Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Экспериментальное обоснование селективной биологической защиты от повреждающего действия экотоксикантов

ВАК РФ 03.00.04, Биохимия

Автореферат диссертации по теме "Экспериментальное обоснование селективной биологической защиты от повреждающего действия экотоксикантов"

Ль С Л 1 3 № 1923

На правах рукописи

КЛЕЙМАН Марина Семеновна

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОСНОВАНИЕ СЕЛЕКТИВНОЙ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ ОТ ПОВРЕЖДАЮЩЕГО ДЕЙСТВИЯ ЭКОТОКСИКАНТОВ

03.00.04 - биологическая химия

Автореферат на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Уфа 1997

Работа выполнена на кафедре биологической и клинической химии Самарского государственного медицинского университета (ректор - академик РАМН, з.д.н. России, профессор А.Ф. Краснов)

Научный руководитель - доктор медицинских наук, профессор В.М. Радомская

Официальные оппоненты - Академик АН РБ, доктор биологических наук,

профессор В.А. Вахитов;

Доктор биологических наук, доцент С.А. Башкатов.

Ведущая организация - Российский государственный медицинский университет

Защита состоится « » ¿^^^¿^ 1998 г. в_часов на заседании

диссертационного совета Д 084.35.01 при Башкирском государственном медицинским университете по адресу: г. Уфа, ул. Ленина, д.З.

С диссертацией можно ознакомится в научной библиотеке Башкирского государственного медицинского университета.

Автореферат разослан

Ученый секретарь специализированного совета доктор медицинских наук, профессор

Э.Г. Давлетов

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Проблема загрязнения окружающей среды на сегодняшний день стала самой острой для всех живых организмов, обитающих на Земле. Эта проблема сложна и многопланова. Она включает не только чисто научные аспекты, но и экономические, социальные, политические, правовые, эстетические [Богдановский Г.А., 1994].

В результате антропогенного воздействия на живую природу проблема загрязнения окружающей среды превратилась в наиболее актуальную, требующую осмысления, поиска конкретных путей сохранения экологического равновесия, здоровья населения, находящегося в прямой зависимости от состояния среды обитания [Туржов Е.Б. с соавт., 1992; Федоров Л.А., 1992; Яблоков Л.В., Остроумов С.А., 1983, 1985; Ware., 1991].

В настоящее время Землю целесообразно рассматривать как единый живой организм, способный поддерживать определенную окружающую среду подобно тому, как организм человека регулирует собственные процессы, поддерживая определенный гомеосгаз.

Химическая агрессия, наряду с активным вмешательством человека, использованием и преобразованием природы, - существенно изменили облик планеты, ее биосферу, истощили ее "гомеостатические" возможности [Федоров Л. А., 1992].

Человек как промежуточная или конечная мишень действия повреждающих факторов естественно включается на разных этапах в систему межвидового общения. Так, изъятые из литосферы для промышленных целей вещества рассеиваются в воздухе, воде, почве, оказывая влияние на здоровье, продолжительность жизни популяции [Яблоков Л.В., Остроумов С.А., 1983].

Химическое загрязнение окружающей среды в первую очередь оказывает негативное воздействие на наиболее чувствительные компоненты экосистем, которым можно отнести зеленые растения и почву, тесно связанную с ними. С точки зрения экологического риска более серьезную опасность представляет загрязнение атмосферного воздуха выбросами промышленных предприятий, электростанций и транспорта, последствия которого принимают глобальный характер [Гитарский М.Л., с соавт., 1995; Рамад Ф., 1981; Соколов В.Е., Ильичев В.Д., 1990].

Учитывая сложившуюся на сегодняшний день ситуацию в природоохранной политике видится два аспекта. Они состоят в том, чтобы сохранить среду обитания, приостановив деструктивные процессы в природе. Наряду с этим на основе глубокого изучения процессов, обеспечивающих жизнеспособность биогеоценозов, индивидуальные особенности отдельных экосистем и видов: использовать в качестве заслона от экотоксикантов антропогенного происхождения. В этом плане большие надежды возлагаются нами на зеленые насаждения, как показатель наличия в воздухе и в почве экотоксикантов и средство защиты от них.

ПЕЛЬ настоящего исследования состоит в том, чтобы изучить механизм повреждающего действия экотоксикантов на различные объекты природной среды, оценить резервы биологической защиты хвойных пород деревьев и почвы в различных экологических ситуациях.

ЗАДАЧИ:

1. Изучить состояние оксидазных систем, сбалансированность анаболических и катаболических процессов по интегральным характеристикам метаболизма в хвое сосен из зон различного техногенного напряжения.

2. Оценить влияние антропогенного загрязнения на параметры гомеостаза почвы, интенсивность процессов, сопряженных с генерацией активных форм кислорода.

3. В сравнительном аспекте выяснить характер влияния гене™чески детерминированных факторов (сезонность) и смоделированных условий антропогенного влияния на жизнеспособность сосны обыкновенной и показатели метаболизма биомассы почвы!

4. В блоке экспериментов in vitro определить характер влияния хлорида железа, оксида цинка, бензола, фенола, токсикантов наиболее широко представленных в нашем регионе,

на оксидазные процессы, удельную электропроводность, содержание общего белка, рН хвои сосен и почву из региона относительного благополучия. 5. Используя хлорид железа, оксид цинка, бензол, фенол в различном диапазоне концентраций, раскрыть емкость метаболических резервов сосны и почвы из зон с различным техногенным напряжением.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Получены новые сведения, раскрывающие молекулярные механизмы деструктивного влияния на экосистемы антропогенного загрязнения природной среды. Впервые показано, что техногенное загрязнение оказывает прооксидантное действие на организм сосны обыкновенной и биомассу почвы.

Нарушение баланса в системе прооксидантных - антиоксида! ггных процессов лежит в основе повреждения активными формами кислорода эндогенных биомолекул и структур, а также может служить фактором вторичного повреждения за счет взаимодействия с экотоксикантами и потенцирования их токсичности. Сезонная активация метаболических процессов в весенний период регистрируется по интегральному тесту - изменения удельной электропроводности в хвое сосен и в почве. Установлены новые данные о том, что экотоксиканты вызывают нарушение баланса метаболических процессов, что сопряжено с накоплением неутилизированных субстратов в ионной форме, истощением буферных свойств системы, кислотно - основным сдвигом рН. Впервые показано, что жизнедеятельность сосен в условиях техногенного загрязнения происходит в режиме выраженного белкового дефицита, обуславливающего структурно - функциональные нарушения древесного организма. Экотоксиканты вызывают снижение содержания белка в биомассе почвы, резкое уменьшение числа микробных сообществ, что может служить предпосылкой для кумуляции в почве токсических соединений, нарушения их обезвреживания, биотрансформации, создавая условия для передачи по пищевым цепям.

Установлены новые данные о дозо- и хронозависимых эффектах хлорида железа, оксида цинка, бензола, фенола на параметры гомеостаза сосны, почвы. Впервые обоснована возможность тестирования экологической опасности в условиях in vitro по оценке кислотного взрыва, в хвое сосен.

