Полициклические ароматические углеводороды в системе почва-растение

Яковлева, Евгения Вячеславовна

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Полициклические ароматические углеводороды в системе почва-растение
ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Полициклические ароматические углеводороды в системе почва-растение"

На правах рукописи

ЯКОВЛЕВА Евгения Вячеславовна

ПОЛИЦИКЛИЧЕСКИЕ АРОМАТИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ В СИСТЕМЕ ПОЧВА-РАСТЕНИЕ

03.00.16 - экология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

2 е. 1>ьр с

Москва 2009

003465569

Работа выполнена в лаборатории химии почв отдела почвоведения Института биологии Коми научного центра Уральского отделения Российской академии наук

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук,

с.н.с. Василий Александрович Безносиков

Официальные оппоненты: доктор биологических наук,

профессор Виктор Васильевич Кидин

кандидат биологических наук н.с. Юлия Анатольевна Завгородняя

Ведущая организация:

Пермский государственный университет

Защита состоится 21 апреля 2009 г. в 1530 в аудитории М-2 на заседании диссертационного совета Д 501.001.57 при МГУ им. М.В. Ломоносова на факультете почвоведения по адресу:

119991, ГСП-1, Москва, Ленинские горы, МГУ им. М.В. Ломоносова.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке факультета почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова

Автореферат разослан 16 марта 2009 г.

Приглашаем Вас принять участие в обсуждении диссертации на заседании диссертационного совета или прислать отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, по адресу: 119991, ГСП-1, Москва, Ленинские горы, МГУ им. М.В. Ломоносова, факультет почвоведения, Ученый совет. Факс (8495) 939-29-47

Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор биологических наук

Никифорова А.С.

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Полидиклические ароматические углеводороды (ПАУ) представляют собой органические соединения бензольного ряда, различающиеся по числу бензольных колец и особенностям их присоединения. Актуальность исследований поведения ПАУ в системе почва-растение обусловлена повышенной опасностью и масштабностью загрязнения почвенного и растительного покрова этими супертоксикантами. Система почва-растение очень информативна. Почвы — главный депонирующий ПАУ компонент ландшафта. Растения - наиболее уязвимый компонент биоты. Постоянно подвергаясь действию глобального и локального загрязнения они выполняют основную роль в поглощении разнообразных поллютантов из почвы. Различные виды растений могут служить биоиндикаторами при обнаружении загрязнителей, определении мутагенного фона территорий, претерпевших антропогенную трансформацию. Изучение ПАУ в системе почва-растения позволяет установить механизмы их образования, оценить вероятность поглощения растениями, определить биологические эффекты, вызываемые ПАУ у растительного организма и почв, что позволит в перспективе использовать растения в качестве индикаторов загрязнения среды полиаренами (Крестовская и др., 1979, Норкина, 1979).

В рамках Конвенции о трансграничном загрязнении воздуха (Convention on long-rande..., 1996) к настоящему времени выполнены разнообразные исследования по изучению процессов переноса поллютантов и реакции экосистем на их поступление. Недостаточность работ, посвященных изучению поведения ПАУ в системе почва-растения, обусловливает проведение исследований по вовлечению полиаренов в биологический круговорот.

Материалы, послужившие основой для написания диссертации, получены и обобщены при реализации плановой темы фундаментальных научно-исследовательских работ Института биологии Коми научного центра Уральского отделения РАН «Механизмы формирования и функционирования целинных и антропогенно нарушенных почв в таежных и тундровых ландшафтах Европейского Северо-Востока» (№ Гр 01.2.00.107250), поддержаны грантами ОБН РАН «Биологические ресурсы России, фундаментальные основы рационального использования биологических ресурсов», РФФИ-Урал «Механизмы трансформации органического вещества и устойчивое развитие почв в условиях антропогенного воздействия» (№ 04-04-96015) и РФФИ, «Насыщенные и ненасыщенные углеводороды как индикаторы техногенеза» (№ 07-0400285).

Цель работы: Выявить закономерности биоаккумуляции и трансформации полициклических ароматических углеводородов в системе почва-растения в модельном эксперименте и в условиях естественных лесных фитоценозов.

Задачи исследования:

1. Провести анализ распределения молекулярных групп полициклических ароматических углеводородов в системе почва-растения Tradescantia (clon 02) в модельном эксперименте при загрязнении почв бенз[а]пиреном.

2. Изучить биологические эффекты в системе почва-Trades-cantla (clon 02), индуцированные бенз[а]пиреном: микробиологическую активность почв, генотоксические воздействия на растения, токсикологическую активность почв и растений.

3. Провести сравнительный анализ содержания и распределения молекулярных групп полициклических ароматических углеводородов в системе почва-растения фоновых и аэротехногенно нарушенных ландшафтов лесных фитоценозов.

4. Выявить дикорастущие виды растений - аккумуляторов полициклических ароматических углеводородов и микроорганизмов-индикаторов для оценки загрязнения полиаренами природной среды в зонах техногене-за.

Научная новизна. Впервые на основании комплексного изучения состава полиаренов атмосферных осадков, лизиметрических вод, почв и растений выявлены закономерности формирования пула приоритетных полициклических ароматических углеводородов в системе почва-растение как в результате педогенеза, так и аэротехногенного загрязнения. В почвах и растениях преобладают, главным образом, 3,4-ядерные полиарены. Максимальное бионакопление полиаренов отмечено в растениях Vaccinium myrtillus (листья) и Picea obovata (хвоя и ветви 4-5 года жизни). Фенантрен в растениях образуется в основном за счет внутриклеточного синтеза. Другие легкие ПАУ, входящие в состав выбросов предприятия, накапливаются растением преимущественно из почвы. Обнаружен эффект селективного образования ПАУ в почвах, дифференцированный относительно доз бенз[а]пирена. При внесении бенз[а]пирена в почву в дозах 10-20 нг/г продукты его метаболизма оказывают на Tradescantia (clon 02) ауксиновое действие, что выражается в росте биомассы корней и увеличение частоты появления гигантских клеток у растения. Дозы 30-40 нг/г бенз[а]пирена приводят к ин-гибированию этих процессов. Установлено, что бенз[а]пирен оказывает генотоксическое действие на Tradescantia (clon 02) во всем исследованном диапазоне внесенных доз, которое выражается в увеличении частоты розовых мутантных событий (РМС), белых мутантных событий (ВМС), угнетения клеточного деления (УКД) и морфологических аномалий (МА) в волосках тычиночных нитей (ВТН). Адаптация растений к высоким дозам бенз[а]пирена не выражается на морфологическом, начинает проявляться на физиологическом и особенно на генетическом уровнях. Бенз[а]пирен, внесенный в почву, снижает численность почвенных микроорганизмов. Наиболее резистентны к воздействию бенз[а]пирена микроорганизмы, использующие минеральные формы азота. Внесение в почву бенз[а]пирена приводит к резкому снижению видового разнообразия и исчезновению доминирующих и часто встречающихся в контрольной почве видов микромицетов. При высоких дозах бенз[а]пирена (30-40 нг/г) появляются нехарактерные для данной почвы виды, доминантами становятся Paecilomyces lilacinus и Fusarium moniliforme.

ми. Результаты работы используются в лекционных курсах по специальности «экология» в СыктГУ.

Апробация работы. Материалы исследований были доложены и обсуждены на пяти всероссийских конференциях: Всероссийская научная школа «Актуальные проблемы регионального экологического мониторинга» (Киров, 2006); Всероссийская конференция молодых ученых «Экология от Арктики до Антарктики» (Екатеринбург, 2007), I Всероссийская молодежная научная конференция «Молодежь и наука на Севере» (Сыктывкар, 2008); I Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием «Фундаментальные достижения в почвоведении, экологии, сельском хозяйстве на пути к инновациям» (Москва, 2008); V Всероссийский съезд общества почвоведов им. В.В. Докучаева (Ростов-на-Дону, 2008); на трех молодежных научных конференциях «Актуальные проблемы биологии и экологии» (Сыктывкар 2005, 2006, 2007).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 13 работ, включая 3 статьи в журналах, входящих в список ВАК, в которых отражено содержание работы и основные положения, выносимые на защиту.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы (192 источника, в том числе 54 на иностранных языках) и приложения. Текст диссертации изложен на 172 страницах, содержит 40 рисунков, 13 таблиц и 39 приложений.

Благодарности. Автор выражает благодарность научному руководителю д.с-х.н. заведующему лабораторией химии почв В.А. Безноси-кову за постоянную поддержку в проведении экспериментов, заведующему лабораторией «Экоаналит» Б.М. Кондратенку за консультации по методам количественного химического анализа, сотрудникам отдела почвоведения и лаборатории «Экоаналит» Института биологии за помощь в выполнении данных исследований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1.

Накопление и трансформация полициклических ароматических углеводородов в системе почва—растение (обзор литературы)

ПАУ являются приоритетными загрязнителями как в списке Европейского сообщества, так и в списке Агентства по охране окружающей среды США. ПАУ имеют низкие предельно допустимые концентрации и проявляют по отношению к живым организмам канцерогенные, мутагенные и другие токсичные свойства (Ильницкий, 1975; Nielsen, 1996; Bispo et ah, 1999, Jian et al., 2004). В главе рассматриваются физико-химические свойства ПАУ, нормирование, механизмы их образования в природных экосистемах, особенности накопления при техногенезе, биоаккумуляции и трансформации в системе почва-растения (Геннадиев и др., 1996, 2000; Дурмишидзе и др., 1979; Угрехелидзе, 1979; Smith et al., 2006; Meudec et al., 2006).

Глава 2. Объекты и методы исследований

В главе рассматриваются природные условия района исследований-(северная тайга), описаны почвы (Чернов, 1960; Забоева, 1975), климат (Атлас..., 1997), растительность (Юдин, 1951). Для северной тайги среднегодовое значение температуры воздуха равно -1.4 "С, среднегодовое количество осадков - 712 мм. Наиболее типичные растительные сообщества в дренированных условиях - ельники зеленомошные (глеепод-золистые почвы), по мере ухудшения дренажа они сменяются ельниками долгомошно-сфагновыми (болотно-подзолистые почвы). Рельеф увалистый и холмисто-увалистый. Исследованные почвы сформированы на однородных по гранулометрическому и минералогическому составу покровных суглинках (Забоева, 1975).

В главе даны морфологические описания и физико-химические свойства пахотной окультуренной подзолистой почвы, используемой в модельном эксперименте, фоновых торфянисто-подзолисто-глееватых почв вблизи пос. Троидко-Печорск и аэротехногенно нарушенных почв около пос. Верхнеижемский (сажевый завод). Приведена краткая характеристика растений естественных фитоценозов, исследованных в эксперименте (Picea obovata Ledeb., Sorbus aucuparia L., Betula pendula Roth., Vaccinium myrtillus, Vaccinium vitis-idaea L). В работе использовали лизиметры конструкции Е.И. Шиловой (1963, 1971) с рабочей площадью 500 см2. Лизиметры устанавливали под горизонтами О, А2, А2В. Проводили оценку микробиологической активности почв (Методы почвенной микробиологии..., 1991; Кураков, 2001) и генотоксичности бенз[а]пирена для растений (Mericle et. al., 1967).

Исследования в модельном эксперименте были проведены с использованием высокочувствительного к факторам физической и химической природы растения Tradescantia (clon 02). В эксперименте использовали пахотный слой (Апах - 0-20 см) окультуренной подзолистой почвы, сформированной на пылеватом покровном суглинке. В почву вносили бенз[а]пирен в виде водного раствора государственного стандартного образца (ГСО № 7515/98) в количествах, соответствующих его конечному содержанию в почве - 10, 20, 30, 40 нг/г. Контрольный вариант - без внесения бенз[а]пирена. Повторность в опытах - 6-кратная. Растения выращивали при комнатной температуре и естественной освещенности. Полив осуществляли дистиллированной водой.

