фона. У древесных стений не установлено прямой зависимости между уровнем мутабельности в етках меристемы зачаточных листьев вегетативных почек и степенью загрязнения юледних тяжёлыми металлами. ,

Уровень хромосомных перестроек в клетках меристемы зачаточных листьев ст-растений находится в обратной корреляционной связи с её митотической тивностью. Установленное достоверное снижение митотического индекса оисходило, -главным образом, за счет уменьшения количества клеток, холящихся з профазе митотического деления. Угнетение митотической тивности сопровождалось нарушением нормального распределения клеток по 1зам митоза. При этом существует определенная специфика в реакциях олиферируюших клеток на действие экотоксикантов, что, по-видимому, связано с зным спектром загрязняющих веществ в отдельных районах урбосистемы, с одной эроны, и разной чувствительностью исследованных древесных видов - с другой к, в одних случаях фитотоксический эффект выражался в функциональной окаде веретена деления, что обусловливало увеличение количества метафазных еток, в других - в нарушении процеса цитокинеза, что способствовало коплению телофаз При этом более чувствительным к повреждающему действию мплекса стрессоров урбанизированной среды оказался митотический режим ристематических тканей P. simomi.

Гаметоцидное воздействие загрязнителей окружающей среды'выявлялось в стоверном увеличении уровня стерильности, уменьшении средних размеров и зрастании морфологической разнокачественное™ пыльцы P. simonu. Уровень ортивности мужского гаметофита прямо коррелирует с аберрантностью хромосом

в соматических клетках и степенью загрязнения исследованных растительн тканей тяжёлыми металлами. '

Совместное действие токсических ингредиентов и других неблагоприятн факторов городской среды угнетает рост вегетативных органов древесных растен что выражается в достоверном уменьшении размеров вегетативных почек, листов пластинок и величины годичного прироста побегов. Исследованные морс метрические параметры у тест-растений положительно коррелируют между собо отрицательно - с уровнем накопления тяжёлых металлов в вегетативных почк Более чувствительным по изменениям морфологических признаков тест-объею является P. simonii. а чувствительными тест-параметрами - величина годичн прироста и длина листовой пластинки.

Ключевые слова: биоиндикация, урбанизированная среда, представил рода Populus. -

Sluchyk I.Y. Biomdication of a state of the environment at urban territory us Populus species - Manuscript. 1

Thesis for the competition of a scientific degree of the Candidate of Biologi science on the speciality 03.00.16 - Ecology - Chemivtsi State University named aflei Fedkovych, Chemivtsi, 2000.

In staffs of the thesis the series of methods for early diagnostic of green plantatr damages and testing of a complex of factors of urban surroundings for a general toxi< and mutagen activity is offered and assayed in conditions of the Ivano-Frankivsk url system by the author.

As informative biomarkers of a level of pollution of separate urban syste districts the sensitive test-parameters of vegetative and reproductive structure of Popi species (a level of accumulation of metals in vegetative buds, a mitotic suppression ; induction of chromosomes aberration in meristem cells of rudimentary leaves, a decre of medium dimensions and increase of the morphological variety and sterility of pol grains, a decrease of an yearly shoots accretion and dimensions of leaves and vegetat buds) was used.

Key words’ biomdication, urban surroundings, Populus species