НАУЧНО - ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ. Результаты исследований имеют общетеоретическое и прикладное значение для естественнонаучной области знаний и сферы деятельности. Они раскрывающим характер и глубину повреждающего действия экотоксикантов на биогеоценоз. Полученные данные свидетельствуют о том, что техногенное загрязнение истощает метаболические резервы сосен и биомассы почвы. Гетерогенная биосистема почвы и хвои сосен функционируют в условиях жесткого структурно - пластического дефицита и нарушенного гомеостаза, о чем свидетельствует истощение буферной емкости и сдвиг рН, увеличение осмотической концентрации, накопление неутилизированных соединений, увеличивающих фонд заряженных частиц.

Полученные сведения имеют биосоциальное значение, поскольку акцентируют внимание на необходимости конкретных мер природоохранной политики в связи с установленным разрушением биоценозов в достаточно большом радиусе от химическихпредприятий. Выявленные метаболические процессы, снижение количества микрофлоры в почве создает предпосылки для нарушения биотрансформации экотоксикантов и депонирования их. Усиление прооксидантных процессов в хвое является не только патохимическим звеном нарушений структуры и функции древесного организма, но и фактором обеспечения токсификаыии химических веществ в окружающей природе.

Сведения о деструктивном влиянии экотоксикантов на метаболические процессы в хвое и в почве, в концентрации в пять раз меньше, чем предельно допустимые нормы, позволяют по-новому оценить уровень относительно низкого загрязнения как повреждающий. На основании полученных данных создается возможность прогнозирования токсического эффекта агрессивных соединений по кислотно - основному сдвигу, оказываемому реагентами в условиях in vitro. Усиление свободнорадикальных процессов в

хвое сосен служит основанием для рекомендации продуманного озеленения территорий химических предприятий. Не рациональным является создание массивов хвойных деревьев в зоне максимального техногенного загрязнения.

ПОЛОЖЕНИЯ ВЬГНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ:

1. Поливалентность метаболических нарушений, вызываемых экотоксикантами в сосне и почве, создает условия формирования порочного круга циркуляции агрессивных соединений в экосистемах.

2. Антропогенное загрязнение природной среды оказывает прооксидантный эффект на процессы в хвое сосен и почвы, что может служить не только фактором эндогенной деструкции, но создает условия для токсификации экотоксикантов.

3. Кислотный сдвиг рН, рост удельной электропроводности, активация НАДН- и НАДФН-оксидаз, полифенолоксидазы в хвое сосен - проявление молекулярного дисбаланса, вызываемого экотоксикантами.

4. Тестирование повреждающей способности токсикантов в условиях in vitro по производимому сдвигу рН, обусловленному нарушением обмена, накоплением недооксиленных продуктов.

5. Истощение гомеостатических резервов экосистем под влиянием техногенного загрязнения.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты исследований были доложены на научных студенческих конференциях 1995 и 1996 гг. в Самарском государственном медицинском университете; на Международном научном конгрессе студентов, аспирантов и молодых ученых "Молодежь и наука-третье тысячелетие" (Москва, 1996); на Международной научно -практической конференции «Хозяйственно - питьевая и сточные воды: проблемы очистки и использования» (Пенза, 1996); на Международной научно - практической конференции «Проблемы охраны окружающей среды от промышленных, бытовых, биологических и медицинских отходов, осадков сточных вод» (Пенза, 1997); на научно - практической конференции Самарской областной клинической больницы им. М.И. Калинина «Актуальные проблемы специализированной медицинской помощи» (Самара, 1997).

ПУБЛИКАЦИИ. По материалам диссертации опубликовано 7 работ в сборниках научных трудов и материалах конференций.

ОБЪЕМ И СТРУКТУРА ДИССЕРТАЦИИ. Работа изложена на 173 листах машинописи, содержит 30 рисунков и 43 таблицы; состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов, трех глав собственных исследований, заключения, выводов, практических рекомендаций, списка литературы, содержащего 173 работы (107 -отечественных, 66 - иностранных).

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. В качестве объектов исследований была использована зеленая масса сосны обыкновенной (Pinus Silvestris L.) в возрасте от 8 до 10 лет и почва вблизи этих деревьев. Забор образцов производился на территории города Новокуйбышевска (опыт) и в районе Красной Глинки (зона сравнения). Образцы хвои и почвы брались на расстоянии 10м, 100м и 10 км от химического завода города Новокуйбышевска. Условия, при которых производился забор образцов в опытной зоне и в зоне сравнения, были аналогичны (время года, время суток).

Для определения физико - химических показателей гомеосгаза, сосны и почвы, количества содержания белка и ферментативной активности готовились экстракты хвои и почвы. Проводилось определение содержания водорастворимых белков в вытяжках хвои и почвы по методу Бредфорд [Шоно Н.И., Баскаева Е.М., 1985; Asryatits., 1985]; определение полифенолоксидазной активности в вытяжках хвои и почвы проводили по методу Колесникова [Колесников ПИ., Зорэ C.B., 1964]; определение общей НАДН- и НАДФН-оксидазной активности в изучаемых образцах осуществлялось по методу Окамуры [Окамура., 1983]; определение рН в вытяжках хвои проводили по общепринятому методу [Грин Н. с соавт, 1990], на иономере И - 130; удельную электропроводность определяли в

водных экстрактах хвои и почвы на кондуктометре ОК - 102/1, в соответствиями с общепринятыми рекомендациями [Грин Н. с соавт, 1990]; проведение анализа почвы на общую обсемененность соответствовало требованиям [Методические рекомендации № 1446 МЗ СССР, 1976]. В ходе исследований проведено 4 260 экспериментов.

Постановка опытов in vitro. В каждом из экспериментов были использованы три опытных и один контрольный образец с каждого из участков, откуда производился их забор.

После определения фоновых показателей проводилось инкубирование в течении 15 минут и 60 минут экстрактов хвои и почвы с исследуемыми реагентами в конечной концентрации, соответствующей ПДК, ПДК / 5 и ПДК х 5. Изучался дозо- и хронозависимый эффект токсикантов, наиболее часто встречающиеся по данным регионального центра мониторинга г. Самары, в нашем регионе: хлорид железа, оксид цинка, бензол, фенол, а также смесь всех перечисленных выше токсикантов. Во всех образцах определялось содержание водорстворимых белков; полифенолоксидазная активность; общая НАДН- и НАДФН- оксвдазная активность; рН; удельная электропроводность.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ. В настоящее время интерес к проблемам, сформировавшимся в связи с антропогенным загрязнением окружающей среды трансформировался, и из описательного, констатирующего приобрел действенный характер. Анализ ситуации позволил разработать меры для восстановления чистоты природной среды, охраны здоровья населения, что нашло отражение в целом ряде публикаций [Пивоваров Ю.П, Королик В.В., 1994; Bum et el, 1987; Hopkin, 1993].

Специфика периода технического прогресса состоит в резком изменении Природы, что обусловлено не только произвольным вмешательством в ее географические пространства, но и массивным поступлением агрессивных химических соединений и физических факторов. Из известных 10 миллионов химических соединений около 70 тысяч внесены в международный регистр как потенциально токсичные и около 1 тысячи как высокотоксичные вещества.

Воздействие разнородных экотоксикантов на различные компоненты биогеоценозов не может не оставить следа, не вызвать ответа, отражающего длительность и характер влияния чужеродных соединений. Закономерно, что нарушения, возникшие в живой природе, литосфере, атмосфере, гидросфере, сказываются на здоровье человека. Рост заболеваемости, врожденных пороков развития в связи с экологическим неблагополучием является установленным фактом [Яблоков JI.B., Остроумов С.А, 1985; Вельтищев ЕЮ., 1991].