Количественный химический анализ полиаренов в почвах, растениях, лизиметрических и талых водах проводили по методикам ПНД Ф 16.1:2:2.2:3.39-03, РД 52.44.590-97, ПНД Ф 14.2:4.70-96. Экстракцию ПАУ из почвы проводили смесью ацетона и н-гексана с ультразвуковой обработкой. Выделение фракции ПАУ осуществляли последовательным хроматографированием экстрактов на колонках, заполненных оксидом алюминия (смесь хлористого метилена и н-гексана) и силика-гелем (бензол). Пробы растений подвергали щелочному гидролизу, из гидролизата экстрагировали неполярные соединения, фракцию ПАУ из совокупности экстрактивных веществ выделяли хроматографированием на колонках с оксидом алюминия и на алюминиевых пластинках с закрепленным слоем силикагеля («Merck», 20x20 см, Silicagel60 F ). Содержание ПАУ в исследуемых образцах определяли методом обра-

щенно-фазововой градиентной высокоэффективной жидкостной хроматографии со спектрофлуориметрическим детектированием («Флюорат-02-Панорама», НПФ АП «Люмэкс», Россия). Условия хроматографи-рования: колонка Supelco™ LC-PAH (5 мкм, 25 см х 2.1 мм), термостатированная при t = 30 °С, подвижная фаза - ацетонитрил-вода в разных объемных соотношениях. Количественный химический анализ почв по основным агрохимическим показателям был выполнен на базе аккредитованной лаборатории «Экоаналит» Института биологии Коми НЦ УрО РАН.

Глава 3.

Биологические эффекты в почве и растениях Tradescantia (clon 02), индуцированные бенз[а]пиреном

Полиарены в пахотной окультуренной почве были представлены, главным образом, хризеном, бенз[6]флуорантеном, пиреном, флуоран-теном, фенантреном, причем 3,4-ядерные структуры составляли в почве 70 % от общей суммы ПАУ. В почве не обнаружены нафталин, антрацен, флуорен, бенз[а]антрацен, бенз[ёЫ]перилен. В процессе роста и развития растений в варианте без внесения бенз[а]пирена в почву снижение содержания ПАУ в почве происходило, преимущественно, за счет хризена и бензо[Ь]флуорантена. Эти же соединения обусловливали основные изменения в составе ПАУ при загрязнении почв бенз[а]пи-реном.

Сравнение содержания ПАУ в почве при разных дозовых нагрузках бенз[а]пирена в начале и после проведения эксперимента позволило выявить, что общее количество полиаренов в почве во всех вариантах опыта оставалось практически неизменным (рис. 1). При этом содержание бенз[а]пирена в почве по истечению эксперимента заметно снизилось, что сопровождалось увеличением содержания некоторых полиаренов.

При дозе бенз[а]пирена 0-20 иг/т (рис. 2) происходило статистически достоверное возрастание содержания полиаренов с 3,4-ядерной струк-

Массоваядолябего[а1т1рена, нг/г

Рис. 1. Общее содержание ПАУ (А, Б) и бенз[а]пирена (В, Г) в почве: А, В - в начале; Б, Г - после завершения эксперимента

¿н 0,12

С!

§ 0,1

3 0,08 С

0.06 0,04 -

и 0,02 о

—■--Б

......

10 20 30 40

Массовая доля бенз[а]тгрена. нг/г

Рис. 2. Содержание ПАУ в почве: А - фенантрен, Б - хризен, В - бенз[а]пирен, Г - 6ензо[Ь]флуорантен

преобладали процессы образования тяжелых 5,6-ядерных ПАУ, в основном, бензо[Ь]флуорантена, что вело к увеличению их доли в сумме ПАУ от 42 % до 65 %. Возможно, образование этих ПАУ было связано с деятельностью растений и почвенной микробиоты.

Микробное сообщество наиболее чувствительно к внесению бенз[а]пирена в почву. При дозе 10 нг/г происходило снижение в 2-4 раза содержания сахаролитиков, целлюлозолитиков и аммонификато-ров. Дальнейший рост дозовых нагрузок бенз[а]пирена не приводил к значимым изменениям в составе микробиоты. Микроорганизмы, использующие минеральные формы азота, обладали высокой резистентностью, их содержание в почве почти не менялось при разных дозах бенз[а]пирена (рис. 3). По устойчивости к бенз[а]пирену почвенную мик-робиоту можно расположить в следующий убывающий ряд: микроорганизмы, использующие минеральные формы азота > аммонификаторы > целлюлозолитики > сахаролитики.

Изменения в соотношении разных групп микробиоты, связанные с увеличением доз бенз[а]пирена в почве, приводили к линейному росту коэффициента минерализации почвенного органического вещества (отношение содержания микроорганизмов, использующих минеральные формы азота, к содержанию аммонификаторов в почве (Мишустин, 1975). Известно, что микромицеты синтезируют и выделяют во внешнюю среду разнообразные гидролитические ферменты, расщепляющие органические субстраты разной химической природы. Деструкция ПАУ в почве углеводородокисляющими микроорганизмами начинается с гидроксилирования одного ароматического кольца. Окисление двух-и трехъядерных аренов через ряд промежуточных продуктов приводит к образованию двухатомных фенолов и карбоксилсодержащих производных по схеме (рис. 4).

Под воздействием ферментов происходили сложные процессы изменения количественного соотношения ПАУ в почве. Возможно, эти процессы обусловливали образование полиаренов и за счет конденсации частично окисленных углеводородов. Бенз[а]пирен при низких до-

Массовая доля бен:з[а"|ппрена, нг'г

Рис. 3. Влияние бенз[а]пирена на численность физиологических групп микроорганизмов: А - целлюлозолитики, Б - сахоролитики, В - микроорганизмы, использующие минеральные формы азота, Г - аммонификаторы

зах разлагался микробиотой почти полностью до легких ПАУ, при высоких дозах трансформировался в меньшей степени, в основном, до тяжелых полиаренов (бензо[Ь]флуорантен, бензо[к]флуорантен).

При внесении бенз[а]пирена в почву происходило перераспределение популяций микромицетов по степени доминирования и уменьшение их биоразнообразия. На основании уровня встречаемости все виды микромицетов были разделены нами на три группы:

- виды, чувствительные к антропогенной нагрузке, доминируют в почвах контрольного варианта, но исчезают при загрязнении почвы бенз[а]пиреном (представители родов Ссотусея, МогИегеИа, Мисог, СНае-№тшт, наиболее чувствителен вид Оеотусев раппогит);

- виды, устойчивые к различным дозам бенз[а]пирена (Fusarium moniliforme, Pénicillium. Camemberti);

- виды, отсутствовавшие в контрольной почве, но доминирующие при высоких (30-40 нг/г) дозах бенз[а]пирена (виды родов Cladosporium sp, Gliocladium sp., Paecilomyces).

Таким образом, специфика микробиологических процессов, протекающих в системе почва-растение, в первую очередь, определялась количеством внесенного в почву бенз[а]пирена. Наибольший интерес для мониторинговых исследований как индикаторные виды представляют Paecilomyces lilacinus и Fusarium Moniliforme.

Биологические эффекты воздействия бенз[а]пирена, внесенного в почву в разных дозах, были исследованы и на растительных тест-системах Tradescantia (clon 02). Изменения молекулярного состава ПАУ почвы под влиянием бенз[а]пирена оказывали влияние на рост и развитие Tradescantia (clon 02), выращенной на данной почве. Изменение биомассы традесканции с увеличением количества внесенного в почву бенз[а]пирена подчинялось нелинейной зависимости, которая хорошо описывалась уравнением второй степени (R2 = 0.95) с максимумом при содержании бенз[а]пирена 20-30 нг/г (рис. 5). Такой характер изменения биомассы всего растения от дозы внесенного бенз[а]пирена был обусловлен, в основном, изменением массы корней, которое в сочетании с фактом увеличения частоты проявления гигантских клеток в ВТН Tradescantia ( clon 02) свидетельствовало об ауксиновом действии карбоксилсодержащих продуктов метаболизма бенз[а]пирена. Известно, что фитогормон ауксин (р-индолилуксусная кислота) даже в микроколичествах регулирует рост растений. Аппроксимация полученной зависимости на нулевое значение биомассы дает значение массовой доли бенз[а]пирена в почве около 50 нг/г, при которой следует ожидать гибель Tradescantia (clon 02).

Все полиарены, обнаруженные в растениях, можно разделить на две группы по типу поведения (рис. 6). Первая группа - полиарены, которые присутствовали в почве в незначительном количестве и обра-

Массоваядодябею[а]гшрена. нг/г

Рис. 5. Зависимость биомассы традесканции от уровня загрязнения почвы бенз[а]пиреном: А - биомасса целого растения, Б - биомасса корней, В - биомасса листьев

0,25

0.2

-í

t¡ 0.15

* 0.1

5 0.05

-А

Рис. 6. Содержание ПАУ в растении: А бензо[Ь]флуорантен, Г - фенантрен

Массовая доля бею[а1тгрена, нг/г

хризен, Б - бенз[а]пирен, В -

зовывались преимущественно в растении (фенантрен). Зависимости изменения содержания фенантрена в растении и биомассы Tradescantia (clon 02) симбатны. Вторая группа объединяет полиарены, накопление которых в растении зависело от их содержания в почве. Содержание тяжелых полиаренов (бензо[к]флуорантен, бенз[а]пирен, 6eH3[ghi]ne-рилен) в почве и растениях возрастало с увеличением дозы внесенного бенз[а]пирена. Содержание остальных ПАУ в растениях характеризовалось максимумом при дозах 20 нг/г (флуорантен, пирен, хризен, бензо[Ь]флуорантен). ПАУ в растениях были представлены в основном фенантреном, флуорантеном, пиреном и хризеном, их доля составляла 76-96 %. Общее содержание полиаренов в растениях возрастало в интервале внесенных доз бенз[а]пирена от 0 до 20 нг/г почвы. Увеличение доз бенз[а]пирена от 30 до 40 нг/г почвы приводило к резкому снижению содержания полиаренов в целом растении, листьях, корнях. Распределение ПАУ по органам растения имело акропетальную направленность (увеличение содержания полиаренов от корней к листьям). Биоаккумуляция полиаренов в листьях в 1.5-3.1 раза превышала их содержание в корнях.

На основании полученных результатов были рассчитаны значения суммарной токсикологической активности полиаренов (ТЕПАУ) - чувствительной экологической характеристики при оценке степени загрязнения объектов природной среды. Расчет проводили по формуле: п

ТЕ ПАУ = ЕКТПАУ. х ш(ПАУ).,

где ЕКТПАУ. - коэффициент токсичности i-ro ПАУ относительно бенз[а]пи-рена, (Nisbet et al., 1992), ю(ПАУ^ - массовая доля i-ro ПАУ в объекте, нг/г.

Установлено, что Т2ПАУ для растений Tradescantia (clon 02) определялась преимущественно тяжелыми 5,6-ядерными ПАУ (рис. 7), вклад которых в ТЕПАУ составлял 82-99 %, на долю бенз[а]пирена приходилось 40-86 %.

О 10 20 30 40

Массовая доля 6emfalmtpem, нг/г

Рис. 7. Вклад тяжелых и легких ПАУ в токсикологическую активность ПАУ растений при различном уровне загрязнения почв бенз[а]пиреном: А - бенз[а]пирен, Б - тяжелые ПАУ, В - легкие ПАУ

Для растений Tradescantia (clon 02) были характерны более высокие значения ТЕПАУ, чем для почвы (табл. 1).

При исследовании генотоксических эффектов у Tradescantia (clon 02) было установлено, что растение по-разному реагировало на дозовые нагрузки бенз[а]пирена на морфологическом, физиологическом и генетическом уровнях (рис. 8, табл. 2). На морфологическом уровне механизмы адаптации растения к стресс-фактору не проявлялись. Частота проявления морфологических аномалий в цветках и ВТН Tradescantia (clon 02) закономерно увеличивалась с ростом дозы бенз[а]пирена в почве. Наблюдался линейный рост частоты проявления изгибов, цветков с нераскрывшимися бутонами и сросшимися лепестками (кривые А, Б). Изменения частоты проявления морфологических аномалий были аналогичны изменению содержания бенз[а]пирена в растении (кривая Д). Также изменялась частота проявления УКД до уровня 40 нг/г бенз[а]пирена (кривая В). При этой дозовой нагрузке начинали срабатывать адаптационные механизмы и уровень угнетений снижался.

Розовые мутантные события - истинные генетические мутации, которые очень чувствительны к загрязнению бенз[а]пиреном. Частота их проявления отражала все этапы адаптации растения к повышенным дозам бенз[а]пирена и согласовывалась с теорией стресса Селье (кривая Г). С ростом содержания бенз[а]пирена в растении частота проявления розовых мутаций сначала увеличивалась, затем следовало снижение, которое может быть объяснено включением в растительных клетках механизмов адаптации. Дальнейший рост частоты РМС был связан с угнетенным состоянием растения при повышенных дозах бенз[а]пирена. Частота проявления физиологических эффектов УКД и ВМС изменялась ассиметрично частоте проявления РМС. Снижение частоты проявления розовых мутаций объяснялось гибелью мутантных клеток и отсутствием пигментов в клетках, что выражалось в увеличении частоты УКД и ВМС.

Таким образом, загрязнение почв бенз[а]пиреном и выращивание на них растений вело к образованию дополнительного количества по-

Таблица 1

Средние значения суммарной токсикологической активности ПАУ в почвах и растениях

Почва Растение

ТХПАУ массовая доля бенз[а]пирена, внесенного в почву, нг/г

0 10 20 30 40 0 10 20 30 40

X 0.9 1.4 3.0 4.2 9.2 3.2 7.3 14.8 14.6 20.6

Sx 0.3 0.2 0.2 0.6 0.6 0.2 0.3 1.7 2.0 3.0

.о 3,5 3

I2-5

1,5 -1 -

0,5 -

0,35 -У А § --♦—А

0,3 § о S § •••■•■ В

0,25 1 i Д " ее 5 ■-г;

0,2 S1! ю Ё* 22 и 0,15 Э S я § л 0,1 о

0,05

0 10 20 30 40

Массовая доля беш[а1л!фена, нг/'г

Рис. 8. Частота проявления генотоксических эффектов yTradescantia (clon 02) под действием внесенного бенз[а]пирена: А - нераскрывшиеся бутоны, Б - изгибы ВТН, В - УКД, Г - РМС, Д - содержание бенз[а]пирена в растении

Таблица 2

Нарушения в волосках тычиночных нитей Tradescantia (clon 02), %

Массовая ДОЛЯ Количество ВТН, шт. РМС ВМС УКД MA MA в цветках

бенз[а]пирена, нг/г почвы X Sx X Sx X Sx X Sx X Sx

0 14735 0.11 0.03 0.75 0.12 1.27 0.12 1.58 0.15 0.12 0.09

10 5316 0.11 0.05 0.97 0.22 2.14 0.31 2.59 0.43 0.52 0.40

20 7824 0.27 0.08 0.68 0.15 2.10 0.26 3.06 0.35 0.68 0.36

30 6566 0.10 0.04 1.15 0.25 2.92 0.42 3.28 0.26 1.14 0.50

40 5001 0.30 0.08 0.98 0.17 1.93 0.26 3.81 0.40 1.74 0.80 13

лиаренов в почве. Образование полиаренов в почве могло быть связано с деятельностью растений, микроорганизмов и другими трансформационными процессами органического вещества. ПАУ поглощались растениями и, обладая высокой токсикологической активностью, вызывали различные биологические эффекты. Бенз[а]пирен, с одной стороны, выступал функциональным аналогом ауксина и оказывал влияние на рост и развитие растений, с другой, приводил к различным морфологическим, физиологическим и генетическим изменениям в растениях. Адаптация растений к высоким дозам бенз[а]пирена не проявлялась на морфологическом, начинала проявляться на физиологическом и была ярко выражена на генетическом уровне.

Глава 4.

Закономерности биоаккумуляции ПАУ в системе почва—растение в лесных биоценозах

Выбросы промышленными предприятиями различных поллютан-тов приводят к загрязнению атмосферных осадков, которые в виде снега, дождя, аэрозолей выпадают на подстилающую поверхность и аккумулируются в почвенном и растительном покрове (Лукина и др., 1998). Техногенный вклад ПАУ нами был оценен на основании поступления полиаренов в систему почва-растения с атмосферными осадками, миграции по почвенному профилю и биоаккумуляции растительностью (табл. 3).

Формирование состава полиаренов в почвах было обусловлено влиянием сажевого завода, в газопылевых выбросах которого содержится значительное количество ПАУ. Это определяло их повышенное содержание в атмосферных осадках и в почве. Модули поступления ПАУ на подстилающую поверхность в зоне влияния сажевого завода превышали фоновые значение в 3.3 раза. В атмосферных осадках присутствовали, в основном, легкие полиарены: фенантрен, флуорантен, пирен. Тяжелые ПАУ в атмосферных осадках отсутствовали, что может указывать на их почвенное происхождение. Состав ПАУ осадков фоновых территорий на 66 % был представлен фенантреном, в аэротехногенных ландшафтах увеличивалась массовая доля флуорантена и пирена с 28 до 56 %. Прирост полиаренов в органогенных горизонтах почв за счет низкомолекулярных углеводородов, содержащихся в осадках, был незначителен и составлял 1.7-2.1 %.

В лизиметрических водах из органогенных и минеральных горизонтов фоновых и техногенных почв были обнаружены, в основном, низкомолекулярные наиболее растворимые полиароматические соединения (фенантрен, флуорантен, пирен). Тяжелые ПАУ либо отсутствовали, либо их содержание находилось на «следовом» уровне. В целом массовая доля полиаренов, вымывающихся из органогенных горизонтов, была незначительна и составляла 0.4-0.9 % от общих запасов в данном горизонте. Малорастворимые тяжелые углеводороды в лизиметрических водах из горизонтов А2, А2В отсутствовали.

Общее содержание полиаренов в органогенных горизонтах фоновых почв составляло 471 мкг/м2, в том числе легких 311 мкг/м2 (65.8 %), в аэротехногенных - 1493 мкг/м2 и 917 мкг/м2 (61.4 %) соответствен-

Таблица 3

ПАУ в системе почва-растения в лесном биоценозе

Поступает с осадками Вымывается Прирост ПАУ Запасы ПАУ Прирост ПАУ Биоаккумуляция Биоаккумуляци? ПАУ в

ПАУ из органогенного в результате атмосферного в органогенном горизонте почв в почвах за счет ПАУ в растениях растениях за счет

горизонта привноса техногенеза техногенеза

мкг/м2 %

Фоновые ландшафты

Фенантрен 8+5 1.3±0.8 6.7 170±60 58.1+7.4

66 29 85 36 66

Флуоранген 1.7±1.1 1.1 ±0.7 0.6 57+20 8.7±1.5

15 24 9 12 10

Пирен 1.5±1.0 1.1 ±0.7 0.4 38+13 5.5±1.0

13 26 5 8 6

Остальные 0.8+0.4 0.9±0.4 0.1 206 16.0±2.9

ПАУ 6 21 1 44 18

Сумма 12.0 4.4 7.8 471 88.3±13.5

100 100 100 100 100

Техногенные ландшафты

Фенантрен 14±6 1.6+1.1 12.4 220±80 50 124.7±14 6 67

37 30 39 15 5 54 48

Флуоранген 9 ±4 1.2 ±0.8 7.8 300±110 243 31.1+5.3 22

25 21 25 20 24 14 16

Пирен 13+6 2.1+1.3 10.9 210±70 172 28.6±2.1 23

33 37 32 14 17 12 16

Остальные 2.0±1.3 0.7 1.3 763 557 44.0±5.3 28

ту 5 12 4 51 54 20 20

Сумма 38.0 5.6 32.4 1493 1022 228.3±28.2 140

100 100 100 100 100 100 100

но. Низкомолекулярные ПАУ были представлены, главным образом, фенантреном, флуорантеном и пиреном. В количественном аспекте на фоновом участке достоверно зафиксирован прирост полиаренов в почве за счет атмосферных осадков только по фенантрену. Учитывая, что общие запасы ПАУ в почве значительно превышали их поступление с атмосферными осадками, следует констатировать, что присутствие в почве как легких, так и тяжелых полиаренов могло быть следствием процесса почвообразования.

Общие закономерности биоаккумуляции ПАУ растениями в лесных фитоценозах и в модельном эксперименте при внесении малых концентраций бенз[а]пирена идентичны. Биоаккумуляция ПАУ растениями проходила в основном за счет низкомолекулярных полиаренов - фенан-трена, флуорантена, пирена, массовая доля которых в фоновых ландшафтах составляла 82 %, в техногенных - 80 %. Общий прирост накопления ПАУ в растениях в результате техногенеза составил 140 мкг/м2. В образцах растений, отобранных как на загрязненном, так и на фоновом участках, основную массу ПАУ составлял фенантрен. Значительное накопление этого соединения в растениях фоновых территорий обусловлено его преимущественно природным происхождением. Доля тяжелых ПАУ в общей сумме полиаренов в растениях загрязненной территории была незначительна и сравнима с фоновыми показателями.

Основная доля ПАУ в растениях смешанного елово-березового леса северной тайги была аккумулирована в Picea obovata, которая составляет основную фитомассу данного биоценоза. Ее вклад в бионакопление ПАУ был на порядок выше, чем исследуемых кустарничков и Betula pendula. Наименьшая доля приходилась на Sorbus aucuparia и мох Rhytidiadelphus triquetrus.

Химический анализ растительных образцов из импактной зоны сажевого завода позволил выявить, что массовая доля полиаренов возле точечного источника эмиссии значительно превышала естественно обусловленные параметры фоновых территорий (рис. 9). Наибольшие кратности превышения содержания ПАУ в растениях импактной зоны над фоновыми значениями были характерны для Vaccinium myrtillus и Picea obovata (ветви, хвоя). Vaccinium myrtillus является гипераккумулятором легких ПАУ (Baker, 1981). Так, содержание флуорантена, пирена и хризена в побегах растений в 2-3 раза превышало их содержание в корнях. Способность Vaccinium myrtillus к гипераккумуляции ПАУ во многом обусловлена листопадностью данного кустарничка. Полиарены концентирируются, главным образом, в вакуолях растительных клеток и сбрасываются вместе с листьями. Vaccinium vitis-idaea - вечнозеленый кустарничек, поэтому у него выработались барьеры к аккумуляции ПАУ. Минимальное накопление полиаренов в растениях фоновых и техногенных ландшафтов было характерно для Hylocomium splendens и Rhitidiadelphus triquietrus.

Для загрязненной территории были выявлены высокие корреляционные взаимосвязи между содержанием полиаренов в выбросах предприятия, почвах и растениях. Коэффициенты корреляции для массивов данных выбросы-почва, выбросы-растения и растения-почва для Vaccinium myrtillus составили соответственно 0.87, 0.96 и 0.87 (п = 8, Р = 0.95). Это свидетельствует о том, что растения поглощали и накапливали полиарены из почвы и атмосферы.

Виды растений

Рис. 9. Суммарное содержание ПАУ в растениях разных видов: 1 - Rhitidiadel-phus triquietrus, 2 - Hylocomium splendens, 3 - Vaccinium vitis-idaea, 4 - Vaccinium myrtillus, 5 - Sorbus aucuparia, 6 - Betula pendula, 7 - Picea obovata

Исследования биоаккумуляции ПАУ в почвах и растениях были проведены на расстоянии 0.5, 1.0 и 1.5 км от источника эмиссии. Содержание ПАУ в почве загрязненного участка было достоверно выше фоновых значений и достигало максимума на расстоянии 1 км от предприятия (рис. 10). При этом количество легких ПАУ на расстояниях 0.5 и 1 км от источника выбросов было практически одинаково. Прирост ПАУ на расстоянии 1 км от предприятия был обусловлен тяжелыми полиаренами (бенз[Ь]флуорантеном и бенз[^Ы]периленом). В модельном эксперименте именно бенз[ёЫ]перилен в значительной мере опре-

.1- 120 §

'й 100 -

Фоновый 0,5 1 1,5

участок Расстояние от источника эмиссии, км

Рис. 10. Содержание ПАУ в почвах фонового участка и на разных расстояниях от предприятия: А - тяжелые, Б - легкие ПАУ

делял прирост тяжелых ПАУ в почве при низких дозах внесенного бенз[а]пирена. Содержание бенз[а]пирена в почве загрязненного участка соответствовало малым концентрациям в модельном эксперименте. На фоновом участке легкие ПАУ на 42 % были представлены фенант-реном. В зоне аэротехногенного воздействия росла доля легких техногенных ПАУ - флуорантена и пирена. На фоновом участке доля флуо-рантена и пирена от суммы легких полиаренов составляла 38 %, на загрязненном участке возрастала до 49-59 %.

Анализ содержания полиаренов в органах Picea obovata (ветви, хвоя) показал, что наблюдается рост содержания полиаренов в растении с увеличением их возраста как для фонового, так и для загрязненного участка (рис. 11). Максимальное накопление ПАУ наблюдалось в ветвях и хвое ели 4-5 года жизни, минимальное - у органов 1 года.