По данным регионального центра мониторинга состояния окружающей среды в Самаре в 1994 году валовой выброс в атмосферу от стационарных источников (без автотранспорта) составил 76630,71тонн/год, в 1995 году - 82435,22 тонн/год и в 1996 году 70166,501 тонн/год. В то же время в городе Новокуйбышевске в 1994 году сумма токсикантов составила 122170,6 тонн/год, в 1995 году - 102852,36 тонн/год, а в 1996 году -98762,766 тонн/год. Результаты лабораторных исследований проб атмосферного воздуха, проводимых центром Госсанэпиднадзора выявили превышение ПДК по Самаре в 1994 году на 23 %, в 1995 на 21,8%, в 1996 году на 12%. В городе Новокуйбышевске уровень ПДК превышался ежегодно: в 1994 году на 6,8 %, в 1995 году на 12 % и в 1996 году на 14 %.

Таким образом, широкий спектр токсических соединений, генетически не предусмотренный для естественного использования и обезвреживания в таком количестве ни организмом животных, ни растениями достаточно плотно насыщает атмосферу. С осадками и путем естественного осаждения они поступают в зеленые насаждения хвои, ветвей, корней, ускоряют гибель деревьев. Визуальная сравнительная оценка хвойных и лиственных деревьев показала, что в зоне максимального техногенного напряжения они растут с неровными стволами, менее густой кроной, более низкорослыми, с ломкими ветвями. У елей только 10 % оставшихся почек дают весной побеги [Артамонов В.И.,

1986.]. Учитывая, что кроны сосен и елей задерживают много дождевой воды и снега, они концентрируют на себе значительное количество токсикантов, тем самым создавая критические концентрации агрессивных соединений на поверхности, внутри растущего организма, атакже в близлежащих участках почвы [Крючков В В., 1991].

Таким образом, хвойные деревья служат экраном, физически задерживающим агрессивные соединения своей биомассой. Концентрируя их, они рассчитываются за этот опасный контакт сокращением продолжительности жизни дерева и изменением качества этой жизни, что очевидно по оценке внешних характеристик сосны обыкновенной из зоны сравнения и вблизи к промышленному узлу. Наши данные подтверждаются наблюдениями ряда исследователей состояния экосистем в средней полосе и на Севере [Крючков В В., 1991; Трешоу М. Л., 1991; Новиков Ю.В., 1994].

Универсальным коллектором экотоксикантов, разнородных по химическом у строению и свойствам, служит почва. Она, по мнению В.Н. Сукачева как компонент биогеоценоза является и суммарным результатом взаимодействия всех его компонентов, т.е. почва в известном смысле - итог процессов происходящих в биогеоценозе [Сукачев ВН., 1960]. В почве агрессивные соединения не только накапливаются, но также подвергаются биотрансформации, взаимодействию, что нередко ведет к их токсификации в результате летального синтеза [Телитченко М.М., Остроумов С.А., 1990.].

Как известно, рН является одним из самых стабильных показателей гомеостаза. Будучи величиной характеристичной, в хвое сосен растущих в регионе сравнения при относительном экологическом благополучии, рН равно 4,9030 + 0,0427, т.е. колеблется в диапазоне кислых значений среды. При максимуме техногенного напряжения рН несколько сдвигается, достигая 5,253 + 0,0386. По мере удаления на расстояние 10 км от химического производства этот показатель приближается к значениям в контроле. Следовательно суммарное действие экотоксикантов либо вызывает метаболические сдвиги в хвое, которые ведут к защелачиванию среды, истощая буферную емкость системы, либо сами обладают значительными основными свойствами, превышающими возможность сосны в поддержании рН в физиологическом пределе. Проведенная нами оценка рН ряда растворов экотоксикантов, наиболее распространенных в нашем регионе, показало, что этот параметр не оказывает влияния на полученные результаты. Отмеченный сдвиг создает новые условия функционирования ферментных систем, обуславливая нетипичную направленность метаболизма в целом.

О глубине и значимости происходящих сдвигов свидетельствуют данные об удельной электропроводности в хвое. Говорить о средней величине удельной электропроводности вне связи с конкретным сезоном года некорректно. Нами установлено, что этот показатель резко колеблется, и в контрольных образцах весной увеличивается более, чем в 2 раза. В зоне экологического неблагополучия в осенний период существует четкая зависимость между интенсивностью техногенного загрязнения и динамикой удельной электропроводности: она снижена при выраженной нагрузке экотоксикантами и восстанавливается до величин в контроле при ослаблении токсического фона на расстоянии 10 км от максимума загрязнения (рис. 1.). Весной такой четкой зависимости нет: кривая носит характер гиперболы. Снижаясь, затем на расстоянии 100 метров стремительно возрастает, уменьшается, но остается на повышенном уровне в последней зоне измерения (10 км). Очевидно, что генетически запрограммированное усиление метаболических процессов весной проявляется повышением содержания органических и минеральных ионов, необходимых для обеспечения возросших структурно - пластических процессов в деревьях. Характерно, что экотоксиканты снижают жизнеспособность, угнетают обменные превращения, снижение их концентрации освобождают метаболизм от резкого ингибирующего эффекта. Обращает внимание зона произрастания сосен на расстоянии 100 метров от источника агрессивных соединений. Резкий всплеск удельной электропроводности в хвое этих деревьев отражает

нарушение баланса обменных процессов, раскоординирование метаболизма, при котором реализация, использования метаболитов затруднено на фоне их гиперпродукции.

В условиях экологического неблагополучия в хвое сосен наблюдается снижение синтетических процессов. Содержание водорастворимого белка резко уменьшено по сравнению с контрольными образцами. Эта величина практически не зависит от времени года, но отчетливо отражает степень техногенного загрязнения окружающей среды: в контроле эта величина составила 0,0233 ± 0,0036 мг, на расстоянии 10 метров от промышленного центра 0,0099 ± 0,021 мг, в 100 метрах - 0,0159 ± 0,0049 мг, а в 10 км -0,0213 + 0,012 мг. Таким образом, она минимальна при максимуме концентрации экотоксикантов и в хвое из десятикилометровой зоны приближается к данным в контроле (рис. 1.).

Следовательно, нами установлено, что хвоя сосен, растущих в загрязненной среде, более чем наполовину обеднена белком. Очевидно, что функционирование этой живой системы осуществляется в условиях жесткого белкового дефицита, создавая патологический фон структурно - функциональной протеиновой недостаточности. Выявленные молекулярные нарушения служат основой для видимых изменений. В частности, хвойные растения произрастающие на территориях вблизи предприятий больше, чем другие подвержены механическому саморазрушению и неестественно желтому для этого вида растений цвету хвои. Массированная атака экотоксикантами окружающей среды, по-видимому, приводит к истощению биосинтетических способностей организма, а также к постепенной деградации белковых структур. Поскольку, сезонные изменения практически не влияют на содержание белка в хвое сосен, это указывает на большую значимость токсических агентов на процессы метаболизма по сравнению с генетически запрограммированными изменениями.