Содержание полиаренов в органах (ветки, хвоя) Picea obovata зависело не только от их возраста, но и от удаления от источника эмиссии ПАУ. Наибольшее накопление ПАУ органами Picea obovata всех возрастов наблюдалось на расстоянии 1 км от сажевого завода. На расстоянии 0.5 и 1.5 км накопление ПАУ было примерно одинаково и превышало фоновые значения в 2 раза. В растениях основную массу легких ПАУ, аналогично почве фонового участка, составлял фенантрен. На загрязненном участке его доля уменьшалась в результате увеличения массовой доли других легких техногенных ПАУ.

Состав ПАУ почвы и растений фонового участка был практически одинаков, коэффициенты корреляции составляли г = 0.79-0.81 (п = 5, Р = 0.95). На загрязненном участке различия были более существенны, что выражалось в уменьшении значения коэффициента корреляции -г = 0.49 (п = 5, Р = 0.95).

На фоновом и загрязненном участках наибольшее содержание полиаренов было отмечено в ветвях ели по сравнению с хвоей, в основном за счет фенантрена. Повышенное содержание фенантрена в растениях

.н 3000 -1

2500 -

£ 2000 -I

| 1500 -

й 1000 -

о.

Д 500 -0 -

Фоновый 0,5 1 1,5

участок Расстояние от источника эмиссии, км

Рис. 11. Содержание ПАУ в органах Picea obovata (ветви, хвоя): А - первого года, Б - второго года, В - третьего года, Г - четвертого года, Д - пятого года

и А ■ Б

0В

иг

отмечалось и в модельном эксперименте. Накопление фенантрена в ветвях было связано с его поглощением из атмосферы. Флуорантен, пирен и хризен преимущественно накапливались в хвое, однако их содержание в растениях тесно коррелировало с содержанием в почве.

Высокие коэффициенты корреляции этих полиаренов в почве и растениях наблюдались и для Vaccinium myrtillus, что свидетельствует о поглощении флуорантена, пирена и хризена из почвы. В отличие от Picea obovata для Vaccinium myrtillus не было характерно накопление фенантрена из почвы и атмосферы, его содержание в растениях на загрязненном участке не превышало фоновых значений. Этот факт можно объяснить произрастанием Vaccinium myrtillus в более низком ярусе леса, где вероятность поглощения полиаренов из атмосферы меньше. Фенант-рен, попавший в почву, в значительной степени вымывался в нижележащие горизонты и становился менее доступным для кустарничков.

Анализ содержания полиаренов в Vaccinium myrtillus, Vaccinium vitis-idaea на разном расстоянии от источника эмиссии показал аналогичные закономерности с Picea obovata. В кустарничках наблюдалось повышение содержания флуорантена, пирена и в меньшей степени хризена и тяжелых ПАУ относительно фоновых значений на расстояние 1 км, где концентрируются основные выбросы предприятия (рис. 12).

Для фонового и загрязненного участков наблюдалась тенденция увеличения содержания ПАУ в Vaccinium myrtillus в сравнении с Vaccinium vitis-idaea.

Массовая доля ПАУ в растениях значительно превышала их содержание в почве (рис. 13). Кратности превышения варьировали от 1.5 раз для бензо[Ь]флуорантена, хризена до 4.0 раз для фенанрена и антрацена. В растениях не наблюдалось накопления бенз[а]пирена, что соответствовало данным модельного эксперимента при низком уровне загрязнения. Таким образом, нами были выявлены сходные закономерности биоаккумуляции и трансформации полициклических ароматических углеводородов в системе почва-растения в условиях модельного эксперимента и естественных лесных фитоценозов. В образцах растений фоновых участков доля тяжелых ПАУ была незначительна, среди легких ПАУ преобладал фенантрен. Кустарнички Vaccinium vitis-idaea

12 3 4 5

Состав П АУ

Рис. 12. Кратность превышения содержания ПАУ над фоновыми значениями в Уасстшт VIИэ-Шава: 1 - флуорантен, 2 - пирен, 3 - бенз[а]антрацен, 4 - хризен, 5 -бензо[Ь]флуорантен

12 3 4 5 6 7

Гостив ПАУ

Рис. 13. Кратность превышения содержания ПАУ в растениях Vaccinium myrtillus над их содержанием в почве (1 км от сажевого завода): 1 - фенантрен, 2 - антрацен, 3 - флуорантен, 4 - пирен, 5 - бенз[а]антрацен, 6 - хризен, 7 - бензо[Ь]флуо-рантен

и Vaccinium, myrtillus на загрязненном участке содержали значительно большее количество полиаренов по сравнению с фоновыми территориями. Наибольшее содержание ПАУ было обнаружено в листьях растений, наименьшее в корнях. Биоаккумуляция ПАУ растениями была максимальна для наиболее загрязненных почв (1 км от источника эмиссии), основной вклад в накопление вносили легкие полиарены.

Высокие положительные корреляции состава ПАУ почв и растений свидетельствовали о преимущественном поглощении кустарничками полиаренов из почвы. При этом фенантрен в больших количествах синтезировался растениями. Из всех исследованных растений наибольшей биоаккумуляцией ПАУ отличались Picea obovata (ель обыкновенная) и Vaccinium myrtillus (черника).

ВЫВОДЫ

1. В системе почва-растение идентифицированы нафталин, флуо-рен, фенантрен, антрацен, флуорантен, пирен, бенз[а]антрацен, хризен, бенз[Ь]флуорантен, бенз[к]флуорантен, бенз[а]пирен, дибенз[а,Ь]ан-трацен, бенз[§Ы]перилен, индено[1,2,3-сс1]пирен. Общие закономерности биоаккумуляции ПАУ растениями в лесных фитоценозах и в модельном эксперименте при внесении бенз[а]пирена идентичны.

2.Обнаружен эффект селективного образования ПАУ в почвах, дифференцированный относительно дозы бенз[а]пирена: при внесении 10-20 нг/ г бенз[а]пирена в почву образуются в основном легкие 3,4-ядерные полиарены, представленные преимущественно хризеном (95 %), при дозах 3040 нг/г - тяжелые 5,6-ядерные ПАУ, в составе которых преобладает бенз[Ь]флуорантен (60 %).

ния гигантских клеток у растения, дозы 30-40 нг/г бенз[а]пирена приводят к ингибированию этих процессов.

4. Выявлены различные уровни адаптации Tradescantia (clon 02) к воздействию бенз[а]пирена. На морфологическом уровне адаптация растения не выражена, проявления адаптации наблюдаются для физиологических эффектов - белых мутантных событий и угнетения клеточного деления, на генетическом уровне проявляются все этапы адаптации растения, согласующиеся с теорией стресса Селье.

5. Бенз[а]пирен, внесенный в почву, снижает биоразнообразие и численность микроорганизмов. Обнаружена устойчивость микроорганизмов, использующих минеральные формы азота, к повышенному содержанию бенз[а]пирена в почве. Выявлены индикаторные виды грибов - Fusarium moniliforme и Paecilomyces lilacinus, которые не были доминантами или отсутствовали в почве контрольного варианта.

6. Биоаккумуляция полициклических ароматических углеводородов в почвах и растениях происходит за счет их образования как в результате педогенеза, так и техногенного привноса. Основной вклад техногенных полициклических ароматических углеводородов в почву и растения вносят полиарены с 3,4-ядерной структурой.

7. Максимальное биопотребление полициклических ароматических углеводородов отмечено листьями Vaccinium myrtillus, хвоей и ветвями Picea obovata 4-5 года жизни. Vaccinium myrtillus является гипераккумулятором легких ПАУ, что обусловлено листопадностью данного кустарничка. Бенз[а]пирен в естественных условиях в растениях не накапливается, вследствие его низкого содержания в почве.

8. Фенантрен в растениях образуется, в основном, в результате внутриклеточного синтеза. Для Picea obovata характерно накопление фенантре-на из атмосферы, который концентрируется в ветвях.

9. Основной детерминант токсикологической активности депонирующих сред (почвы, растения) - общее содержание 5,6-ядерных полиаренов, вклад которых в токсикологическую активность составляет 70-99 %.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

В изданиях, рекомендованных ВАК

1. Яковлева, Е. В. Биоаккумуляция полициклических ароматических углеводородов в системе почва-растение / Е.В. Яковлева, В.А. Безносиков, Б.М. Кондратенок, Д.Н. Габов, М.И. Василевич // Агрохимия, 2008. -№ 9. - С. 66-74.

2. Габов, Д. Н. Закономерности формирования полициклических ароматических углеводородов в почвах северной и средней тайги / Д. Н. Габов, В. А. Безносиков, Б.М. Кондратенок, Е. В. Яковлева // Почвоведение, 2008. - № 11. - С. 1334-1343.

3. Габов, Д. Н. Критерии оценки загрязнения почв полициклическими ароматическими углеводородами / Д. Н. Габов, В. А. Безносиков, Б.М. Кондратенок, Е. В. Яковлева // Экология и промышленность России, 2008. - № 11. - С. 42-45.

В прочих изданиях

1. Яковлева, Е. В. (Калеева Е. В.) Полициклические ароматические углеводороды в почвах техногенных ландшафтов / Е. В. Яковлева// Ак-

туальные проблемы биологии и экологии: материалы докладов XII молодежной Научной конференции Института биологии Коми НЦ УрО РАН. -Сыктывкар, 2005. - С.64-66.

2. Яковлева, Е. В. Биологическое накопление полициклических ароматических углеводородов различными видами растений / Е. В. Яковлева, Д. Н. Габов // Актуальные проблемы регионального экологического мониторинга: научный и образовательный аспекты: сборник материалов всероссийской научной школы. - Киров, 2006. - С. 256-257.

3. Яковлева, Е. В. (Калеева Е. В.) Полициклические ароматические углеводороды в растениях техногенных и фоновых территорий // Актуальные проблемы биологии и экологии: материалы докладов XIII молодежной Научной конференции Института биологии Коми НЦ УрО РАН. - Сыктывкар, 2007. - С. 109-112.

4. Яковлева, Е. В. Миграция бенз[а]пирена в системе почва-растение Tradescantia (clon 02), на основе модельного эксперимента / Е. В. Яковлева, Д. Н. Габов // Актуальные проблемы биологии и экологии: материалы докладов XIV молодежной Научной конференции Института биологии Коми НЦ УрО РАН. - Сыктывкар, 2008. - С.307-310.

5. Яковлева, Е. В. Полициклические ароматические углеводороды в системе почва-растение Tradescantia (clon 02) / Е. В. Яковлева, Д. Н. Габов // Экология от Арктики до Антарктики: материалы конференции молодых ученых ИЭРиЖ УрО РАН. - Екатеринбург: Изд-во «Академкнига», 2007. - С. 378-379.

6. Яковлева, Е. В. Мутагенная и токсико-канцерогенная активность полициклических ароматических углеводородов в системе почва-растение Tradescantia (clon 02) / Е. В. Яковлева, Д. Н. Габов // «Молодежь и наука на Севере»: материалы докладов I Всероссийской молодежной Научной конференции Института биологии Коми НЦ УрО РАН. - Сыктывкар, 2008. - С.344-346.

7. Яковлева, Е. В. Полициклические ароматические углеводороды в системе атмосферные осадки-почва-растение как индикатор экологического состояния почв таежной зоны / Е. В. Яковлева, М. И. Василевич // Фундаментальные достижения в почвоведении, экологии, сельском хозяйстве на пути к инновациям: материалы I Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. - Москва, 2008. - С. 318320.

8. Яковлева, Е. В. Полициклические ароматические углеводороды в системе почва-растение / Е. В. Яковлева, Д. Н. Габов // Материалы V Всероссийского съезда общества почвоведов им. В.В. Докучаева. - Ростов-на-Дону, 2008. - С. 67.

9. Яковлева , Е. В. Полициклические ароматические углеводороды в системе почва-растение / Е.В. Яковлева, В. А. Безносиков, Б. М. Конд-ратенок, Д. Н. Габов,// Теоретическая и прикладная экология, 2008. -№ 1. - С. 57-64.

10. Габов, Д. Н. Полициклические ароматические углеводороды: критерии оценки загрязнения почв в условиях техногенеза / Д. Н. Габов, В. А. Безносиков, Б.М. Кондратенок, Е. В. Яковлева // Технадзор, 2007. -№ 5. - С. 18-21.

Лицензия № 19-32 от 26.11.96 г. КР 0033 от 03.03.97 г.

Подписано в печать 13.03.2009. Формат 60х901/16. Набор компьютерный. Усл. печ. л. 1.0. Тираж 100 экз. Заказ 12(09).

Отпечатано в информационно-издательском отделе Института биологии Коми научного центра Уральского отделения РАН Адрес: 167982, г. Сыктывкар, ул. Коммунистическая, д. 28

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Яковлева, Евгения Вячеславовна

Общая характеристика работы.

Глава 1. Обзор литературы.

1.1. Физико-химические свойства ПАУ и их нормирование.

1.2. Накопление и трансформация ПАУ в системе почва-растения.

Глава 2. Экспериментальная часть.

2.1. Природные условия.

2.2. Объекты и методы исследований.

Глава 3. Биологические эффекты в почве и растениях Tradescantia (clon 02), индуцированные бенз[а]пиреном.

3.1. Изменение молекулярного состава ПАУ в почве под воздействием бенз[а]пирена.

3.2. Микробиологическя активность почв.

3.3. Влияние загрязнения почвы бенз[а]пиреном на Tradescantia (clon 02).

3.4. Оценка токсикологической активности бенз[а]пирена в системе почва-растение.

3.5. Генотоксические эффекты.

Глава 4. Закономерности биоаккумуляции ПАУ в системе почва-растения в лесных фитоценозах.

4.1. Накопление ПАУ в системе атмосферные осадки - почва - растения -лизиметрические воды.

4.2. ПАУ в почве фонового и техногенного ландшафтов.

4.2. ПАУ в системе почва-Picea obovaía, на различном расстоянии от источника эмиссии.

4.3. ПАУ в системе почваг-Vaccmium myrtillus, Vaccinium vitis-idaea, на различном расстоянии от источника эмиссии.

Выводы.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Полициклические ароматические углеводороды в системе почва-растение"

Актуальность темы. Полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) представляют собой органические соединения бензольного ряда, различающиеся по числу бензольных колец и особенностям их присоединения. Полициклические ароматические углеводороды характеризуются высокой мобильностью, способностью к рассеиванию в биосфере и имеют как природное, так и I техногенное происхождение. Накопление полициклических ароматических углеводородов в системе почва-растение связано с процессами трансформации органических веществ и переносом ПАУ от техногенных источников. Актуальность исследований поведения полициклических ароматических углеводородов в системе почва-растение обусловлена повышенной опасностью и масштабностью загрязнения- почвенного и растительного покрова этими соединениями.

Почвы - главный компонент ландшафта, депонирующий полициклические ароматические углеводороды. Интенсивность накопления, возможность консервации и последующей мобилизации данной группы стойких органических загрязнителей в окружающую среду зависит от свойств почв и биологических особенностей растений. В рамках Конвенции о трансграничном загрязнении воздуха (Convention on long-rande.,1996) к настоящему времени выполнены многочисленные исследования по переносу различных поллютантов и реакции экосистем на их поступление. Однако следует отметить о недостаточности подобных работ, посвященных исследованию полициклических ароматических углеводородов в системе почва-растения, что обусловливает, на наш взгляд, проведение исследований по вовлечению полиаренов в биологический круговорот.

Для индикации загрязняющих веществ в окружающей среде все чаще применяют биологические системы. Реакция живого организма позволяет оценить антропогенное воздействие на среду обитания в показателях, имеющих биологический смысл. Химические соединения, воздействуя на среду, .иногда очень сильно модифицируются факторами живой и неживой природы, их окончательное влияние не всегда легко предвидеть, что определяет поиск биоиндикаторов, которые дают точную, интегральную картину, учитывающую и те загрязнения, которые могли быть не зафиксированы при мониторинговых исследованиях. (Алексеева и др. 1981; Флоровская и др., 1982; Ровинский и др., 1988, 1990; Геннадиев и др., 1989,1990.1992, 1996, 2000. 2004; Пенин и др., 1991; Пиковский, 1993; Шурубор и др., 2000; Чернянский и др., 2001; Биоиндикация загрязнений наземных., 1988).

Система почва-растение очень информативна. Растения представляют собой наиболее уязвимый компонент биоты, так как являются первичными звеньями трофических цепей. Они выполняют основную роль в поглощении разнообразных поллютантов из почвы и подвергаются действию как глобального, так и локального загрязнения. Эти особенности растений определяют их значение как биоиндикаторов при обнаружении загрязнителей, выяснении их географического распространения и определении мутагенного фона ландшафтов, претерпевших антропогенную трансформацию. Сведения о загрязнении почвы бенз[а]пиреном приводят к необходимости оценить вероятность поглощения его растениями, определить возможность перемещения бенз[а]пирена из корней в надземные органы и исследовать реакцию растительного организма и почв на его воздействие, что позволит в перспективе использовать растения как индикаторы загрязнения среды полиаренами (Алексеева и др. 1981; Геннадиев и др., 1990, 1996, 2004; Ровинский и др., 1988; Крестовская и др., 1979; Норкина, 1979; Пенин и др., 1991; Пиковский, 1993; Blumer, 1976; Ericsson et al., 2003).

Материалы, послужившие основой, для написания диссертации, получены и обобщены при реализации плановой темы фундаментальных научно-исследовательских работ Института биологии Коми научного центра Уральского отделения РАН «Механизмы формирования и функционирования целинных и антропогенно нарушенных почв в таежных и тундровых ландшафтах Европейского-Северо-Востока» (№ Гр. 01.2.00.107250), поддержаны грантами РФФИ и отделения общей биологии,РАН.

Цель исследования: i

Выявить закономернос ти биоаккумуляции и трансформации полициклических ароматических углеводородов в системе почва-растения в лабораторном эксперименте и в условиях естественных лесных фитоценозов.

Задачи исследования:

1. Провести анализ распределения молекулярных групп полициклических ароматических углеводородов в системе почва-растения Tradescantia (clon 02), в модельном эксперименте при загрязнении почв бенз[а]пиреном.

2. Изучить биологические эффекты в системе иочва-Tradescantia (clon 02), индуцированные бенз[а]пиреном: микробиологическую активность почв, геното-ксичные воздействия на растения, токсикологическую активность почв и растений.

3. Провести сравнительный анализ содержания и распределения молекулярных групп полициклических ароматических углеводородов в системе почва-растения фоновых и аэротехногенно-нарушенных ландшафтов лесных фитоценозов.

4. Выявить дикорастущие виды растений-аккумуляторов полициклических ароматических углеводородов и микроорганизмов-индикаторов для оценки загрязнения полициклическими ароматическими углеводородами в зонах техногенеза.

Научная новизна. Впервые на основании комплексного изучения состава полиаренов атмосферных осадков, лизиметрических вод, почв и растений выявлены закономерности формирования пула приоритетных полициклических ароматических углеводородов в системе почва-растение как в результате педогенеза, так и аэротехногенного загрязнения. В почвах и растениях преобладают, главным образом, 3,4-ядерные полиарены. Максимальное бионакопление полиаренов отмечено в растениях Vaccinium myríillus (листья), и Picea obovata (хвоя и ветви 4-5 года жизни). Фенантрен в растениях образуется в основном за счет внутриклеточного синтеза. Другие легкие ПАУ входящие в состав, выбросов предприятия накапливаются растением преимущественно из почвы. Обнаружен эффект селективного образования ПАУ в почвах, дифференцированный относительно доз бенз[а]пирена. При внесении бенз[а]пирена в почву в дозах 10-20 нг/г продукты его метаболизма оказывают на Tradescantia (clon 02) ауксиновое действие, что выражается в росте биомассы корней и увеличение частоты появления гигантских клеток у растения. Дозы 30-40 нг/г бенз[а]пирена приводят к ингибированию этих процессов. Установлено, что бенз[а]пирен оказывает генотоксическое действие на Tradescantia (clon 02) во всем исследованном диапазоне внесенных доз, которое выражается в увеличении частоты розовых мутантных событий, белых мутантных событий, угнетения клеточного деления и морфологических аномалий в волосках тычиночных нитей. Адаптация растений к высоким дозам бенз[а]пирена не выражается на морфологическом начинает проявляться на физиологическом и особенно на генетическом уровне. Бенз[а]пирен, внесенный в почву, снижает численность почвенных микроорганизмов. Наиболее резистентны к воздействию бенз[а]пирена микроорганизмы использующие минеральные формы азота: Внесение в почву бенз[а]пирена приводит к резкому снижению видового разнообразия' и исчезновению доминирующих и часто встречающихся в контрольной}почве видов микромицетов. При высоких дозах бенз[а]пирена- (30-40 нг/г) появляются нехарактерные для« данной почвы, виды, доминантами' становятся Paecilomyces lilacinus и Fusarium moniliforme.

Практическая значимость. Растения - Vaccinium myrtillus (листья), Picea obovata (хвоя и ветви 4-5 года жизни) и микромицеты - Paecilomyces lilacinus, Fusarium moniliforme могут применяться при мониторинге и контроле загрязнения' окружающей среды полиаренами. Результаты работы^ используются в лекционных курсах по специальности «экология» в СыкгГУ.

Апробация работы. Материалы, изложенные в диссертации, были доложены и обсуждены на всероссийских конференциях: Всероссийская» научная школа «Актуальные проблемы регионального экологического мониторинга» (Киров, 2006); Всероссийская* конференция молодых ученых «Экология от Арктики до Антарктики» (Екатеринбург, 2007); I Всероссийская» молодежная научная конференция «Молодежь и наука на Севере» (Сыктывкар, 2008); I Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием «Фундаментальные достижения в почвоведении, экологии, сельском хозяйстве на пути к инновациям» (Москва, 2008); V Всероссийский съезд общества почвоведов им. В.В. Докучаева. (Ростов-на-Дону, 2008); на молодежных научных конференциях «Актуальные проблемы биологии и экологии» (Сыктывкар 2005, 2006, 2007).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 13 работ, включая 3 статьи в журналах списка ВАК, «Агрохимия» № 9, 2008; «Почвоведение» № 11, 2008, «Экология и промышленность России» № 11, 2008.

Благодарности. Автор выражает благодарность научному руководителю д.с-х.н., с.н.с., заведующему лаборатории химии почв отдела почвоведения В.А. Безносикову, к.х.н., доценту, заведующему лабораторией «Экоаналит» Б.М. Кондратенку за постоянную поддержку в проведении экспериментов, консультации по методам количественного химического анализа и содействие в оформлении диссертации, к.б.н., н.с., Д.Н. Габову и старшему инженеру-химику Н.В. Злобиной — за помощь в проведении химико-аналитических исследований, к.б.н., н.с Аниськиной М.В. — за помощь в постановке модельного эксперимента, д.б.н., в.н.с. Г.В.Железновой - за помощь в обосновании и отборе растительных образцов; к.б.н., с.н.с., Ф.М. Хабибуллиной, м.н.с. Ю.А. Виноградовой - за исследования микробиологической активности почв.

Заключение Диссертация по теме "Экология", Яковлева, Евгения Вячеславовна

Выводы

1. В системе почва-растение идентифицированы нафталин, флуорен, фенантрен, антрацен, флуорантен, пирен, бенз[а]антрацен, хризен, бенз[Ь]флуорантен, бенз[к]флуорантен, бенз[а]пирен, дибенз[а,1г]антрацен, бенз[^]перилен, индено[1,2,3-сё]пирен. Общие закономерности биоаккумуляции ПАУ растениями в лесных фитоценозах и в модельном эксперименте при внесении бенз[а]пирена идентичны.

2. Обнаружен эффект селективного образования ПАУ в почвах, дифференцированный относительно дозы бенз[а]пирена: при внесении 10-20 нг/г бенз[а]пирена в почву образуются в основном легкие 3,4-ядерные полиарены, представленные преимущественно хризеном (95 %), при дозах 30-40 нг/г — тяжелые 5,6-ядерные ПАУ, в составе которых преобладает бенз[Ь]флуорантен (60 %)•

3. При внесении бенз[а]пирена в почву в дозах 10-20 нг/г продукты его метаболизма оказывают на Tradescantia (clon 02) ауксиновое действие, что выражается в росте биомассы корней и увеличение частоты появления гигантских клеток у растения, дозы 30-40 нг/г бенз[а]пирена приводят к ингибированию этих процессов.