Рис. 1. Влияние неблагоприятного экологического фона на оксидазную активность и параметры гомеостаза в хвое, (% изменений по отношению к зоне сравнения) И еще одним подтверждение выше сказанного является тот факт, что по мере снижения концентрации экотоксикантов, присутствующих в атмосфере, количество водорастворимых белков в хвое сосен возвращается к контрольным величинам.

Таким образом, полученные нами результаты свидетельствуют о деградации природной среды, в частности хвойных пород деревьев, типичным представителем которых является сосна обыкновенная, под влиянием экотоксикантов.

Оценка НАДН- и НАДФН- оксидазной активности показала, что экотоксиканты служат индукторами, повышая активность изучаемых ферментов. Типичным является резкое увеличение оксидазной активности в зоне максимального антропогенного загрязнения с отчетливой тенденцией к снижению по мере приближения к зоне относительного благополучия. Примечателен более значительный рост активности НАДН- и НАДФН-

окидаз в весенний период, что, возможно, отражает общую тенденцию к активации метаболизма весной, а также служит результатом обильных осадков, способствующих увеличению удельного содержания экотоксикантов в хвое сосен.

В ходе экспериментов нами выявлен параллелизм изменения активности НАДН- и НАДФН- оксидаз и полифенолоксидазы. Относительно увеличения полифенолоксидазной активности следует отметить, что это может быть обусловлено высоким содержанием фенола в воздухе рабочей зоны. С учетом высокого содержания субстрата данного фермента возможна активация им катализа. Как известно, полифенолоксидаза обладает широкой субстратной специфичностью. Одно- и многоатомные фенольные соединения окисляясь ферментом образуют биологически активные продукты реакции ароматической природы и активные формы кислорода. В физиологических концентрациях образующиеся интермедиаты являются донорами протонов в системе дыхательных ферментов, трансформироваться в пигменты [Kirk, 1990].

В условиях нагрузки экотоксикантами активации полифенолоксидазы может служить одним из значимых патогенетических факторов в цепи общеметаболических нарушений в хвое сосен. В частности, установленный нами максимум величины удельной электропроводности в хвое деревьев, растущих на расстоянии 100 метров от химического предприятия отмечается параллельно с наиболее высокой активностью фермента. Очевидно, что полифенолоксидаза вносит существенный вклад в насыщение хвои заряженными неметаболизируемыми в таком количестве активными соединениями. Это, безусловно, отражает срыв гомеостатических механизмов, свидетельствуя о том, что нарастание концентрации ионов представляет реальную угрозу жизнедеятельности, отражая гиперосмотичность в изучаемых объектах.

Кроме того, установленная нами активация НАДН- и НАДФН- оксидаз обуславливает усиленную генерацию активных форм кислорода, обладающих высокой реакционной способностью. Это служит фактором деструктивного влияния на биомолекулы и структуры деревьев [Иванов Б.Н. с соавт., 1997].

Таков возможный разрушающий потенциал процессов, инициированных экотоксикантами непосредственно в живых растительных организмах. Полученные результаты дают основание для заключения о том, что урон, наносимый химической агрессией зеленым насаждениям не ограничивается ими. Являясь звеном в системе биогеоценозов, хвойные деревья, генерируя усиленно активные формы кислорода в природную среду наряду с бактерицидным эффектом провоцируют токсификацию экотоксикантов. Формируется порочный круг. Экотоксиканты адсорбируются хвоей. Это ведет к снижению их концентрации в воздухе. При этом происходит фитодеструкция и усиленное поступление в атмосферу высоко реакционных свободных радикалов. Они несут разрушительный потенциал, способны взаимодействовать с различными органическими соединениями, усиливая их повреждающее действие.

Анализируя результаты изучения различных параметров в почве зоны сравнения и экологического неблагополучия, находишь подтверждения динамичной взаимосвязи компонентов, образующих экосистему. Полученные данные свидетельствуют об общности метаболического ответа на техногенную нагрузку хвои сосны и сложных сообществ многокомпонентной системы почвы. Действительно, рассматривая процесс взаимосвязи экосистем во времени, становится очевидным, что токсиканты в составе микрокапелек влаги, а также растворенные в дождевой воде, закристаллизированные и адсорбированные на поверхности снежинок, попадают на поверхность зеленого покрова. Эта смесь реагентов активно поглощается в течение светового дня и поступает в систему циркуляции хвои, ветвей, ствола, достигает корней в нативном и трансформированном виде. На всех этапах контакта с живым организмом индуцирует нарушение метаболизма, структурные изменения, дестабилизация мембран, транспортных систем. Токсиканты и продукты их биотрансформации выводят на новый режим функционирования каждый объект системы. В

определенные временные интервалы интермедиаты, экотоксиканты, продукты их превращений поступают в почву. Таким образом, химическая агрессия локализовалась в объеме, в частности, сосны и сфокусировалась на участке почвы в зоне корневой системы и опада. Обогащенная токсикантами хвоя также служит источником повреждающих факторов. Кроме того, непосредственно из атмосферы и с потоками воды, а также в результате целенаправленной антропогенной деятельности, почва получает различные токсиканты, дефолианты, фунгициды, гербициды, инсектициды кумулирующиеся в ней и подвергающиеся неферментативному и ферментативному превращению.

Как известно, почва - это та среда, где по существу взаимодействует большая часть элементов биосферы: вода и воздух, живые организмы. В этом плане почву можно определить как продукт выветривания, реорганизации и формирования верхних слоев земной коры под влиянием жизни, атмосферы и обменных процессов [Барабанов В.Ф., 1985; Одум Ю., 1986]. Важным компонентом почвы, способствующим изменению ее физико -химических свойств, является биомасса. Кроме, микроскопических организмов, таких как бактерии, водоросли, грибы или простейшие одноклеточные, в почве живут черви и членистоногие. Как известно, микроорганизмы находятся в огромном количестве в почве. Из всех объектов внешней среды почва особенно изобилует различными микроорганизмами. В различных слоях почвы микроорганизмы распространены неодинаково. В норме больше всего микробов содержится на глубине 10-20 см от поверхности земли.

По данным литературы [Тец ВН., 1967], для территорий промышленных предприятий незагрязненной считается почва с общим числом сапрофитных бактерий меньше 2 миллионов. По результатам проведенных нами исследований было обнаружено, что в зоне наибольшего техногенного напряжения наблюдается резкое снижение, по сравнению с нормой, общего числа сапрофитных бактерий в почве. Зона максимального техногенного загрязнения губительна для сапрофитов почвы. Их количество снижается на 38 % по сравнению с данным в почве экологически благополучного региона. К району 10 км от источника загрязнения, где производился забор образцов, нормальная микрофлора почвы начинает восстанавливаться, однако не достигает значений из района сравнения.

Известно, что в районах высокого экологического риска вблизи промышленных узлов процессы разложения опада значительно замедлены [Билонога В.М., Тереля И.П., 1989; Воробейчик Б.Л., 1991; Черненькова Т.В., Степанова А.М., 1983; Чертов О.Г.; 1990; Чертов О.Г. с соавт., 1990.]. Одной из причин этого является, очевидно, обеднение биомассы почвы микробными сообществами в связи с этим замедлением ферментативного гидролиза структур листьев и хвои.

Напряженная экологическая обстановка меняет характер окислительных процессов в почве. Экотоксиканты оказывают прооксидантное действие. Нами отмечено, что в радиусе 100 метров от максимума техногенного напряжения на 40 - 55 % в зависимости от сезона года возрастает НАДН- и НАДФН- оксидазная активность. Причем, весной она удерживается на более высоких цифрах, чем осенью. Это свидетельствует об активации дегидрогеназных реакций, формирующих восстановленные формы никотинамидных коферментов и об отвлечении их восстанавливающего потенциала на оксидазные процессы, не связанные с энергопродукцией и восстановительным синтезом. Не исключено, что обеднение фонда восстановленных никотинамидных коферментов снижает возможность обезвреживания токсикантов в почве. Вместе с тем увеличение доли оксидазных процессов создает условия усиления свободно-радикальных процессов, реальной предпосылки деструктивных нарушений. Этот фактор, наряду с непосредственным токсическим действием токсикантов может оказывать бактерицидное действие.

Характерно, что активация НАДН- и НАДФН- оксидаз, а также полифенолоксидазы наблюдается на фоне снижения содержания водорастворимых белков в почве. Данные механизмы приобретают свойства патологически усиленного доминантного процесса,

индуцированного агрессивными химическими соединениями и потенцирующими их негативное действие на окружающую Природу, не ограничиваясь почвой. Это обусловлено тем, что выполняя функцию коллектора экотоксикантов, почва служит одновременно их источником для растущих на ней зеленых насаждений, поддерживая токсический фон флоры и насыщая различные водоносные горизонты, переходя вновь в атмосферу с частицами пыли, уносимыми воздушными потоками (рис. 2.).

Рис. 2. Влияние неблагоприятного экологического фона на оксидазную активность и параметры гомеостаза в почве, (% изменений по отношению к зоне сравнения) Снижение содержания общего белка в почве в условиях значительного техногенного загрязнения создает предпосылки для замедления, а возможно, потери способности метаболизировать экотоксиканты, поступившие в нее, что лежит в основе отрицательной перспективы. Формируются условия для их накопления, депонирования в почве [Гитарский М.Л., с соавт., 1995; Гладышев М.И., 1990.]. Таким образом, даже при изменении в лучшую сторону экологической ситуации, снижении содержания факторов техногенного напряжения в воздухе рабочей зоны , уменьшении количества выбросов загрязнения почва длительное время может источником для поддержания экологического риска в регионе. Носителями экотоксикантов в данном случае будут пищевые продукты растительного и животного происхождения, распространяющиеся и трансформирующиеся по пищевым цепям в растениях, животных.

Нарушения сосуществования различных популяций в почве под влиянием неблагоприятного экологического фона, изменение обменных процессов в этих организмах, засорение почв ее химическими веществами меняет ее гомеостатические характеристики. Установлено, что рН почвы в зоне сравнения осенью составляет 7,370 ± 0,0496, а весной 7,74 ± 0,0171. Рядом с химическим производством оно равно 8,03 + 0,013 и 8,02 ± 0,002 соответственно. При удалении на расстояние 10 км эти показатели не достигают значений в контроле. Как известно, для прорастания и роста сосны оптимальны кислые значения рН, а сдвиг рН в щелочную сторону в целом не обеспечивает естественных условий для растительности. Следует отметить, что установленные нами изменения этого параметра не являются результатом непосредственного действия РеСЬ, 7.М, С6Нб , С6Н5ОН, на долю которых приходится значительная часть токсического фона в изучаемом регионе. Измерение рН растворов этих реагентов в концентрациях ниже и выше в пять раз предельно допустимой и соответствующей ей не выявило существенных сдвигов от рН растворителя т.е. воды, лишь треххлористое железо дает небольшое отклонение в кислую сторону. Таким образом, защелачивание почв является, по-видимому, результатом метаболических сдвигов, индуцированных экотоксикантами, а также возможно, продуктами их взаимодействия, другими соединениями, поступающими в почву.

Об этом свидетельствуют и результаты определения удельной электропроводности. В почве из зоны сравнения не испытывающей массивного действия экотоксикантов, удельная электропроводность весной в 2 раза выше чем осенью, что отражает естественное сезонное усиление обменных процессов и образование интермедиатов, несущих заряд, для процессов энергообеспечения, структурообразования и др. В регионе антропогенного загрязнения не выявлено резких сезонных колебаний этого параметра, сохраняется лишь тенденция, аналогичная норме. По мере удаления от химического производства на 10 км отмечаются более ощутимые сдвиги, близкие по значениям к данным в контроле. Вблизи химического предприятия весной удельная электропроводность в два раза ниже, чем в зоне сравнения.

Блок экспериментов в условиях in vitro позволил нам выявить характер влияния изолированных токсикантов, тестировать их дозо- и хронозависимые эффекты на процессы в сосне и почве. Полученные результаты можно рассмотреть на примере влияния хлорида железа на хвою сосен, как наиболее показательного экотоксиканта (таблицы 1,2,3) и для почвы на примере действия смеси из экотоксикантов (таблицы 4,5,6).

Будучи сильным электролитом, хлорид железа, в системах in vitro, обуславливает рост электропроводности. Характерно, что изучение этого параметра в естественных условиях выявило противоположную направленность сдвигов, что также служит аргументом, свидетельствующим о том, что токсиканты запускают каскад патохимических нарушений в экосистемах. Об этом свидетельствует динамика активности НАДН- и НАДФН- оксидаз, полифенолоксидазы.

Активация НАДН- и НАДФН- оксидаз характерна для образцов хвои и почвы контрольной группы и зоны техногенного риска, т.е. тенденция изменений совпадает.

Различия выражены в мере ответной реакции, ее количественной характеристике. Значительнее эффект, в пять раз интенсивнее, в образцах из участков экологического неблагополучия: на расстоянии 10 метров и 100 метров от источника загрязнения. В хвое деревьев из этой зоны даже при длительном контакте токсикантов активность удерживается на высоких цифрах, в то время как, в контроле она не определяется, равна нулю. По полученным Данным очевидно, что фактор времени, длительность действия экотоксикантов является для НАДН- и НАДФН- оксидаз более значимым в механизме повреждающего действия, чем концентрация токсикантов. В отличие от них полифенолоксидаза в процессе шестидесятиминутной инкубации с бензолом (рис. 3) активируется в 1,5 - 2 раза при концентрации, соответствующей ПДК/5, в 2 - 3 раза при ПДК и в 1,5 - 9 раз при ПДКх5.

КГ 10м 100м 10км

Рис. 3. Влияние бензола на активность полифенолоксидазы в экстрактах хвои Возможно, это свойство фермента обуславливает возможность биотрансформации моно- и полифенолов при антропогенном загрязнении природной среды. В зоне массивного техногенного загрязнения постоянное присутствие экотоксикантов обуславливает аномальную настроенность, готовность к патологическому усилению оксидазных процессов, поэтому непосредственный контакт в условиях in vitro служит толчком для реализации процесса активации.

Kp. Глинка Новокуйбышевск (опыт)

(зона сравнения) Юм 100 м 10 км

15' 60' 15' 60' 15' 60' 15' 60'

НАДН- и НАДФН- оксидазная активность, нмоль диформазана / мг белка

FeCl3 M±m 29.15± 19.37+ 36.45±* 29.53+* 35.67±* 27.86±* 30.65± 25.81±

0.0605 0.0321 0.0387 0.0301 0.0539 0.0625 0.0291 0.0241

Полифенолоксидазная активность, А Е / мг белка хмин

FeCl3 M±m 6,67± 6,71± 12,38±* 21,21±* 7,69±* 10,86±* 9,6 2±* 6,04±

0,0611 0,0539 0,0378 0,0512 0,0663 0,0546 0,0366 0,0517

Содержание водорастворимых белков, мг

FeCl3 M±m 0,0195+ 0,0283± 0,0 lit* 0,009+* 0,016±* 0,017±* 0,0187± 0,0265+

0,0025 0,0032 0,0022 0,0014 0,0024 0,0018 0,0029 0,0043

Удельная электропроводность, mS

FeCl3 M±m 1,2210+ 1,2610± 0,924±* 1,050±* 1,061±* 1,032±* 1,577+* 1,554+*

0,0089 0.0048 0.0057 0.0040 0.0048 0.0089 0.0115 0.0041

рН

FeCl3 M±m 5,6000+ 6,5900± 6,046±* 6,142+* 4,748±* 4,778±* 5,056+ 4,940±

0,0206 0,0190 0,0208 0,0139 0,1880 0,0198 0,0148 0,0100

Примечание: * - Р < 0,05

Кр. Глинка (зона сравнения) Новокуйбышевск (опыт)

Юм 100 м 10 км

15' 60' 15' 60' 15' 60' 15' 60'

НАДН- и НАДФН- оксидазная активность, нмоль диформазана / мг белка

FeCl3 М±ш 31.76± 0.0431 0± 0 47.861* 0.0665 3.82±* 0.0505 43.39+* 0.0591 4.23±* 0.0668 39.07±* 0.0680 0± 0

Полифенолоксидазная активность, А Е / мг белка х мин

FeCl3 М±ш 4,4620+ 0,9224 1,8240± 0,1811 3,00001* 0,3840 1,2960± 0,1558 8,1100±* 0,7939 2,6120±* 0,1842 0,0336+* 0,0010 1,0760+ 0,1835

Содержание водорастворимых белков, мг

FeCl3 М±т 0,0308± 0,0040 0,0374± 0,0013 0,0432±* 0,0039 0,0342± 0,0010 0,0288+ 0,0026 0,0484±* 0,0022 0,0240± 0,0013 0,0336+ 0,0010

Удельная элект ропроводность, mS

FeCl3 М±т 2,1020± 0,0439 2,0170± 0,0105 2,3450±* 0,0185 2,4450+* 0,0285 2,5100+* 0,0274 2,3000±* 0,0234 1,9960± 0,0094 2,3980±* 0,0074

рН

FeCl3 М±т 5,5720± 0,0386 5,0540± 0,0208 3,7140±* 0,0385 3,7340±* 0,0347 3,4840+* 0,0160 3,5540±* 0,0217 3,7740±* 0,0220 4,1500±* 0,0215

Примечание: * - Р < 0,05

Kp. Глинка Новокуйбышевск (опыт)

(зона сравнения) Юм 100 м 10 км

15' 60' 15' 60' 15' 60' 15' 60'

НАДН- и НАДФН- оксидазная активность, нмоль диформазана / мг белка

FeCl3 M±m 22.21± 0± 104.1+** 0.04±* 98.5±** 0.06+* 22.53± 0±

0.0334 0 0.0657 0.0073 0.0674 0.0097 0.0685 0

Полифенолоксидазная активность, Д Е / мг белка х мин

FeCl3 M+m 20,03± 12,19± 1,62±** 18,31±* 1,39+** 80,06±** 28,34±* 18,95±*

0,0479 0,0534 0,0225 0,0649 0,0406 0,0620 0,0468 0,0471

Содержание водорастворимых белков, мг

FeCl3 M±m 0,0025± 0,0041± 0,0062±* 0,0071±* 0,0072±* 0,0015±* 0,0025+ 0,0095+*

0,0003 0,0007 0,0010 0,0009 0,0009 0,0002 0,0003 0,0018

Удельная электропроводность, mS

FeCl3 M±m 25,770± 29,490± 32,400+* 35,460±* 48,150±* 53,910±* 35,190±* 37,530±*

0,3581 0,2407 0,2856 0,3164 0,4593 0,1137 0,3581 0,1791

РН

FeCl3 M±m 2,1360+ 2,0560± 2,0520± 2,0500± 1,8480±* 1,8020±* 1,9600±* 1,9380±

0,0130 0,0208 0,0195 0,0190 0,0207 0,0152 0,0112 0,0065

Примечание: * - Р < 0,05; ** - Р < 0,001

Характерным моментом является более высокая способность оксидазных систем почвы к длительному повреждающему действию чрезвычайно высоких концентраций хлорида железа, оксида цинка, бензола, фенола и смеси токсикантов.

После инкубации экстрактов почвы с раствором хлорида железа было выявлено, что при концентрации в пять раз меньше ПДК НАДН- и НАДФН- оксидазная активность фиксируется на высоких значениях и по прошествии шестидесяти минут остается практически на том же уровне. При действии на экстракты экотоксикантом с концентрацией, равной предельно допустимым нормам после первых пятнадцати минут воздействия происходит резкое увеличение активности НАДН- и НАДФН- оксидаз, а при более длительной экспозиции активность ферментов снижается почти до нуля. В экспериментах с использованием токсикантов в высоких концентрациях при кратковременном воздействии оксидазная активность по сравнению с предыдущими опытами увеличивается в 2 - 3 раза, а через шестьдесят минут не фиксируется, т.е. равна нулю.

Непосредственный контакт изучаемых химических соединений в различных концентрациях и длительности дает возможность оценить эндогенные метаболические резервы сосен и почвы при разной степени выраженности техногенного загрязнения. Анализ полученных результатов показал, что каждое из оцениваемых веществ и их смесь оказывает прооксидантное действие на хвою сосен и почву, не подверженных массивному действию экотоксикантов.

Таким образом, варьируя концентрацией токсикантов от уровня в пять раз меньше ПДК , включая ПДК до концентрации в пять раз выше ПДК, мы выявили четкие дозозависимые эффекты.

Относительно водорастворимых белков хвои в проведенных опытах была выявлена следующая закономерность. При использовании раствора экотоксиканта с предельно допустимой концентрацией наблюдалось резкое увеличение количества водорастворимых белков в экстракте хвои, что может быть связано с сильным разрушением клеточных структур и высвобождением дополнительного количества белка. При этом наиболее выраженное деструктивное действие оказывает бензол, а за ним, в порядке убывания, оксид цинка, фенол, треххлористое железо и смесь из всех экотоксикантов. Самая высокая концентрация белка в экстрактах хвои сосен, растущих на расстоянии 10 метров от химического предприятия, получена при использовании в качестве экотоксикантов хлорида железа, оксида цинка и смеси из токсикантов.

При инкубировании экстракта с экотоксикантами, концентрация которых превышает предельно допустимые нормы в пять раз, это приводит к резкому снижению количества белка. И чем дольше воздействие, тем больше снижается концентрация белка в экстракте, что, по-видимому, может быть обусловлено рядом обстоятельств. В том числе, потерей нативных свойств белка, образованием комплексов с токсикантами, приобретением гидрофобных свойств, потерей растворимости.

Таким образом, в опытах in vitro, моделирующих ситуацию антропогенного загрязнения, по количеству экстрагируемого белка при непосредственном действии экотоксикантов, можно судить о прямом и косвенном деструктивном влиянии этих соединений. Учитывая полифункциональность белка, на основании этих данных можно прогнозировать возможность нарушения систем жизнеобеспечения в хвойных деревьях. Относительно почвы (рис. 4), можно сделать предположение о том, что в зонах с высоким техногенным напряжением толерантность почвенных сообществ к различным вредным агентам значительно выше. У них могут быть сильнее развиты их компенсаторные способности по отношению к агрессивной окружающей среде.

Рис. 4. Концентрация белка в экстрактах почвы после действия хлорида железа Тот факт, что удлинение времени инкубации почвы из зоны максимального экологического риска с хлоридом железа увеличивает содержание белка на 153,58 % по сравнению с данными при 15-ти минутном контакте, а в контроле нет динамики этого показателя во времени, свидетельствует, по-видимому, о нестабильности мембранных образований биомассы, потере ими барьерной функции. Это обуславливает легкое извлечение белка в раствор.

При концентрации токсикантов, равной ПДК х 5, содержание экстрагируемого белка на порядок ниже, чем в опытах, где уровень меньше или равен ПДК, что раскрывает прямой деструктивный эффект высоких доз экотоксикантов.

Однако, изменение структурно - функциональных характеристик, вызываемые экотоксикантами снижает реальную способность биомассы почв к усвоению, детоксикации химических соединений.

Экотоксиканты являются активным дезорганизующим фактором: в опытах in vitro с образцами хвои они вызывают сдвиг рН. Причем эта тенденция характерна и для контроля и опыта. Тут прослеживается отчетливый дозозависимый эффект: при ПДК/5 рН колеблется в пределах от 4,7 + 0,0188 до 6,7 ± 0,14, при ПДК от 3,4 + 0,016 до 6,7 ± 0,0799, и при ПДК х 5 выявляется резкое закисление среды, составляя 1,8 ± 0,0152 до 6,3 ± 0,0143. Самым агрессивным в этом отношении является хлорид железа и смесь из токсикантов (рис. 5).

Рис. 5. Влияние смеси экотоксикантов на значения рН в экстрактах хвои Сдвиг рН в кислую сторону стабилен и не зависит от продолжительности действия реагента на системы хвои. Самое значительное изменение рН, кислотный взрыв, отмечен при контакте хлорида железа с образцами из зоны максимального техногенного напряжения на расстоянии 10 метров и 100 метров от химического предприятия. Это свидетельствует о резком истощении метаболических резервов в хвое сосен, растущих в среде антропогенного загрязнения, неспособности справиться с повреждающим действием экотоксикантов, нарушением обменных процессов, накоплением неутилизированных недоокисленных интермедиатов.

Кр. Глинка (зона сравнения) Новокуйбышевск (опыт)

10м 100 м 10 км

15' 60' 15' 60' 15' 60' 15' 60'

НАДН- и НАДФН- оксидазная активность, нмоль диформазана / мг белка

Смесь М±т 32.48+ 3.6983 30.97± 3.1532 47.59±* 2.2554 47.13+* 3.5978 44.15+* 3.7356 40.27±* 3.0552 34.64± 1.1358 30.81± 1.1838

Полифенолоксидазная активность, А Е / мг белка х мин

Смесь М±т 6.21± 1.1165 9.64+ 0.5542 14.32+* 2.4636 16.51+* 2.5062 14.52±* 2.6141 15.12±* 1.2722 8.35+ 1.5745 8.65 ± 0.8992

Содержание водорастворимых белков, мг

Смесь М±т 0.0131± 0.0012 0.0135± 0.0013 0.0107± 0.0017 0.0106+ 0.0017 0.0116+ 0.0023 0.0129± 0.0009 0.0119+ 0.0019 0.0153+ 0.0017

Удельная элект ропроводность, mS

Смесь М±т 1.15± 0.0550 1.19± 0.0610 1.10± 0.0864 1.13± 0.0551 1.12± 0.0924 1.13± 0.0977 1.16+ 0.0485 1.17+ 0.0934

pH

Смесь М±т 7.23± 0.9677 7.32+ 0.5374 8.25± 0.7016 8.31±* 0.0665 8.23± 0.9214 8.28± 0.9710 7.42± 1.0694 7.61+* 1.0839

Примечание: * - Р < 0,05

Кр. Глинка (зона сравнения) Новокуйбышевск (опыт)

Юм 100 м 10 км

15' 60' 15' 60' 15' 60' 15' 60'

НАДН- и НАДФН- оксидазная активность, нмоль диформазана / мг белка

Смесь М±ш 39.74± 3.2264 0± 0 51.92±* 1.0417 1.18±** 0.0509 45.12±* 3.7905 20.98+8** 3.7796 41.54±* 1.5989 3.84±** 0.3350

Полифенолоксидазная активность, Д Е / мг белка х мин

Смесь М±т 1.68+ 0.1395 3.54± 0.0916 1.98+ 0.1152 3.64+ 0.1483 1.92± 0.1317 2.09±* 0.1425 1.88± 0.1499 2.61±* 0.1039

Содержание водорастворимых белков, мг

Смесь М±т 0.0367± 0.0057 0.03891 0.0049 0.0546±* 0.0050 0.0588±* 0.0041 0.0364± 0.0059 0.0406± 0.0058 0.0399+* 0.0057 0.0369±* 0.0045

Удельная элект ропроводность, mS

Смесь М±т 7.26± 1.1043 7.59+ 1.0435 8.03± 0.2118 8.11± 0.6224 7.94+ 0.8989 8.05+ 0,3140 7.53± 1.3658 7.67+ 1.1325

РН

Смесь М±т 6.28+ 0.0258 6.39± 0.1110 6Л6± 0.3912 6.18+ 0.8786 6.20± 0.9542 6.25± 0.9126 6.25± 1.0053 6.24+ 0.5626

Примечание: * - Р < 0,05; ** - Р < 0,001

Кр. Глинка (зона сравнения) Новокуйбышевск (опыт)

Юм 100 м 10 км

15' 60' 15' 60' 15' 60' 15' 60'

НАДН- и НАДФН- оксидазная активность, нмоль диформазана / мг белка

Смесь М±ш 89.45± 2.3706 0.011 0.0018 96.501* 6.3312 0.101* 0.0056 100.121* 9.4504 01* 0 69.771* 4.6563 01* 0

Полифенолоксидазная активность, А Е / мг белка х мин

Смесь М±ш 12.84± 1.5311 19.851 3.4503 26.481* 2.5597 89.241** 2.4638 27.411* 4.1943 102.061** 2.6675 14.721 2.4228 18.941 2.4194

Содержание водорастворимых белков, мг

Смесь М±т 0.00531 0.0009 0.00191 0.0004 0.00311* 0.0002 г 0.00391* 0.0006 0.00621 0.0010 0.00341* 0.0002 0.00251* 0.0004 0.00631* 0.0010

Удельная элект ропроводность, mS

Смесь М±т 46.261 2.5967 48.351 2.6479 51.261 4.1179 55.241 4.5184 50.641 5.8285 56.871 5.8873 49.681 5.8204 52.131 5.8355

PH

Смесь М±т 4.671 0.4151 4.881 0.8924 4.421 0.4365 4.521 0.8394 4.311 0.6371 4.361 0.3555 4.581 0.4629 4.601 0.5984

Примечание: * - Р < 0,05; ** - Р < 0,001

Полученные сведения раскрывают токсическое действие на окружающую природу хлорида железа, оксида цинка, фенола, бензола в дозах в пять раз меньше ПДК, подтверждая условность разрешенных выбросов агрессивных соединений. Результаты экспериментов свидетельствуют, что накопление в окружающей среде токсикантов на уровне ПДК вызывает в ряде случаев сдвиг в обмене хвои и почвы, губительно сказывающийся на жизнеспособности сосен и сообществ биомассы почвы. Эпизодические выбросы в окружающую среду токсикантов, превышающие ПДК, создают критическую ситуацию, превышающую порог возможности метаболических резервов, несовместимую с жизнью различных организмов в этом регионе.

Длительное антропогенное загрязнение среды обитания обуславливает качественные нарушения в гомеостатических системах хвойных насаждений, почвы, появляется несвойственная им направленность метаболических превращений, губительно действующая не только в пределах каждого отдельного организма, но и создающая молекулярную основу для токсификации химических соединений в атмосфере, снижения потенциальной обезвреживающей способности почвы, депонирования в ней экотоксикантов, их продуктов взаимодействия и трансформации. В этих условиях почва служит токсикологическим резервом, наполняющим фонд экотоксикантов в гидросфере, флоре и фауне. В конечном итоге по пищевым цепям в составе питьевой воды человек, исторически будучи инициатором многообразных негативных сдвигов в Природе, служит мишенью суммарного действия экотоксикантов.

ВЫВОДЫ

1. Антропогенное загрязнение природной среды является фактором инициации прооксидантных процессов в хвое сосны обыкновенной и в почве; вызывает активацию НАДН- и НАДФН- оксидаз, обуславливающим усиление генерации активных форм кислорода, усиление свободнорадикальных процессов, ведущих к повреждению эндогенных структур и макромолекул.

2. В зоне максимального техногенного напряжения вблизи химического производства отмечается резкое снижение содержания водорастворимых белков хвои и почвы, что создает условия структурно - функционального дефицита в живом организме хвойных деревьев и в биомассе почвы.

3. Интенсивное техногенное загрязнение природной среды вызывает активацию полифенолоксидазы хвои и почвы, что рассматривается как адаптационный механизм, направленный на усиленную биотрансформацию моно- и полифенолов, субстратов антропогенного и биогенного происхождения, пополняющих при этом фонд биологически активных соединений и активных форм кислорода, превышающий в количественном отношении физиологические потребности экосистем.

4. Неблагоприятный экологический фон служит причиной нарушения гомеостатических характеристик в хвое сосен и в почве: отмечается сдвиг рН в хвое в контроле в зоне техногенного напряжения; в почве региона сравнения также происходит сдвиг рН, при технологическом напряжении.

5. Глубина метаболических нарушений под влиянием экотоксикантов в хвойных деревьях и в почве проявляется резким увеличением электропроводности, что свидетельствует о накоплении нереализованных ионизированных интермедиатов.

6. Массивное техногенное загрязнение нарушает баланс экосистем в почве, ведет к снижению микробных сообществ, что обуславливает уменьшение возможности биотрансформации экотоксикантов, создает предпосылки для кумуляции их в почве.

7. В опытах in vitro с использованием фенола, бензола, хлорида железа, оксида цинка в концентрациях, соответствующих ПДК/5, ПДК и ПДК х 5 установлено снижение метаболических резервов хвои и почвы из зоны экологического риска, выявлен дозо- и хронозависимый характер действия экотоксикантов, показано, что в дозе в пять раз ниже

предельно допустимой концентрации оказывается фнтодеструктивные воздействия, которые служат факторами, вызывающими активацию НАДН- и НАДФН- оксидаз, иолифенолоксидазы, сдвиг рН, изменение удельной электропроводности и количества водорастворимого белка, что свидетельствует об условности понятия предельно допустимой концентрации.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Для проведения экспресс - диагностики потенциальной экологической опасности изолированных экотоксикантов, их смеси, целесообразно проводить тестирование в условиях in vitro по кислотно - основному сдвигу рН в экстрактах хвои и почвы.

2. Активация прооксидантных процессов в хвое сосен в условиях техногенного загрязнения, сопряженная с усилением генерации активных форм кислорода, способных вызывать токсификацию ксенобиотиков в окружающей среде, является основанием для продуманного использования хвойных пород при озеленении территорий химических

. предприятий.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАПНЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Новые возможности и перспективы в диагностике заболеваний и мониторинга здоровья / Ф.Н. Гильмиярова, О.И. Линева, В.М. Радомская, М.С. Клейман и др. // Неинвазивные методы диагностики. - Москва. - 1995. - С. 19.

2. Доклиническая оценка влияния экотоксикантов на организм человека // Ф.Н. Гильмиярова, В.М. Радомская, М.С. Клейман и др. // Впервые в медицине. - 1995 - №23. - С. 41-42.

3. Новые подходы к поиску средств объективизации комплексного контроля за качеством очистки промышленных сточных вод / А.В. Бабичев, И Г. Кретова, М.С. Клейман и др. // Малоотходные и энергосберегающие технологии в системе водного хозяйства. - Пенза. -1995.-С. 41-42.

4. Экопатология и экопротекторы: сущность, концепции, принятие решений / Ф.Н. Гильмиярова, Т.Л. Кошева, М.С. Клейман и др. // Экология и здоровье человека. -Самара. - 1995. - С.24-25.

5. Тестирование качества очистки сточных вод растительными объектами / М.С. Клейман, Л.А. Пономарева, Н.А. Третьяк, В.И. Кретов И Хозяйственно - питьевая и сточные воды: проблемы очистки и использования. - Пенза. - 1996. - С.

6. Состояние процессов обмена почвы зон экологического неблагополучия/ М.С. Клейман, Н.В. Расцвегова, Л.Н. Самыкина, О.Ю. Кузнецова// Проблемы охраны окружающей среды от промышленных, бытовых, биологических и медицинских отходов, осадков сточных вод.-Пенза.-1997.-С.22-24.

7. Ослабление защитных свойств природы на фоне антропогенного загрязнения /М.С. Клейман, Д.П. Клейман // Актуальные проблемы специализированной медицинской помощи. - Самара. - 1997. - С. 287 - 288.

Клейман Марина Семеновна

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОСНОВАНИЕ СЕЛЕКТИВНОЙ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ ОТ ПОВРЕЖДАЮЩЕГО ДЕЙСТВИЯ

ЭКОТОКСИКАНТОВ

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук.

Подписано в печать 18/ХН - 1997 г.

Формат 60 х 84/16. Бумага типографская №1. Печать офсетная. Условия печати Л. 2,7,9. Уч. - изд. л. 2,56. Тираж 110 экз. Заказ №129.

Типография фирмы "ллгам<А" г. Самара, ул. Г. Димитрова 168, тел. 59 35 38.