6. Биоаккумуляция полициклических ароматических углеводородов в почвах и растениях происходит за счет их образования, как в результате педогенеза, так и техногенного привноса. Основной вклад техногенных полициклических ароматических углеводородов в почву и растения вносят полиарены с 3,4-ядерной структурой.

7. Максимальное биопотребление полициклических ароматических углеводородов отмечено листьями Vaccinium myrtillus, хвоей и ветвями Picea obovata 4-5 года жизни. Vaccinium myrtillus является гипераккумулятором легких ПАУ, что обусловлено листопадностыо данного кустарничка. Бенз[а]пирен в естественных условиях в растениях не накапливается, вследствие его низкого содержания в почве.

8. Фенантрен в растениях образуется, в основном, в результате внутриклеточного синтеза. Для Picea obovata характерно накопление фенантрена из атмосферы, который концентрируется в ветвях.

I s t

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Яковлева, Евгения Вячеславовна, Москва

1. Алексеева, Т. А. Спектрофлуориметрические методы анализа ароматических углеводородов в природных и техногенных средах / Т. А. Алексеева, Т. А. Тепли цкая - Л.: Гидрометеоиздат, 1981. - 215 с.

2. Алисов, Б. П. Климат СССР / Б. П. Алисов М.: Изд-во МГУ, 1956. - 126 с.

3. Андреева, Е. Н. Влияние атмосферного загрязнения на моховой покров северотаежных лесов / Е. Н. Андреева // Лесные экосистемы и атмосферное загря знение. Л, 1990 - С. 159-172.

4. Аникеев, В. В. Руководство к практическим занятиям по микробиологии: учеб.пособие / В. В. Аникеев, К. А. Лукомская М.: Изд-во МГУ, 1977 - 186 с.

5. Атлас Республики Коми по климату и гидрологии/А. И. Таскаев и др.; под ред. А. И. Таскаева. М.: ДиК, Дрофа, 1997 - 116 с.

6. Бартулевич, Я., Ягов Г. В. Аналитические методы определения ПАУ в объектах окружающей среды / Я. Бартулевич, Г. В. Ягов // Питьевая вода. 2001. - №6. -С. 11-14.

7. Баскаков, Ю. А. Регуляторы роста растений / Ю. А. Баскаков, А. А. Шаповалов. -М.: Знание, 1982 64 с.

8. Беджер, Г. М. Химические основы канцерогенной активности / Г. М. Беджер. -М.: Медицина, 1966. 124 с.

9. Беляев, И. И. Циркуляция полициклических ароматических углеводородов в среде, окружающей предприятия органического синтеза / И. И.Беляев и др. // Канцерогенные вещества в окружающей среде. М.: Гидрометеоиздат, 1979. -С. 19-21.

10. Белых, Л. И. Полициклические ароматические ■ углеводороды в природно-техногенных средах Южного Прибайкалья / Л. И. Белых // Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология. 2005. - №6. - С. 539-551.

11. Биоиндикация загрязнений наземных экосистем / Р. Шуберт и др.; под. ред. Р. Шуберта.-М.: Мир, 1988.-343 с.

12. Билай, В. И. Рост грибов на углеводородах нефти/В. И. Билай, Э. 3. Коваль. -Киев: Наукова думка, 1980 337 с.

13. Бобкова, К. С. Биологическая продуктивность хвойных лесов европейского Северо-Востока/К. С. Бобкова. СПб.: Наука, 1987. - 156с.

14. Велде, И. А. Содержание бенз(а)пирена в почвах и растениях Эстонии/И. А. Велде и др. // Растения и химические канцерогены.-Л : Наука, 1979. С. 101.

15. Воробейчик, Е. Л. Об анализе зависимостей типа доза-эффект для параметров надорганизменных уровней / Е. Л. Воробейчик// Биота Урала. Екатеринбург1994. С. 14-16.

16. Вредные химические вещества в промышленности. Справочник для химиков, инженеров и врачей. Т. 1. Органические вещества. / Н. В. Лазарев и др.; под. ре д. Н. В. Лазарева. Л.: Химия, 1976: - 592 с.

17. Габов, Д. Н. Полициклические ароматические углеводороды в подзолистых и болотно-подзолистых почвах Европейского северо-востока России / Д. Н. Габов / Автореф. дисс: на соискание ученой степени кандидата биологических наук. Сыктывкар, 2005. - 16 с.

18. Габов, Д. Н. Полициклические ароматические углеводороды в подзолистых и тор . -фянисто-подзолисто-глееватых почвах фоновых ландшафтов / Д. Н. Габов,

19. В. А. Безносиков, Б. М. Кондратенок// Почвоведение. 2007. - № 3. - С. 282-291.

20. Галиулин, Р. В. Особенности поведения стойких органических загрязнителей в системе атмосферные выпадения растение - почва / Р. В. Галиулин,

21. B. Н. Башкин//Агрохимия. 1999. - № 12. - С. 69-77.

22. Гапонюк, Э. И. Остаточное содержание пестицидов в объектах внешней среды и их биологическое значение / Э. И. Гапонюк // Загрязнение атмосферы и почвы.

23. М.: Гидрометиздат, 1977. С. 65-88.

24. Галиулин, Р. В. Распределение бенз(а)пирена и мышьяка в окружающей среде / Р. В. Галиулин и др. // Агрохимия. 2005. - №5. - С. 76-81.

25. Геннадиев, А. Н. Полициклические ароматические углеводороды в почвах фоновых территорий и природный педогенез / А. Н. Геннадиев и др. // Монитор инг фонового загрязнения природных сред. JI: Гидрометеоиздат, 1989. Вып. 5.1. C. 149-161.

26. Геннадиев, А. Н., Динамика загрязнения почв полициклическими ароматическими углеводородами и индикация состояния почвенных экосистем / А. Н. Геннадиев и др. // Почвоведение. 1990. - № 10. - С 75-85.

27. Геннадиев А. Н. Полициклические ароматические углеводороды в первичных компонентах фоновых почв Зауралья / А. Н. Геннадиев и др. // Вестник МГУ. Сер. 5. География. 2000. - № 3. - С. 14-19.

28. Геннадиев, А. Н. Техногенные и биогенные полициклические ароматические углеводороды в почвах охраняемых территорий дельты Волги / А. Н. Геннадиев, Е. И. Шурубор, И. С. Козин // Биологические науки. 1992. - № 1. - С. 133-142.

29. Геннадиев, А. Н. Геохимия полициклических ароматических углеводородов в горных породах и почвах / А. Н. Геннадиев и др. М.: Изд-во МГУ, 1996.196 с.

30. Геннадиев, А. Н. Формы и факторы накопления полициклических ароматических углеводородов в почвах при техногенном загрязнении (Московская область) / А. Н. Геннадиев и др. // Почвоведение. 2004. - № 7. - С. 804-818.

31. ГН.2.1.7.2041-06 Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в почве // Гигиенические нормативы. М.: Федеральный центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора. 2006. - 11 с.

32. Головина, В. В. Химический состав вблизи объектов топливно-энергетического комплекса/В. В. Головина и др. //Водные ресурсы. 1998. -№ 1. - С. 62-71.

33. Горшков, А. Г. Накопление полициклических ароматических углеводородов в хвое сосны обыкновенной на территории Прибайкалья / А. Г. Горшков и др.// Лесоведение. 2008. - №2. - С. 21-26.

34. Гузев, В. С. Техногенные изменения сообщества почвенных микроорганизмов / В. С. Груздев, С. В> Левин // Перспективы развития почвенной биологии. -; М., 2001. С. 178-219.

35. Давыдов, В. Д: Эпидемиология и генезис рака желудка /В. Д. Давыдов, Л. Г. Соленова, А. П. Ильницкий // Вильнюс, 1974. С. 105-112.

36. Данецкая, О; Л. Экспериментальные обоснования деканцерогизации канцерогенн ых продуктов промышленности / О; Л; Данецкая. Л;: Медицина, 1971. - 221 с.

37. Дикун, П. П. Фоновое содержание бенз(а)пирена в зерне / П. П. Дикун, И. А. Калинина // Растения и химические канцерогены. Л;: Наука, 1979- -С. 113-115. ' • ' ■'•

38. Дикун, П. П. О механизмах образования бенз(а)пирена при пиролизе древесины / П. П. Дикун и др. // Растения и химические канцерогены. Л:: Наука, 1979.с. 171-173.'' ' '' :';'' ' :

39. Добровольский, Г. В. Функции почв в биосфере и экосистемах / Г. В. Добровольский, Е. Д.^^ Никитин ,-М::'^ Наука,1990. -260 с.

40. Дурмишидзе, С. В. Влияние бенз(а)пирена на ультраструктуру делящихся клеток корня кукурузы / С. В. Дурмишидзе и др. // Растертая и химические канцерогены. Л.: Наука, 1979! - С/12-13. 1

41. Евсеева, Т. И. Сочетанное действие факторов радиационной и нерадиационной природы на традесканцию / Т. И. Евсеева, С. А. Гераськин; -Екатеринбург: УрО РАН, 2001. 156 с.

42. Забоева, И. В. Почвы и земельные ресурсы Коми АССР / И. В. Забоева. -Сыктывкар: Коми книжное издательство, 1975; 344 с.

43. Звягинцев, Д. Г. Почва и микроорганизмы / Д. Г. Звягинцев. М.: Изд-во МГУ, 1987.-256 с.

44. Зеккель, Я. Д. Рельеф / Я. Д: Зеккель // Геология СССР. М.: Наука, 1963. - Т.2. -4.1 - 356 с.

45. Ильин, В: Б. К оценке массопотока тяжелых металлов в системе почва — сельскохозяйственная культура / В: Б. Ильин // Агрохимия; 2006. - №3. - С. 52-■ 59. .•■■,■.■■.:■■.■•■•;■•■

46. Ильницкий, А. П. Канцерогенные углеводороды в почве, воде: и растительности' / А. П. Ильницкий // Канцерогены в окружающей среде.-М:: Гидрометеоиздат,1975: С. 53-71.

47. Ильницкий, А. П. Природные источники канцерогенных углеводородов / А. П. Ильницкий // Канцерогенные вещества' в окружающей среде. М.: Гидрометеоиздат,; 1979: - С. 25-28.

48. Калюжный, И. Л. Современное состояние и проблемь1 натурных исследований снежного полова / И. Л. Калюжный, В. А. Шутов // Водные ресурсы. 1998:№ 1. с. 34-42. . ^ .:.■!;/ ч .о .: ;

49. Клар, Э. Полициклические ароматические углеводороды/Э. Клар. М.: Химия, 1971. - Т. 1, 2. - 455 с.

50. Кононенко, А. В. Гидротермический режим таежных и тундровых почв европейского Северо-Востока / А. В. Кононенко. JL: Наука, 1986. - 144 с.

51. Кошелев, А. А. Экологические проблемы энергетики / А. А. Кошелев, Г. В. Ташк инова, Б. Б. Чебаненко. Новосибирск: Наука, 1989. - 322 с.

52. Крестовская,' Т. В. Влияние Бенз(а)пирена на Allium Сера / Т. В. Крестовская, Э. И. Слепян, И. А. Калинина // Растения и химические канцерогены. -Л.: Наука, 1979. С. 38-41.

53. Кузнецов, А. Е. Научные основы экобиотехнологии / А. Е. Кузнецов, Н. Б. Градова М.:Мир, 2006 - 504 с.

54. Кулакова, И. И.' О возможном синтезе полициклических ароматических углеводо родов в процессе эндогенного минералообразования / И'. И. Кулакова // Сборник докл. АН СССР. 1982 - Т. 266. -№ 4. - С. 1001-1003.

55. Куценко, С. А. Основы токсикологии / С. А. Куценко. СПб.: Фолиант, 2002 -720 с.

56. Леса Республики Коми /Г. М. Козубов и др.; под.ред.: Г. М. Козубова, А. И.1./

57. Таскаева. М.: Издательско-продюссерский центр " «Дизайн. Информация. Картография», 1999. -332 с. "" • ; ! м

58. Литвинов, М. А. Определитель микроскопических' почвенных грибов / М. А. Литвинов. Л.: Наука, 1967. - 302 с.

59. Лукина, Н. В. Питательный режим лесов северной тайги: природные и техногенные аспекты / Н. В. Лукина, В. В. Никонов. Апатиты: Изд-во Кольского НЦ РАН, 1998. - 316 с.

60. Люминисцентная битуминология / В. Н. Фроловский и др.; под.ред. В. Н. Фроловского. М: Изд-во МГУ, 1975. - 192 с.

61. Химия и ультразвук. / Т. Мейсон и др.; под.ред. Т. Мейсона. М.: Мир, 1993. -191 с.

62. Марфенина, О. Е. Микробиологические аспекты охраны почв / О. Е. Марфенина.- М.: Изд-во МГУ, 1991. -118 с.

63. Марфенина, О. Е. Антропогенная экология почвенных грибов / О. Е. Марфенина.- М.: Медицина для всех, 2005. 196 с.

64. Маштаков, С. М. Физиологическое действие гербицидов на сорта культурных растений / С. М. Маштаков, В. П. Деева, А. П. Волынец. Минск: Наука и техника, 1967. - 194 с.

65. Мерзляк, М. Н. Активированный кислород и окислительные процессы в мембранах растительной клетки / М. Н. Мерзляк // Итоги науки и техники ВИНИТИ. Сер. Физиология растений. М: ВИНИТИ, 1989. - Т. 6. - С. 1-168.

66. Методы почвенной микробиологии и биогимии / Д. Г. Звягинцев и др.; под.ред. Д. Г. Звягинцева. М.: Изд-во МГУ, 1980. - 224 с.

67. Милько, А. А. Определитель мукоральных грибов / А. А. Милько. -Киев: Наукова думка, 1974. 303 с.

68. Минибаева, Ф. В. Продукция супероксида и активность внеклеточной пероксидазы в растительных тканях при стрессе / Ф. В. Минибаева, Л. X. Гордон // Физиология растений. 2003. - № 3. - С. 459-464.

69. Мирчинк, Т. Г. Способы выявления типичных для определенных условий комплексов микроскопических грибов на основе характеристики их структуры / Т. Г. Мирчинк, С. М. Озерская, О. Е. Марфенина // Биологические науки.1982. -№ 11. С. 61-66.

70. Мирчинк, Т. Г. Почвенная микология / Т. Г. Мирчинк. М.: Изд-во МГУ, 1988. -220 с.

71. Мишустин, Е. Н. Ассоциации почвенных микроорганизмов / Е. Н. Мишустин. -М.: Наука, 1975. 106 с.

72. Назаркина, С. Г. Хроматографическое определение бенз(а)пирена в снежном покрове / С. Г. Назаркина и др. // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2000. - Т. 66. - № 8. - С. 12-14.

73. Несмеянов, А. Н. Начала органической химии / А. Н. Несмеянов, Н. А. Несмеянов. М.: Химия. 824 с.

74. Норкина, Е. Ю. Влияние химических канцерогенов на морфологию проростка и дифференциацию трахеид Picea abies / Е. Ю. Норкина, Э. И. Слепян // Растения и химические канцерогены. JI.: Наука, 1979. - С. 33-35.

75. Орлов, Д. С. Теоретические и прикладные проблемы химии гумусовых веществ / Д. С. Орлов // Итоги науки и техники. ВИНИТИ АН СССР. Сер. Почвоведение и агрохимия. М.: ВИНИТИ, 1979. - Т. 2. - С. 58-132. '

76. Осипова, Р. Г. Использование традесканции (клон 02 и 4430) в исследованиях порадиационному и химическому мутагенезу / Р. Г. Осипова, В. А. Шевченко // Журнал общей биологии. 1984: - Т.45. - №2. - С.226-332. J

77. Основы химической ' регуляции роста и продуктивности растений / Г. С. Муромцев и др.. М.': Агропромиздат, 1987. - 383 с.

78. Павлова, Н. А. Значение растворимости бенз(а)пирена в воде для его перехода из почвы в растения / Н. А. Павлова, И. Л. Донина. // Растения и химические канцерогены. Л.: Наука, 1979. - С. 99-100.

79. Пиковский, Ю. И. О каталитической активности некоторых осадочных горных пород в синтезе углеводородов из окиси углерода и водорода / Ю. И. Пиковский, А. Н; Башкиров, Ф. И. Новак // Докл. АН СССР. 1965. - Т. 161. - №4. - С. 947948.

80. Пиковский, Ю. И. Природные и техногенные потоки углеводородов в окружающей среде / Ю. И. Пиковский- М.: Изд-во МГУ, 1993. - 208 с.

81. ПНД Ф 14.2:4.70-96. МВИ массовой концентрации ПАУ в питьевых и природных водах хроматографическим методом ВЭЖХ /Количественный химический анализ вод. М., 2004. - 26 с.

82. Полевой, В. В. Роль ауксина в системах регуляции у растений / В; В. Полевой; -Л.: Наука, 1986. 80 с. 1

83. Полевой, В. В. Физиология роста и развития растений: учеб. пособие / В. В. Полевой, Т. С. Саламатова: Л.:изд-во Ленингр. ун-та, 1991.- 240с.' ■■ ■.

84. Пономарева, В. В: Закономерности процессов , миграции и аккумуляции элементов в подзолистых почвах (лизиметрические шблюдёния) / В. В. Пономар ева, Н. С. Сотникова//Биогеохимические процессы в подзолистых почвах. -Л: Наука, 1972.-254 с:

85. Поршнев, Н. В. Ароматические ' фракций гидротермальньсс проявлений нефти / Н BÍ Поршнёв // Докл; АН GGCP. 1991. - Т. 320. -№ 2. - С. 450-455.

86. Почвы' зоны переброски части стока северных рек / К В- Русанова и др.; под ред. И. В. Забоевой. Л.: Наука, 1983. - 168 с. '

87. Райхман, Я. Г. Управление канцерогенной ситуацией и профилактика рака (системный подход) / Я. Г. Райхман, В. А; Нелюдин Элиста: Джангар, 1999. 253 с.

88. РД 52.04.18689 «Руководство по контролю загрязнения атмосферы» / JI. И. Верес и др.; под ред. JI. И.Вереса. М: Госкомгидромет СССР, 1991. - 693 с.

89. Ровинский, Ф. Я. Полициклические ароматические углеводороды в природных средах фоновых районов / Ф. Я. Ровинский и др. // Мониторинг фонового загрязнения природных сред. JI. : Гидрометеоиздат, 1990. - Вып. 6. - С. 3-14.

90. Ровинский, Ф. Я. Фоновый мониторинг полициклических ароматических углеводородов / Ф. Я. Ровинский, Т. А. Теплицкая, Т. А. Алексеева. Д.: Гидрометеоиздат, 1988. - 224 с.

91. Родин, JI. Е. Методические указания к изучению динамики и биологического круговорота в фитоценозах / JI. Е. Родин, Н. П. Ремцов, Н. И. Базилевич. JI: Наука, 1968. - 143 с.

92. Рубцова, Н. А. Полициклические ароматические углеводороды в донных отложениях Северной Двины и Двинского залива / Н. А. Рубцова, А. Ф. Троянская, Д. П. Мосеева // Экологическая химия. 1997. - № 6(3). - С. 151-157.

93. Ручковский, Б. С. Содержание полициклических ароматических углеводородов в плодах фруктовых " 1 деревьев / Б. С. Ручковский, JI. А. Тиктин, А. Н. Палюра // Растения й химические канцерогены. Л.: Наука, 1979. - С. 149.

94. Савельев, В. С. Поликонденсация метана и конверсия его водой на окисных катализаторах / В. С Савельев и др. // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 2. Химия.1985. № 1. - С. 122-129. : 1 1 ! '

95. Селье, Г. Концепция роста. Новое о гормонах и механизмах их действия / Г. Селье. Киев: Наукова думка, 1977. - 22 с.

96. Слепян, Э. И. Содержание бенз(а)пирена в опадающих листьях Crataegus curonica, Viburnum opulus, Salix aurita, Betula verrucosa и в хвое Pinus silvestri / Э. И. Слепян и др. // Растения и химические канцерогены. -Л.: Наука, 1979. С. 177-179.

97. Суздорф, А. Р. Полициклические ароматические углеводороды в окружающей среде: источники, профили и маршруты превращения / А. Р. Суздорф и др. // Химия в интересах устойчивого развития. Новосибирск, 1994. - Т. 2. - № 2-3. -С. 511-540.

98. Тонкопий, Н. И. Экспериментальное изучение возможности усвоения бенз(а) пирена растениями / Н. И. Тонкопий, В. Я. Розанова, Ю. Я. Мазель //Растения и химические канцерогены. JL: Наука, 1979. - С. 97-99.

99. Тонкопий, Н. И. Некоторые факторы определяющие деградацию бенз(а)пирена в почве / Н. И. Тонкопий, Г. Е. Шестопалова, В. Я. Розанова // Канцерогенные вещества в окружающей среде, М.: Гидрометеоиздат, 1979. - С. 65-68.

100. Торлопова, Н. В. Влияние полютантов на хвойные фитоценозы(на примере Сыктывкарского лесопромышленного комплекса) / Н. В. Торлопова, Е. А. Робакидзе. Екатеринбург: УрО РАН, 2003. - 142 с.

101. Туров, Ю. П. Полициклические ароматические углеводороды в подземных водах и почвах Обь-Томского междуречья / Туров, Ю. П. идр!.// Химия в" интересах устойчивого развития. Новосибирск, 1999. - № 7. - С. 291-299.

102. Угрехелидзе, Д. Ш. Метаболизм экзогенных алканов и ароматических углеводородов в растениях / Д. Ш. Угрехелидзе. Тбилиси: Мецниереба, 1976. -224 с. ' '1 , 1

103. Фитотоксичность фосфорорганических соединений и ртути / С. Г. Скугорева и др. Екатеринбург: УрО РАН, 2008. - 154 с.

104. Флоровская, В. Н. Некоторые аспекты геохимии полициклических ароматических углеводородов / В. Н. Флоровская и др. // Геохимия ландшафтов и география почв. М.: Изд-во МГУ, 1982. - С. 71-83.

105. Хандохов, Т. X. Изучение цитогенетического эффекта переменных электромагнитных полей различных частот на растительные тест-системы / Т. X. Хандохов // Дисс. канд. биол. наук. Нальчик, 2004. 138 с.

106. Черненькова, Т. В. Реакция лесной растительности на промышленное загрязнение / Т. В. Черненькова. М.: Наука, 2002 - 191 с.о

107. Черниченко, И. А., Некоторые данные о переходе бенз(а)пирена- Н из почвы в растения / И. А.Черниченко , Н. А. Павлова // Растения и химические канцерогены. JL: Наука, 1979. - С. 89-90.

108. Чернов, Г. А. Четвертичные отложения и геоморфология Печорской гряды. / Г. А. Чернов// Оттиск бюллетеня комиссии по изучению четвертичногопериода. 1960. - № 25. - 19 с.

109. Чернянский, С. С., Органопрофиль дерново-глеевой почвы с высоким уровнемзагрязнения полициклическими ароматическими углеводородами. /С. С.Чернянский и др. // Почвоведение. 2001. - № 11. - С. 1312-1322.

110. Чернянский, С. С. Особенности формирования аномалий полиароматических углеводородов в почвенном покрове / С. С. Чернянский, Ю. В. Волосатова, А. А. Кр1аснопеева // М.: Вестн. МГУ. Сер. 5. География. 2007. - №2. - С. 31-37.

111. Шабад, Л. М. Вопросы канцерогенеза и профилактики опухолей / Л. М. Шабад, Ю. Л. Коган. Киев: Наукова думка, 1972. - 216 с.

112. Шабад, Л. М. О возможности эндогенного синтеза бенз(а)пирена в семенах растений при их прорастании / Л. М. Шабад, А. Я. Хесина // Растения и химические канцерогены. Л.: Наука, 1979. - С. 86.1.,

113. Шабад, Л. М. Выхлопные газы автомобилей как основной источник загрязнения атмосферы городов канцерогенными углеводородами / Л. М. Шабад, А. Я. Хесин а, Г. А. Смирнов // Канцерогенные вещества в окружающей среде. -М.: Гидрометеоиздат, 1979. С. 29-34. •

114. Шилина, А. И. Глобальные и региональные аспекты загрязнения среды бенз(а)пиреном / А. И. Шилина, А. В. Журавлева // Миграция загрязняющих веществ в почвах и сопредельных среда. Л.:Гидрометеоиздат, 1980. - С.63-69.

115. Шилина, А. И. Миграция бенза.пирена в окружающей среде / А. И. Шилина // Комплексный глобальный мониторинг загрязнения окружающей природной среды. С-Пб.:Гидрометеоиздат, 1982. - С. 238-242.

116. Шилова, Е. И. Сравнительная характеристика состава растворов и лизиметрических вод. вновь, освоенной подзолистой почвы / Е. И. Шилова, А. Ф. Зеленова, Л. В. Коровкина // Почвоведение. 1963. - № 4. - С. 36-47.

117. Шурубор, Е. И. Полициклические ароматические углеводороды в системе почва-растение района нефтепереработки (Пермское Прикамье) / ЕЙ: Шурубор // Почвоведение. 2000. - №12.- С. 1509-1514.

118. Шурубор, Е. И: Эколого-индикационное , значение полициклических ароматических углеводородов в почвах Нижнего Поволжья / Е. И. Шурубор // Дисс. на соисканиёученойстепени кандидата географических наук. М., 1991.125 с. ■'■ ■''■•"• • : ■ ;

119. Экология родного' края / Т. Я. Ашихмина и др. ; под.ред. Т. Я. Ашихминой. -Киров: Вятка, 1996. 720 с. . V ;

120. Юдин, Ю. П. Растительность / Ю. П. Юдин // Производительные силы Коми АССР. Т. 3. Ч. 1: Растительный мир. М.: АН СССР, 1954: - С.' 16-126.

121. Ященко, Н. Ю. Взаимодействие гумусовых кислот различного происхождения с полиароматическими углеводородами: влияние рН и ионной силы среды / Н. Ю. Ященко и др. // Вестник МГУ. Сер. 2. Химия. 1999. - Т. 40. - № 3.- С. 188-193.

122. Becker, L. Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in Antarctic Martian meteorites, carbonaceous chondrites, and polar ice / L. Becker, Glavin D. P., Bada J. L. // Geochimica et Cosmochimica Acta. 1997. - Vol. 61. - N. 2. - P. 475-481.

123. Baker, A. J. M. Accumulators- and excluders- strategies in the response of plants to heavy metals / A. J. M. Baker // J. of Plant Nutrit. 1981. - N. 3. - P. 643-654.

124. Bakker, M. I. Polycyclic aromatic hydrocarbons in soil and plant samples from the vicinity of an oil refinery / M. I. Bakker et al. // Science Total Environ. 2000. - Vol. 263. - P. 91-100.

125. Bispo, A. Toxicity and genotoxicity of industrial soils polluted by polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) / A. Bispo, M. J. Jourdain, M. Jauzein // Organic Geochemistry. 1999. - Vol. 30. - N. 8. - P. 947-952.

126. Blumer, M. Polycyclic aromatic compounds in nature / M. Blumer // Journal of Science American. 1976. - Vol. 234. - P. 35-45.

127. Bundt, M. Effect on the Distribution and Storage of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs) and Polychlorinated Biphenyls (PCBs) / M. Bundt et al. // Journal of Environmental Quality. 2001. - Vol. 30. - P. 1296-1304.

128. Convention on long-range transboundary air pollution and its protocols. United Nations Geneva: ECE, 1996. - 79 p.

129. Fismes, J. Soil-to-Root Transfer and Translocation of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons by Vegetables Grown on Industrial Contaminated Soils / J. Fismes et al. // Journal of Environmental Quality. 2002. - Vol. 31.-P. 1649-1656.

130. Gao, Y. Phitoremediation for phenanthrene and pyrene contaminated soils / Y. Gao, L. Zhu // Journal of Environmental Science. 2005. - Vol. 17. - N. 1. -P. 14-18.

131. Ichikawa, S. Morphologically abnormal cells, somatic mutations and loss of reproductive ' integrity in irradiated Tradescantia stamen hairs / S. Ichikawa, A. H. Sparrow; K. H. Thompson // Rad. ' Bot. - 1969. - N. 9.

132. Ichikawa, S. Somatic mutation frequencies in stamen hairs of stable and mutable clones of Tradescantia after acute gamma ray treatments with small doses / S. Ichikawa, C. S. Takahashi // Mutat. Res. - 1977. - P. 195-204.

133. Ichikawa, S. Validity of simplified scoring methods of somatic mutations in Tradescantia stamen hairs / S. Ichikawa, C. Ishii // Environ. Exp. Bot. 1991. - P. 247252.

134. Huang, X-D! A multi-process phytoremediation system for removal of polycyclic aromatic hydrocarbons from contaminated soils / Huang X-D et al. // Environmental Pollution. 2004. - Vol. 130. - P. 465-476.

135. Jian, Y., Photomutagenicity of 16 polycyclic aromatic hydrocarbons from the US EPA priority pollutant list / Y. Jian et al. // Mutât. Res. 2004. - Vol. 557. - P. 99-108.

136. Kipopoulou, A.M. Bioconcentration of polycyclic aromatic hydrocarbons in vegetables grown in an industrial area / A. M. Kipopoulou, E. Manoli, C. Samara // Environmental Pollution. 1999. - Vol. 106. - P. 369-380.

137. Knasmiiller, S. Detection of Genotoxic Effect of HeavyMetals Contaminated Soils with Plant Bioassays / S. Knasmuller et al. // Mutât. Res. 1998. - P. 37-48.

138. Kohl, S. D. Contribution of lipids to the nonlinear sorption of polycyclic aromatic hydrocarbons to soil organic matter / S. D. Kohl, J. A. Rice // Organic Geochemistry.1999. Vol. 30.-N. 8, - P. 929-936.

139. Kollist-Siigura, K. Sorption of Polycyclic Aromatic Compounds to Humic and Fulvic Acid HPLC Column Materials / K. Kollist-Siigura et al;. // Journal of Environmental Quality. 2001. - Vol. 30. - P. 526-537.

140. Krauss, M. Sorption Strength of Persistent Organic Pollutants in Particle-size Fractions of Urban Soils / M. Krauss, W. Wilcke// Soil Science Society of America Journal. -2002:-Vol. 66. P. 430-437. ' ' "

141. Krauss, M., Atmospheric versus biological sources of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in a tropical rain forest environment / M. Krauss et al. // Environmental Pollution.1^- 2006. Vol. 135. - P. 143-154.

142. Lehto, K.-M. Biodégradation of selected UV-irradiated and non-irradiated polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) '/ K.-M. Lehto, J! A. Puhakka, H. Lemmetyien // Biodégradation. 2003. - Vol. 14.-P. 249-263.

143. Lodygin, E. D. Influense of soil moisture on concentration and 13C NMR profiles of lipids iri three Albeluvisoils / E. D. Lodygin, V. A. Beznosikov // Geoderma. 2005 -V. 127. - N. 3-4. - P. 253-262'

144. Ma, T. H. Tradescantia stamen hair mutation bioassay / T. H. Ma// Mutation Rescach. 1994. - Vol. 310. -N. 2. -P. 211-218.

145. Ma, T. H. Genotoxity of contaminated soil and well water detected by plant bioassays / T. H. Ma, M. S. Kong // Environ. And Mol. Mutagenes. 1997. - Vol. 29. -N. 28. - P 32.

146. Mc.Kenna, J. Biodégradation of Polynuclear Aromatic Hydrocarbon Pollutants by Soil and Water Microorganisms / J. Mc.Kenna, R. D. Heath// Research Report. 1976. -N. 113.-P.32.

147. Mc.Nally, D. L. Biodégradation of mixtures of polycyclic aromatic hydrocarbons under aerobic and nitrate-reducing conditions / D. L. Mc.Nally, D. R. Lueking, J. R. Mihelcic // Chemosphere. 1999. - Vol. 38. -N. 6. P. 1313-1321.

148. Mericle, L. W. Genetic nature of somatic mutations for flower color in Tradescantia, clone 02 / L. W. Mericle, R. P. Mericle// Rad. Bot. 1967. - N. 7. - P. 449-464.

149. Meudec, A. Evidence for bioaccumulation of PAHs within internal shoot tissues by a halophytic plant arti.cially exposed to petroleum-polluted sediments / A. Meudec et al. // Chemosphere. 2006. - Vol. 65. - P. 474-481.

150. Nadala, M. Levels of PAHs in soil and vegetation samples from Tarragona County, Spain / M. Nadala, M. Schuhmachera, J. L. Domingo // Environmental Pollution. -2004.-Vol. 132.-P. 1-11.

151. Nauman, C. H. Influence of hyperthermia on the spontaneous, radiation . and chemical induced mutation frequency in Tradescantia stamen hairs / C. H. Nauman et al. // Rad. Bot. 1977. - P. 632.

152. Nielsen, T. City air pollution of polycyclic aromatic hydrocarbons and other mutagens: occurrence, sources and health effects / T. Nielsen et al. // The Science of the Total Environment. 1996. - Vol. 189-190. - P. 41-49.

153. Nisbet, I. S. Toxic equivalency factors (TEFs) for polycyclic aromatic hydrocarbon(PAH) /1. S. Nisbet, P. K. La Goy // Regulatory toxicology and pharmacology. 1992. - Vol. 16. - N. 3. P. 290-300.

154. Prahl, F. G. The role of zooplankton fecal in the sedimentation of polycyclic aromatic hydrocarbon in Dabbob Bay, Washington / F. G. Prahl, R. Carpenter // Geochim. et Cosmochim. Acta. 1979. - Vol. 43. - N. 12. - P. 1959-1972.

155. Ramirez, C. Manual and atlas of the Penicillia / C. Ramirez. Amsterdam-N.-Y.-Oxford: Elsevier Biomedical Press, 1982. - 874 p.

156. Salt, D. E. Фиторемидиация / D. E. Salt, R. D. Smith, I. Raskin // Экологическая экспертиза ВИНИТИ. 2007. - N. 6. - С. 40-66.

157. Schairer, L. A. Exploratity monitoring of air pollutants for mutagenic activity with the Tradedescantia stamen hair system / L. A. Schairer et al. // Environ. Health. Persp.1978. Vol. 27. - P. 51-60.

158. Simonich, S. L. Imprortanse of vegetation in removing polycyclic aromatic hydrocarbons from the atmosphere / S. L. Simonich, R. A. Hites // Nature.1994.Vol. 370. -N. 7. P. 49-51.

159. Simonich, S. L. Organic pollutant accumulation in vegetation / S. L. Simonich, R. A. H ites // Environ. Sci. and Tecnology. 1995. - Vol. 29. - N. 12. - P. 2905-2914.

160. Smith, M. J. Bioavailability and biodégradation of polycyclic aromatic hydrocarbons in soils / M. J. Smith, G. Lethbridge, R. G. Burns // FEMS Microbiology Letters.1997. Vol. 152. - N. 1. - P. 141-147.i t

161. Tao, S. Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in agricultural soil and vegetables from Tianjin. / S. Tao et al. // Science Total Environ. 2004. - Vol. 320. - P. 11-24.1.I ! I !

162. Xu, S. Y. Enhanced dissipation of phenanthrene and pyrene in spiked soils byi 1combined plants cultivation / S. Y. Xu et al. // Science of the Total Environment. -2006. Vol. 369. - P. 206-215.

163. White, A. P. Mutagens in contaminated soil: a review / A. P. White, L. D. Claxton // Mutation Research. 2004. - P. 227-345.

164. Yuan, S. Y. Biodégradation of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons by Inoculated Microorganisms in Soil / S. Y. Yuan, L. C. Shiung, В. V. Chang // Bulletin of

165. Environmental Contamination and Toxicology. 2002. - Vol. 69. - N. 1. - P. 66-73.

166. Zaalishvili, G. Plant potential for detoxification / Zaalishvili, Getal.// Applied

167. Biochemistry and Microbiology. 2000. - Vol. 36. - P. 443-451.

168. Zheng, Z. Polycyclic Aromatic Hydrocarbon Removal from Soil by Surfactant Solubilization and Phanerochaete chrysosporium Oxidation / Z. Zheng, J. P. Obbard // Journal of Environmental Quality. 2002. - Vol. 31. - P. 1842-1847.

169. Список литературы оформлен в соответствии с ГОСТ 7.1-2003.1 ! < I

Информация о работе

Яковлева, Евгения Вячеславовна
кандидата биологических наук
Москва, 2009
ВАК 03.00.16

Диссертация

Полициклические ароматические углеводороды в системе почва-растение - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы