Пространственная и временная динамика генотоксической активности воды и донных отложений малых рек Блява и Кураганка Оренбургской области

Кольчугина, Гюзель Фарыховна

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Пространственная и временная динамика генотоксической активности воды и донных отложений малых рек Блява и Кураганка Оренбургской области
ВАК РФ 03.02.08, Экология (по отраслям)

Автореферат диссертации по теме "Пространственная и временная динамика генотоксической активности воды и донных отложений малых рек Блява и Кураганка Оренбургской области"

Кольчугина Гюзель Фарыховиа

ПРОСТРАНСТВЕННАЯ И ВРЕМЕННАЯ ДИНАМИКА ГЕНОТОКСИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ ВОДЫ И ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ МАЛЫХ РЕК БЛЯВА И КУРАГАНКА ОРЕНБУРГСКОЙ ОБЛАСТИ

03.02.08 - Экология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

з 1 (Ж Г 2013

Оренбург - 2013

005536712

Работа выполнена в Государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Оренбургская государственная медицинская академия» Министерства здравоохранения Российской Федерации (ГБОУ ВПО ОрГМА Минздрава России).

Научный руководитель:

доктор биологических наук, профессор ГБОУ ВПО ОрГМА Минздрава России

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, профессор, Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Тюменский государственный университет», кафедра экологии и генетики

Соловых Галина Николаевна

Петухова Галина Александровна

доктор медицинских наук, профессор, Быстрых Владимир Викторович ООО «Газпром», г. Оренбург, отдел охраны окружающей среды

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Институт экологии и генетики микроорганизмов Уральского отделения Российской академии наук» (ИЭГМ УрО РАН), г. Пермь.

Защита состоится «14» ноября 2013 года в 12-00 часов на заседании диссертационного совета Д.208.066.03 при ГБОУ ВПО «Оренбургская государственная медицинская академия» Минздрава России по адресу: 460000, г. Оренбург, ул. Советская, 6, конференц-зал (к. 205); телефон (3532) 40-35-62; факс (3532)77-24-59; e-mail: orgma_dsl@esoo.ru; официальный сайт: http://www.orgma.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГБОУ ВПО ОрГМА Минздрава России.

Автореферат разослан «/X »¿г-Га^Л 2013 г., автореферат и текст объявления размещены на официальном сайте ВАК Министерства образования и науки Российской Федерации: http://www.vak2.ed.gov.ru

Ученый секретарь

диссертационного совета,

д.м.н., профессор д^Цгл/^-

Немцева Наталия Вячеславовна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время малые реки испытывают негативное влияние антропогенной деятельности, которое привело к деградации большинства рек, выражающееся в загрязнении вод, заиливании и зарастании русла (Филиппова A.B. и др., 2009).

Организация экологического мониторинга бассейнов малых рек является важнейшим звеном в системе мероприятий по охране и рациональному использованию водных экосистем, а гидроэкологические исследования остаются чрезвычайно актуальными, что связано с ролью малых рек в формировании и функционировании более крупных водоемов и водотоков, ландшафтов и биоценозов (Зинченко Т.Д., Розенберг Г.С., 2012).

Наиболее сильное техногенное воздействие в Оренбуржье испытывают малые реки, находящиеся в районах геохимических аномалий. Особенно это выражено в Медногорском территориально-производственном комплексе, где из-за несовершенства технологических процессов горнодобывающей и металлургической промышленности происходит загрязнение окружающей природной среды, обусловленное поступлением высоких концентраций ряда вредных химических элементов в природные воды (Самарина B.C. и др., 1999). К таким рекам относятся реки Блява и Кураганка, испытывающие сильное антропогенное воздействие, находясь в зоне Медногорского медно-серного комбината (Жгарева H.H. и др., 2007; Томилина И.И. и др., 2008; Иванова И.Ю., 2009; Филиппова A.B. и др., 2009).

Проблема загрязнения малой реки Блява освещена в ряде работ с использованием гидрохимических показателей (Боев В.М. и др., 2002; Куксанов В.Ф. и др., 2006; Куксанов В.Ф., 2009, Иванова И.Ю., 2009). В их исследованиях показано, что техногенное влияние вызвано в первую очередь технологическими процессами горнодобывающих и металлургических предприятий. Рядом авторов была проведена оценка экологического состояния рек Блява и Кураганка по показателям бентосных сообществ (Жгарева H.H. и др., 2007, Иванова И.Ю., 2009), а также оценка качества донных отложений рек Блява и Кураганка с использованием элементов триадного подхода (Томилина И.И, и др., 2008, Иванова И.Ю., 2009). Ивановой И.Ю. (2009) был проведен экологический мониторинг малых рек Блява и Кураганка, в рамках которого дана геохимическая и токсикологическая характеристика некоторых биотопов рек Блява, Кураганка и Сакмара, а также характеристика бентоса по основным показателям. Однако оценка токсичности далеко не в полной мере отражает опасные, особенно гено-токсические, последствия загрязнения природных объектов. Известно, что наибольшую опасность для здоровья настоящего и будущих поколений представляют соединения, обладающие способностью вызывать отдаленные эффекты: мутагены и канцерогены. Поэтому изучение суммарной мутагенной активности представляет собой наиболее перспективный подход к выявлению реального мутагенного потенциала воды и донных отложений (Владимирова М.Г., Семе-ненко В.Е., 1962; Saffiotti V., 1983; Цой P.M., Пак И.В., 1996; Крылова И.Н. и др., 2000; Ахиянц И.Л., Сентюрова Л.Г., 2004), а малые реки Блява и Кураганка

были выбраны в качестве примера в решении научной проблемы - оценки отдаленных последствий загрязнения малой реки токсикантами.

Цель работы: генотоксическая оценка состояния малых рек в условиях антропогенной нагрузки (на примере рек Блява и Кураганка Оренбургской области).

Задачи исследования.

1. Изучить пространственные изменения мутагенной и митотоксической активности воды и донных отложений рек Блява и Кураганка и дать характеристику генотоксической ситуации.

2. Исследовать спектр мутагенов и митотоксикантов, присутствующих в воде и донных отложениях с использованием экспериментальных тест-объектов.

3. Изучить межгодовые и сезонные изменения генотоксичности воды и донных отложений рек Блява и Кураганка на основе их мутагенной и митотоксической активности.

4. В модельном эксперименте оценить уровни мутагенного и митотокси-ческого воздействия генотоксикантов воды и донных отложений на клетки меристематической ткани АШит сера.

5. Выявить основные факторы генотоксического загрязнения воды и донных отложений малых рек Блява и Кураганка.

6. С использованием корреляционного анализа выявить зависимость различных типов мутаций от факторов генотоксического загрязнения воды и цельного грунта.

Научная новизна. Проведенное исследование пространственного распределения показателей митотоксической и мутагенной активности воды и донных отложений рек Блява, Кураганка и некоторых экотопов р. Сакмара показало высокое генотоксическое загрязнение рек в оба года исследования и миграцию генотоксикантов на значительные расстояния от Медногорской геотехнической системы с последующим их аккумулированием в донных отложениях рек, расположенных ниже г. Медногорска.

В воде и донных отложениях исследованных рек впервые выявлено присутствие мутагенов, индуцирующих генные и геномные мутации, а также хромосомные аберрации и присутствие широкого спектра митотоксикантов, влияющих на подготовку клетки к делению и прохождение митоза. Нарушение митоза связано с изменением количества клеток, вступающих в митоз или уменьшением числа образующихся клеток за счет монофазной или бифазной задержки прохождения митоза.

В межгодовой динамике генотоксической активности донных отложений установлено снижение уровня загрязнения генотоксикантами в период 20072010гг., а в сезонном аспекте генотоксичности воды и донных отложений не установлено четких закономерностей в содержании мутагенов и митотоксикантов, что свидетельствует о неравномерности поступления генотоксикантов в разные периоды гидрологического цикла реки.

Выявлено загрязнение воды и донных отложений исследованных малых рек и участка р. Сакмара полихлорнрованными бнфенилами, с четкой сезонной динамикой (повышением в весенний и снижением в осенний период), содержание которых не было выше ПДК для почв и воды, однако превышало зарубежные нормативы для донных отложений, а наиболее высокий показатель ПХБ зафиксирован в районе г. Медногорска.

Разработан способ выявления загрязнения рек полихлорнрованными бнфенилами (приоритетная справка по заявке на изобретение № 2012147605 от 8.11.2012).

Проведенный корреляционный анализ позволил выявить прямую корреляционную связь между содержанием подвижных форм тяжелых металлов в цельном грунте и ПХБ в воде с различными типами мутаций.

Теоретическая и практическая значимость работы. Расширены теоретические знания о последствиях токсического загрязнения малых рек (на примере рек Блява и Кураганка Оренбургской области), которые проявляются в мутагенной и митотоксической активности воды и донных отложений и миграции генотоксикантов в экотопы рек, расположенных ниже зоны их поступления.

Выявленные колебания генотоксической активности воды и донных отложений в разные периоды отбора проб позволили обосновать практическое предложение о необходимости регулярного контроля генотоксичности рек данного региона с одновременным проведением исследования мутагенной и митотоксической активности воды и донных отложений для эффективного мониторинга генотоксического загрязнения малых рек.

Выявленная высокая генотоксичность тяжелых металлов и ПХБ послужила основой для разработки методического письма по нормированию уровней содержания тяжелых металлов в донных отложениях поверхностных водных объектов («Методическое руководство по нормированию уровней содержания химических веществ в донных отложениях поверхностных водных объектов (на примере тяжелых металлов)»), а также разработки «Способа выявления загрязнения рек полихлорнрованными бифенилами» (приоритетная справка по заявке на изобретение № 2012147605 от 8.11.2012), что имеет важное практическое значение для совершенствования экологического мониторинга водных экосистем и решения практических вопросов хозяйственно-питьевого водоснабжения населения.

Внедрение результатов исследования в практику. Положения и результаты диссертационного исследования внедрены в научную и проектную деятельность Научно-внедренческого центра Международного исследовательского университета (акт внедрения от 18.01.2012).

Результаты исследований внедрены в практическую деятельность Управления Роспотребнадзора по Оренбургской области (акт внедрения от 29.03.2011 г.), в работу научно-производственной фирмы «Экобиос» (акт внедрения от 29.03.2011г.).

Материалы диссертационного исследования включены в лекционный

курс по экологии для студентов естественно-научного факультета Оренбургского государственного университета и внедряются в практику выполнения выпускных квалификационных работ студентов (акт внедрения от 17.06.2013).

Апробация работы и публикации. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на IV и V Всероссийских научно-практических конференциях «Проблемы экологии Южного Урала»: Оренбург 2009, 2011 ; на IV Международной конференции «Актуальные проблемы биологии, нанотехнологий и медицины»: г. Ростов-на-Дону, 2011; на Международной научно-практической конференции «Устойчивое развитие территорий: управление природными, техногенными, пожарными, биолого-социальными и экологическими рисками»: Оренбург, 2011; на VI Российской научно-практической конференции с международным участием «Охрана природы и здоровье человека: проблемы медицины, биологии, экологии и новые научные технологии в XXI веке»: Оренбург, 2011; на IV Международной научной конференции «Актуальные проблемы общественных наук в условиях глобализации»: Москва, 2012; на XI Всероссийском съезде гигиенистов и санитарных врачей: Москва, 2012; на II Всероссийской конференции с международным участием студентов и молодых ученых в рамках «Дней молодежной медицинской науки», посвященной 125-летию со дня рождения чл.-корр. АМН СССР, профессора Ф.М. Лазаренко: Оренбург, 2013. Диссертация апробирована на расширенном заседании проблемной комиссии «Гигиена, экология, эпидемиология, общественное здоровье и здравоохранение» ОрГМА.

По теме диссертации опубликовано 10 работ, из них 3 статьи в рецензируемых научных журналах, обозначенных в списке ВАК для опубликования основных научных результатов исследований на соискание ученой степени доктора и кандидата наук.

Положения, выносимые на защиту.

1. Выявленный спектр мутагенных и митотоксических эффектов у экспериментальных объектов свидетельствует о наличии в воде и донных отложениях рек Блява и Кураганка мутагенов и митотоксикантов, претерпевающих пространственную и временную динамику, которая определяется гидродинамическим режимом реки и миграционными процессами генотоксикантов.

2. Генотоксическая активность воды и донных отложений рек Блява и Кураганка обусловлена наличием генотоксикантов с различным характером действия, нарушающих как процессы подготовки клеток к делению, так и прохождение самого митоза, которые приводят к возникновению хромосомных аберраций и геномных мутаций.

3. Для эффективного мониторинга генотоксического загрязнения малых рек важно одновременное проведение исследований мутагенной и митотокси-ческой активности воды и донных отложений, регистрирующих не только широкий спектр генотоксикантов с мутагенным и митотоксическим эффектом, но и дающих представление об уровне повреждения генетического аппарата.

Объем и структура диссертационной работы. Диссертация изложена на 230 страницах машинописного текста и включает введение, обзор литературы,

описание материалов и методов исследования, 5 глав собственных исследований. заключение, выводы, приложение. Библиографический список содержит 152 отечественных и 40 зарубежных источников литературы. Текст иллюстрирован 34 таблицами и 55 рисунками.

Связь работы с научными программами. Диссертационное исследование выполнено в ГБОУ ВПО «Оренбургская государственная медицинская академия» Министерства здравоохранения РФ в соответствии с открытым планом научно-исследовательской работы ГБОУ ВПО «ОрГМА Минздрава России» (№ гос. регистрации темы 01201001914).

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Материалом исследования являлись вода и донные отложения (ДО) малых рек Блява и Кураганка Оренбургской области. Отбор проб воды производился на расстоянии 1,5 м от берега с глубины 20 см. Пробы донных отложений отбирали с горизонта 0-10 см дночерпателем. В 2007г. исследованы 50 проб, донных отложений, отобранных с 10 станций, в 2010г. исследованы 135 проб воды и 150 проб донных отложений на тех же станциях в период с мая по октябрь. Для оценки генотоксической ситуации на малых реках Блява и Кураганка и р. Сакмара в районе промышленных городов Медногорск и Кувандык были обозначены станции отбора проб. Пробы отбирались с учетом сферы влияния двух промышленных центров, исследуемые экотопы рек были разделены на 3 участка: 1 - экотопы рек в черте г. Медногорск (зона непосредственного влияния Медногорского медно-серного комбината и отвалов рудников): р. Блява и ее приток, протекающие на территории города (ст. 5, 6), р. Блява ниже Медногорского медно-серного комбината (ст. 7) и ниже очистных сооружений города (ст. 8); 2 - экотопы рек ниже г. Медногорск: р. Сакмара в черте г. Кувандык до и после впадения ее притока - р. Кураганки (ст. 3, I), р. Кураганка на территории г. Кувандык (ст. 2) и в 15,5 км от г. Медногорск, в 2 км от села Ры-саево (ст. 4); 3 - верховья рек Блява и Кураганка. не испытывающие антропогенного влияния городов Кувандыка и Медногорска (ст. 9. 10).

Для увеличения концентрации загрязняющих веществ воду концентрировали методом вымораживания согласно методическим рекомендациям (Методические рекомендации, 1990, Прохорова И.М. и др., 2005). Образцы ДО хранились в замороженном состоянии. Для определения мутагенной активности использовалась водная вытяжка ДО (ВВДО), приготовленная по методике Дубининой Л.Г., (1996).

Мутагенный потенциал воды и ДО характеризовался по суммарной мутагенной активности проб с использованием суммарного индекса мутагенной активности (СИМА). Мутагенная активность (МА) изучалась с использованием трех токсикогенетических тестов: метод учета видимых (генных) мутаций (ВМ) у хлореллы Chlorella vulgaris, ана-телофазный метод учета хромосомных аберраций (ХА) в меристематической ткани проростков корешков лука Allium сера, метод учета доминантных летальных мутаций (ДЛМ) у дрозофилы Drosophila melanogaster (генные, геномные и хромосомные). Митотоксическая активность воды и ДО оценивалась по нарушению митоза (НМ) в меристематических клетках AI. сера.

В работе использовался альгологически и бактериально чистый штамм ЛАРГ-1 одноклеточной зеленой водоросли Ch. vulgaris, полученный из Института обшей генетики им. Н.И. Вавилова РАН. Воздействию подвергалась семи-суточная культура водоросли. После экспозиции в течении 1 часа культура высевалась на чашки Петри на поверхность среды Праата (Владимирова М.Г., 1962; Прохорова И.М. и др., 2005). Проращивание проводилось в люминостате при 25 С. Выросшие измененные по цвету, размерам или форме колонии, пересевались. Сохранившие фенотип колонии учитывались как мутантные.

Частота индуцированных хромосомных аберраций (ХА) в клетках меристемы проростков корешков .41. сера (ана-телофазный метод) оценивалась на временных давленых препаратах корневых систем, окрашенных ацетоорсеи-ном. Регистрировались клетки на стадии анафазы и телофазы с ХА и отставаниями хромосом (Прохорова И.М. и др.. 2005). Оценка митотоксической активности воды и ДО проводилась на тех же препаратах, что и ана-телофазный метод. Просматривали 600 клеток. Подсчитывались общее количество делящихся клеток и доля клеток на разных стадиях митоза. Проводился подсчет митотиче-ского и фазных индексов. На основании изменения митотического индекса делалось заключение о митотоксической активности (МТА) воды и ДО. Анализ изменения соотношения фазных индексов позволял делать предположение о возможных причинах изменения митотического индекса (Фомичева А.Н., 2004).

В качестве третьего объекта использовалась линия дрозофилы дикого типа D-32, полученная на кафедре генетики МГУ им. Ломоносова. Трехдневных самцов, 72 часа поили нативной водой и ВВДО. Далее проводили скрещивание с интактными виргинными самками в чашках Петри. Чашки Петри с отложенными яйцами ставились в термостат на пять суток для выхода личинки из яйца. Подсчет яиц проводился под микроскопом МБС-2. считали количество развившихся из яйца личинок и количество неразвившихся яиц. Погибшие яйца считали как количество деталей (Хромых М.Ю.. 1977; Прохорова И.М. и др., 2005; Голинская Л.В., 2011).

Оценка уровня МА воды и ДО проводилась по показателю «выраженности мутагенной активности» (BMA) (табл. 1) (Ковалёва М.И., 2005; Прохорова И.М., 2008).

Таблица 1

Оценка выраженности мутагенной активности_

Частота В M у Ch. vulgaris Частота ДЛM у Dr. melanogaster Частота ХА у Allium сера ВМЛ. балл МЛ пробы

Отсутствие достоверных различим Отсутствие достоверных различии Отсутствие дост о верп ы х рач л ичи и 0 Отсутствие

Достоверные различия менее чем в 2 раза Достоверные различия в 2-5 раз Достоверные различия менее чем на 10% 1 Слабая

Достоверные различия в 2-5 рач Достоверные различия в 5-10 раз Достоверные различия на 10-25% 2 Средняя

Достоверные различия более чем в 5 раз Достоверные различия более чем в 10 рач Достоверные различия более чем на 25% 3 Сильная

Оценка уровня МТА воды и ДО проводилась по показателю «выраженности митотоксического эффекта» (ВМТЭ) (табл. 2) (Фомичева А.Н., 2004).

Таблица 2

Метод I [сказатель Выраженность мптотокснческои активности (НМТЛ)

Отсутствие Слабый Средний Сильный

Учет 1 IM но изменению МИ \ А Шит сера Изменение контрольного уровня митотической активности (разность) Отсутствие достоверных различий Достоверные различия на 0,6-1,5% (ВМТ0 2-5 баллов) На 1.5-3% (НМ'П 510 баллов) Более чем на 3% (ВМП более 10 баллов)

Учет ИМ по изменению ФИ у Allium сера Изменение относительной длительности фаз митоза (разность) Отсутствие достоверных различии Достоверные различия на 3-15% (ВМТЭ2-5 баллов) На 15-30% (ВМТЭ 510 баллов) Более чем на 30% (ВМТ") более 10 баллов)

делялось атомно-абсорбшюнным методом на анализаторе «Спектр 5-4» на базе испытательной лаборатории Федерального государственного учреждения Государственный центр агрохимической службы «Оренбургский». Содержание органических загрязнителей определялось в пробах воды и ДО, отобранных в мае, августе и октябре 2010г. Содержание бенз(а)пирена. фенола и суммарное содержание ПХБ в исследуемых образцах определяли хроматографическим методом на хроматографе «Хромое ГХХ1000» и методом абсорбционной фотометрии на «Флюорате 02-2М» на базе испытательной лаборатории Федерального государственного учреждения Государственный центр агрохимической службы «Оренбургский».

Для опенки уровня загрязнения металлами сравнивались концентрации подвижных форм металлов в цельном грунте с ПДК и ОДК для почв (ГН 2.1.7. 2041-06, Об утверждении гигиенических нормативов..., 2008). Для каждой станции рассчитывался суммарный индекс нагрузки (ИНМ) - как сумма всех определяемых металлов и использовался параметр М±2о, где М - средняя концентрация, о - стандартное отклонение. Концентрации, отличающиеся от средних более чем на удвоенное значение стандартного отклонения (М±2о), считали аномальными (Экологические проблемы Верхней Волги, 2001). Оценка содержания органических веществ в воде проводилась в сравнении с их ПДК в воде (Г.Н. 2.1.5.2280-07), в ДО в соответствии с ПДК для почв (ГН 2.1.7.204106). а также с экологическими нормативами («Streevvaarde» S) для ДО, принятыми в Нидерландах (Neue Niederlandische Liste, 1995; Волга в Череповце, 1996), наличие которых позволило охарактеризовать загрязнение ДО органическими поллютантами в долях от экологических нормативов.

Статистическая обработка результатов и корреляционный анализ осуществлялись при помощи компьютерных программ EXCEL2000 (Microsoft, USA) и "Statistic for Windows". Для проверки гипотезы о достоверности различий между средними арифметическими контрольного и опытного вариантов использовался t-критерий Стьюдента. Отклонение считалось достоверным при достижении 5% уровня значимости (при р<0,05). Для

выявления прямой (сильной, средней, умеренной и слабой) корреляционной связи использовали коэффициент корреляции Пирсона.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ При проведении экологической оценки экосистемы недостаточно использовать показатели, односторонне характеризующие качество той или иной среды. Поэтому, при изучении генотоксической активности водной среды учитывалась способность воды и ВВДО нарушать ход и течение митоза в клетках ме-ристематической ткани корешков А/. сера, а также способность индуцировать мутации. Совместное использование данных показателей позволяет наиболее полно охарактеризовать количество и спектр разных генотоксикантов, способных не только приводить к патологиям в различных генетических процессах, но и нарушать целостность наследственного аппарата. Часто данные процессы взаимосвязаны: генотоксиканты. нарушающие ход митоза, одновременно могут являться причиной нарушений структуры хромосом или их количества. В ряде случаев отсутствие мутаций хромосом не всегда сопровождается нормальным течением митоза. Мутагенные и митотоксические проявления будут во многом определяться концентрацией и разновидностью веществ - мутагенов и митотокси-кантов, являющихся показателями генотоксической активности водотоков.

Известно, что для эффективной оценки генотоксической ситуации водоемов и водотоков необходим комплекс исследований пространственного распределения генотоксикантов и их временной динамики. Указанный комплекс проблем определил этапы исследования рек в районе городов Медногорска и Кувандыка Оренбургской области.

Пространственное распределение генотоксической активности воды Изучение пространственного распределения генотоксической активности воды показало наличие загрязнения рек Блява и Кураганка и р. Сакмара на территории Оренбургской области. Генотоксическая активность регистрировалась в том случае, если проба вызывала либо мутагенный, либо митотоксический эффект, либо оба эффекта одновременно. Вода 75% проб индуцировала генетические нарушения у . (/. сера, СИ. vulgaris и Dr. melanogasler,i.e. содержала широкий спектр мутагенов и 85.2% проб оказывали митотоксическое воздействие.

По результатам биотестирования установлено, что спектр мутагенов в воде на разных станциях варьировал, о чем свидетельствуют выявленные различия в типах мутаций в разных районах исследования: генные, геномные мутации, хромосомные аберрации, или и те и другие. Установлены различия в пространственном распределении и спектра митотокс и кантов, определяемого по характеру нарушений митоза. На разных станциях на модели ,41. сера отмечены различия в формах патологии митоза: изменение числа клеток, вступающих в митоз, уменьшение количества образующихся клеток в результате монофазной или бифазной задержки прохождения митоза или нарушение подготовки клетки к делению, что свидетельствует о присутствии в отобранных пробах различных видов митотоксикантов.

Митотоксическая активность воды. Оценка митотоксического потен-

циала проб воды проводилась в период с мая по октябрь 2010г. Результаты исследования показали, что митотоксической активностью обладали 85.2% исследованных проб воды, наболее неблагополучное состояние по загрязнению митотоксикантами отмечено для экотопов реки Блява в черте г. Медногорск. 100% проб которой вызвали митотоксический эффект (рис. 1). По характеру действия митотоксикантов преобладал митозугнетающий эффект, регистрируемый как в черте г. Медногорск (63,6% проб), так и ниже его (60% проб).

Рис. 1. Доля проб с регистрируемым митотоксическим тффск-гом воды рек- (%) в равных районах исследования (май-октябрь 2010г.)

Анализ изменений фазных индексов позволил установить, что митозугне-тающее действие воды в большинстве случаев связано с нарушениями прохождения стадий профазы и ана-телофазы митоза. Вода 77.8% станций вызвала задержку митоза на стадии профазы. 66,7% станций - на стадии ана-телофазы. Наибольшая доля проб, вызвавших изменения фазных индексов, зарегистрирована на ст. 7 - р. Блява ниже ММСК (рис. 2). На этом участке, кроме того, отмечено значительное разнообразие митотоксикантов по характеру действия: нарушение прохождение клетками стадии профазы, вероятно, вызвано присутствием в воде данного участка реки веществ, нарушающих процессы репликации и повреждающих ДНК. Изменение длительности метафазы по сравнению с контролем могло быть связано с воздействием веществ на митотический аппарат клетки, а нарушение прохождения ана-телофазы обусловлено повреждением хромосомы в области кинетохора.

Представляло интерес провести корреляционную связь между выраженностью митотоксического эффекта (по изменению фазных индексов) и мутагенностью загрязнителей, выражающейся в частоте появления фрагментов и мостов. как причин хромосомных аберраций, и отставаний хромосом, приводящих к геномным мутациям. Установлена сильная корреляционная связь между выраженностью митотоксической активности (по удлинению стадии профазы) и частотой появления фрагментов (в черте г. Медногорск в октябре г=0,98. при р<0,05) Появление мостов также коррелировало с нарушением прохождения профазы (экотопы рек ниже г. Медногорск в октябре г=0.85). Сильная корреляционная связь отмечена между выраженностью МТА (по удлинению стадии ана-телофазы) и частотой появления отставаний (в черте г. Медногорск в мае

г=0,90. в экотопах ниже его в августе г=0,99, при р<0,01). Вероятно, вещества, повреждающие хромосомы, нарушающие процессы репликации и приводящие к удлинению профазы митоза, могли способствовать и возникновению делеций. а генотоксиканты. повреждающие веретено деление, влияющие на кинетохор. нарушающие подвижность хромосом и приводящие к удлинению ана-телофазы. могли вызвать отставания хромосом, лежащие в основе геномных мутаций. Таким образом, выявленная взаимосвязь проявлений митотоксического и мутагенного эффектов позволила выдвинуть предположение о том, что митотокси-канты через нарушение хода митоза могут определять развитие различных типов мутаций. Это свидетельствует о том, что для эффективной оценки геноток-сической ситуации водоемов и водотоков необходимо проводить одновременный анализ мутагенной и митотоксической активности проб, что дает представление не только о спектре генотоксикантов. но и об одном из механизмов их

Ст 1 - р Сакмара в черте г. Кувандык после впадения р Кураганка Ст. 2 - р Кураганка в черте г. Кувандык

Ст. 3 - р. Сакмара в черте г Кувандык до впадения р. Кураганка Ст 4 - р. Кураганка. в 2 км от с. Рысаево Ст. 5 - р Блява. автомобильный мост, г Медногорск Ст. 6 - приток р. Блява в I. Медногорск Ст 7 - р Блява ниже ММСК. выше очистных сооружений Ст. 8 - р. Блява ниже ММСК и очистных сооружений Ст. 9 - верховье р Блява Ст 10- верховье р Кураганка Рис. 2. Частота (%) и спектр нарушений индексов фат митоза (на стадии профазы, метафазы и ана-телофазы) при воздействии водой рек Блява. Кураганка и некоторых ткотопов р. Сакмара (май-октябрь 2010г.)

Мутагенная активность воды. При оценки мутагенного загрязнения проба считалась обладающей мутагенной активностью, если мутагенность регистрировалась хотя бы в одном из трех тестов (Лукьяненко В.И. и др.. 2002).

Используемый набор тестов в рамках изучения пространственного распределения мутагенной активности воды не выявил наличия загрязнения мутагенами верховьев рек Блява и Кураганка, т.к. вода данных участков не

проявила мутагенной активности ни в одном из тестов (рис. 3). В то же время в

черте г. Медногорск и ниже его, зафиксировано загрязнение мутагенами рек Блява. Кураганка и некоторых экотопов р. Сакмара. т.к. 100% отобранных проб со всех станций, проявили мутагенную активность хотя бы в одном тесте (рис.3). Средний показатель суммарного индекса мутагенной активности (СИМА) колебался от I до 2,67 баллов.

120% 100% 80% 0 60% 40% 1 20% | 0%

—

1 -

верховья рек экотопы рек в черте Медногорска экотопы рек ниже Медногорска

О % проб с МА воды 0.00% 100,00% 100,00%

□ %проб с превышением ХА у AI. сера 0.00% 81.80% 70,00%

СЗ%про6 с превышением ВМ у Ch. Vulgaris 0.00% 36,40% 70,00%

Н% проб с превышением Д/1М у Dr. melanogaster 0.00% 18,20% 20,00%

Рис. 3. Доля проб воды рек с различным типом регистрируемых мутаций (%) в разных районах исследования (2010г.)

Анализ пространственного распределения мутагенов показал, что наблюдаются значительные изменения мутагенной активности даже на рядом расположенных участках рек. Так. в черте г. Медногорск на участке р. Блява вблизи автомобильного моста (ст.5) средний показатель СИМА составил 1,67 балла. Максимальная величина СИМА (2,33) была определена для р. Блява на ст. 7, расположенной ниже ММСК, а наиболее низкий показатель СИМА (I) зарегистрирован ниже очистных сооружений города (ст. 8). Это свидетельствовало о том. что возможно одним из источников поступления мутагенов в реку являлся Медногорский медно-серный комбинат.

В экотопах рек, расположенных ниже г. Медногорск средний показатель СИМА воды рек Кураганка и Сакмара оставался высоким и колебался от 1.33 до 2.67 баллов. Отмечен наиболее высокий СИМА (2,67) в р. Сакмара ниже впадения притока - р. Кураганки (ст. I). хотя этот показатель на станции, расположенной до впадения притока был значительно ниже (1.33). Полученные данные позволяют сделать предположение о том. что мутагены, поступающие от Мед-ногорской геотехнической системы в р. Блява в черте г. Медногорск, далее с ее стоком мигрируют в р. Кураганка, а затем в р. Сакмара (рис. 6). Неблагополучие рек Кураганка и Сакмара может быть обусловлено как миграцией генотоксикан-тов, гак и высокой аккумулирующей способностью грунтов.

Выявленные различия в пространственном распределении мутагенной активности определили необходимость оценки изменений в распространении спектра мутагенов в разных районах исследования на основе анализа типов вызываемых мутаций. Установлено, что в воде р. Блява в черте г. Медногорск преимущественно преобладали промутагены, приобретающие МА в процессе

метаболизма в организме, о чем свидетельствовал тот факт, что 81,8% проб вызвали превышение частоты ХА у AI. сера по сравнению с контролем (рис. 3). Вода рек Кураганка и Сакмара (экотопы ниже г. Медногорска) содержала преимущественно вещества, индуцирующие ХА, а также мутагены прямого действия. индуцирующие генные мутации (рис. 3).

Таким образом, исследование митотоксической и мутагенной активности воды рек Блява, Кураганка и р. Сакмара в районе городов Медногорск и Куван-дык свидетельствует о достаточно напряженной генотоксической ситуации рек.

Пространственное распределение генотоксической активности донных отложений в 2007г.

Митотоксическая активность. Результаты анализа изменений величины митотического и фазных индексов показали, что в 2007г. ДО 70% станций обладали митотоксической активностью, проявившейся в митозугнетающем эффекте. Анализ длительности фазных индексов позволил установить, что уменьшение пролиферативной способности меристемы в 57% случаев связано с замедлением прохождения клеткой профазы митоза и в 28.6% - с замедлением ана-телофазы. Это значит, что в грунтах аккумулировались преимущественно вещества, повреждающие хромосомы и нарушающие процесс репликации, в меньшей степени - вещества, повреждающие веретено деления или кинетохор хромосом, приводя тем самым к нарушению подвижности хромосом и задержке цитокинеза. В грунтах участка р. Кураганка в черте г. Кувандыка (ст. 2) зарегистрированы митотоксиканты, действующие в момент интерфазы, что приводило к увеличению длительности G|, S и С:фаз и уменьшению количества клеток, вступающих в митоз. Уровень митотоксикантов в грунтах реки Блява и ее притока и рек Кураганка и Сакмара существенно не отличался, т.к. в черте г. Медногорск и ниже его (по 75% проб) регистрировался митозугнетающий эффект. В верховьях рек Блява и Кураганка митотоксической активностью обладали ДО 50% проб (рис. 4).

Мутагенная активность. Донные отложения 90% всех исследованных проб проявили мутагенную активность хотя бы в одном тесте, а СИМА колебался в пределах от I до 5 баллов. Исследование мутагенности ДО в верховьях рек Блява и Кураганка показало наличие мутагенной активности только в верховье р. Блява, где был зарегистрирован «средний» (2 балла) мутагенный эффект» при биотестировании на А/, сера и Ch. vulgaris. что свидетельствовало о присутствии в ДО как мутагенов прямого действия, вызывающих генные мутации, так и промутагенов. приобре-

а Й С 15

0 I О. S

0.0%

экотопы рек Б

черте Медногорска

0,0%

75,0%

экотопы рек

ниже Медногорска

0,0%

Рис. 4. Доля проб лонных отложений рек с различными видами митотокснческчм о >ффекта (%) в исследованных жотопах (20«7|.)

тающих активность в процессе метаболизма в организме. В черте г. Медно-горск мутагенной активностью обладали 100% проб ВВДО, а СИМА колебался от 1 до 5 баллов. На участках р. Блява в районе автодорожного моста и ее притока (ст. 5, 6) и р. Блява ниже ММСК (ст. 7) регистрировался «сильный (3 балла) мутагенный эффект» (табл. 3). Мутагенная активность ДО р. Кураганка и Сакмара ниже г. Медногорск оставалась также высокой, поскольку СИМА колебался в пределах от 3 до 5 баллов, что. вероятно, обусловлено поступлением мутагенов за счет их миграции по течению реки Блява в р. Кураганка. а через нее в р. Сакмара. В пространственном распределении мутагенов в воде рек, расположенных ниже г. Медногорска не выявлено особых различий в мутагенной активности (табл. 3). что свидетельствует об одинаково высокой аккумулирующей способности донных отложений рек Кураганка и Сакмара на исследованных участках.

Таблица 3

Оценка мутагенной активности донных отложений рек Блява, Кураганка и Сакмара (август 2007г.)_

№ станции Объект, вид мутаций А сера ХА, % СИ Уи^апя ВМ. % Пг melanogaster ДЛМ, %

Название станции Прев-е к-ля, % ВМА балл Кр-ть нр-я к-ля ВМА балл Кр-ть пр-я к-ля ВМА балл С И-МА

Верховья рек Ьлява и Кураганка

9 Верховье р Ьлява. 229 км 12 92* 2 средняя 2 2* 2 средняя 1.3 0 отсутствует 4

10 Верховье р Кураганка, с Блявтамак 10.92 0 отсутствует 2.5 0 отсутствует 1,5 0 отсутствует 0

Экотопы р Ьлява в черте 1 Медногорска

I1 Блява. автомобильный мосг, г Медногорск ■ - 7* 3 сильная 1.6 0 отсутствует 3

6 Приток р Блява в I Медногорск 1,71 0 отсутствует 8.9* 3 сильная 3.1* 1 слабая 4

7 Р Блява ниже ММСК 21.12* 2 средняя 7.4* 3 сильная 1.3 0 отсутствует 5

Р Блява ниже ММСК и очистных сооружений - - 10.8 0 отсутствует 3.7* 1 слабая 1

Экотопы рек Кураганка и Сакмара, расположенные ниже г Медногорск

1 1' Сакмара поеле впадения р Кураг анка 13,61* 2 средняя 7,7* сильная 1.4 0 отсутствует 5

2 Р К\раганка в черте 1 Клвандык 19.63* 2 средняя 5.2* 3 сильная 1,6 0 отсутствует 5

3 Р Сакмара до впадения р Кураганка 4.68 0 отсутствует 5.7* 3 сильная 4.6* 1 слабая 4

4 Р Кураганка в 2 км от с Рысаево 7,85* 1 слабая 3.5* 2 средняя 0,9 0 отсутствует

Примечание - нет клеток в анафазе

Оценка пространственного распределения спектра мутагенов в разных районах исследования, на основе анализа типов вызываемых мутаций, показала, что донные отложения рек в 2007г. содержали мутагены различного характера действия. Спектр мутагенов верховья р. Блява был представлен промутагенами.

вызывающими хромосомные аберрации (50% проб) и мутагенами прямого действия, вызывающими видимые мутации (50% проб). В черте г. Медногорск уровень содержания мутагенов вырос, а их спектр расширился. Помимо прому-тагенов. вызывающих хромосомные аберрации (50% проб) и мутагенов, инициирующих видимые мутации (75% проб), появились и мутагены, индуцирующие доминантные легальные мутации (50% проб). В реках ниже г. Медногорск спектр мутагенов не только сохранился, но и значительно увеличилось содержание промутагенов. вызывающих хромосомные аберрации (75% проб) и мутагенов, индуцирующих видимые мутации (100% проб), что обусловлено, по-видимому, повышенной способностью ДО рек Кураганка и Сакмара к аккумулированию поллютантов. поступающих не только с территории г. Кувандык. но и за счет миграции с водой р. Блява.

Таким образом, распределение спектра митотокс и кантов и мутагенов было неравномерным, что и определило пространственные различия в геноток-сичности исследованных рек.

Пространственное распределение генотоксической активности

ений в 2010г.

Митотоксическая активность. В

2010г. в черте г. Медногорск и ниже города уровень митотоксично-сти ДО не изменился (рис. 5). но расширился спектр митотоксикан-тов: наряду с митозугнетаюшим эффектом ДО вызывали митозсти-мулирующий (16,7% проб в черте г. Медногорска и 25% проб в экото-пах ниже г. Медногорска). Увеличение показателя митотического индекса произошло за счет действия митогенов проб р. Блява ниже ММСК (ст. 7) в мае и р. Сакмара после впадения р. Кураганка (ст. 1) в октябре, которые способствовали увеличению числа клеток, вступающих в митоз, в то время как на остальных станциях митотоксиканты вызывали увеличение длительности одних фаз при одновременном ускорении других.

В пространственном распределении митотоксической активности наблюдалось значительное аккумулирование митотоксикантов в ДО р. Блява ниже ММСК (ст. 7) и очистных сооружений (ст. 8). Повышенное их содержание отмечено и в грунтах р. Кураганка в черте г. Кувандык (ст. 2), что может быть связано с поступлением загрязняющих веществ с территории города, а также перемещением с водой митотоксикантов с участка реки, расположенного выше по течению в 2 км от с. Рысаево (ст.4) (рис. 6).

Мутагенная активность. В загрязнении мутагенами верховьев рек Блява и Кураганка в 2010г. отмечено улучшение состояния по сравнению с 2007г. В

донных отлож

40% 20%

1 %

верховья рек

0МСЭ

□ МУЭ

)|рекв экотопы рек ниже черте Медногорска

Медногорска

район исследование

Рис. 5. Доля проб лонных отложений рек с различными вилами митотоксического эффекта (%) в исследованных жотопах (2010г.)

черте г. Медногорск на р. Блява ниже ММСК (ст. 7) выявлено высокое загрязнение мутагенами, о чем свидетельствует средний показатель СИМА (2,67 балла) (табл. 4).

Таблица 4

Оценка мутагенной активности донных отложений

рек Блява, Кураганка и Сакмара (май, август, октябрь 2010г.)

№ станции Тест-объект ВМА. балл Средний СИМА

май август октябрь

.4!. сера Dr. melano-gasler СИМА .41. сера С/7. Vulgaris Dr. melano-gasier СИМА .41. сера СЛ. Vulgaris о £ о . ос Q СИМА

Название станции Верховья рек Блява и Кураганка

9 Верховье р Блява. 229 км 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

10 Верховье р Кураганка, с Блявтамак 0 0 0 0 0 0 0 0 д 0 0 0 0

')котопы р. Блявы и ее притока в черте г. Медногорск

5 Р Блява. автомобильный мост, г. Медногорск д 1 1 2 0 2 0 2 0 2 0 2 2

6 Приток р. Блява в г. Медногорск 0 0 0 0 а 1 0 1 0 0 0 0 0.33

7 Р. Блява ниже ММСК 0 0 2 2 2 2 1 5 0 0 1 I 2.67

8 Р. Блява ниже ММСК и очистных сооружений 0 0 1 1 1 0 0 1 1 0 1 2 1.33

Экотопы р. Кураганка и Сакмара, расположенные ниже г. Медногорск

1 Р. Сакмара после впадения р. Кураганка 1 2 0 3 1 0 1 2 0 2 1 3 2.67

2 Р Кураганка в черте I. Кувандык 0 1 1 2 0 1 1 2 0 2 0 2 2

3 1'. Сакмара до впадения р Кураганка 0 0 0 0 2 2 0 4 1 0 0 1 1.67

4 Р. Кураганка в 2 км от с. Рысаево в I 2 а 2 1 3 3 2 0 5 J,J J

Примечание а - нет клеток в анафазе: л - нет деления: в корешки не выросли;

В реках ниже г. Медногорск наибольшую мутагенную активность (рис. 6) проявили ДО р. Кураганка в 2 км от с. Рысаево (ст. 4). где средний показатель СИМА был наиболее высоким (3,33 балла) по сравнению со всеми районами исследования.

Широкий спектр мутагенов в районах исследования в 2010г. сохранился. В черте г. Медногорск преобладали мутагены, вызывающие доминантные летальные мутации (50% проб). В грунтах рек. расположенных ниже г. Медногорск уровень данного вида мутагенов сохранился, но существенно увеличилось содержание мутагенов прямого действия, индуцирующих видимые мутации (75% проб). В целом, из проб ДО, отобранных ниже г. Медногорск, МА обладали 91,7% проб, в то время как в черте города - 83.3%, что также подтвер-

ждает высокую аккумулирующую способность ДО рек Кураганка сравнению с р. Блява.

и Сакмара по

Участки рек с сильной митотокенческой активностью

Участки реке сильной мутагенной активностью

Рис. 6. Пространственное распределение гснотоксикантов в воде и донных отложениях рек Блява, Кураганка и некоторых жотопов р. Сакмара (20101.) Таким образом, донные отложения рек Блява и Кураганка на всем протяжении от верховьев до устья в 2010г. были загрязнены мутагенами, а участки с наибольшей мутагенной активностью находились вблизи промышленных предприятий, что отмечено и для других рек (Ковалева М.И., 2002; Фомичева А.Н., 2004; Голинская Л.В.. 201 I). Однако помимо накопления мутагенов в зоне поступления происходит их дальнейшее перемещение ниже по течению рек. о чем свидетельствует высокий СИМА ДО в р. Сакмара после впадения р. Кураганка (рис. 6) и увеличение количества проб, в которых зарегистрирован мутагенный потенциал (с 75% до 100%).

Временная динамика генотоксической активности воды и ДО Изучение межгодовой и сезонной динамики генотоксической активности проведено по анализу изменения митотоксической и мутагенной активности.

Межгодовая динамика генотокснческой активности ДО. За период 2007-2010гг. произошло незначительное улучшение митотоксической ситуации изученных рек, т.к. выявлено снижение доли станций (с 70% до 60%), грунты которых обладали митотоксической активностью. В межгодовой динамике прослежено изменение спектра митотоксикантов, помимо митостатиков появились и митогены, а выраженность митотоксического эффекта (МТЭ) донных отложений рек снизилась с «сильного МТЭ» до «среднего МТЭ», что, вероятно, объясняется либо изменением спектра митотоксикантов за счет уменьшения их поступления в ДО рек, либо понижением аккумулирующей способности грунтов.

Анализ межгодовой динамики мутагенной активности исследуемых рек позволил установить, что за период 2007-2010гг. произошло уменьшение числа станций, донные отложения которых вызвали хромосомные аберрации у AI. сера (с 62,5 до 50%) и видимые мутации у СИ vulgaris (с 80 до 60%), и увеличение числа станций, грунты которых вызвали доминантные летальные мутации у Dr. melanogasler (с 30 до 40%).

Таким образом, проведенный комплексный анализ изменений митотоксической и мутагенной активности позволил установить незначительное снижение доли станций с генотоксическим эффектом (с 90 до 80%), обусловленное улучшением состояния грунтов на некоторых станциях.

Сезонная динамика генотоксическон активности воды и ДО. Результаты оценки сезонных особенностей генотоксической активности воды и ДО по исследованиям 2010г. выявили неоднородные изменения уровня содержания генотоксикантов без каких-либо четко выраженных закономерностей.

В донных отложениях в динамике митотоксикантов регистрировались межсезонные колебания: в весенний период на 70% станций регистрировался как митозугнетаюший, так и митозстимулируюший эффект, в летний - число таких станций уменьшилось до 60%, с преобладанием митозстимулируюшей активности, а к осени митотоксическая активность вновь выросла (70% станций) и усилился митозугнетаюшй эффект. В воде выявлена тенденция снижения содержания митотоксикантов от весны к осени (от 90% весной до 77,8% станций осенью).

В сезонной динамике мутагенной активности ДО рек Блява, Кураганка и некоторых экотопов р. Сакмара установлено наиболее благополучное состояние рек в весенний период (60% станций с мутагенной активностью) с заметным повышением в августе (80% станций) и тенденцией снижения к осени (70% станций). В динамике мутагенной активности воды в исследованных реках также не выявлено четких закономерностей изменения мутагенной активности в разные периоды гидрологического цикла рек.

В спектре мутагенов за период май-октябрь установлено резкое снижение содержания мутагенов в воде, вызывающих доминантные летальные мутации в летний период, о чем свидетельствует уменьшение доли станций (до 0%), грунты которых вызвали мутагенный эффект у Dr. melanogasler. В донных отложениях уровень содержания мутагенов различных типов в разные сезоны года был примерно одинаковым, и количество станций с мутагенной активностью варьиро-

вало от 30 до 60%. Только в весенний период в ДО аккумулировались в меньшей степени промутагены, индуцирующие хромосомные аберрации (12,5% станций).

Таким образом, результаты исследования сезонной динамики митотокси-ческой и мутагенной активности воды и ДО рек не выявили четких закономерностей в содержании митотоксикантов и мутагенов, что свидетельствует о неравномерности поступления генотоксикантов в разные сезоны.

Оценка факторов генотоксического загрязнения воды и донных отложений рек Блява н Кураганка Оренбургской области Загрязнение водных экосистем стойкими органическим соединениями, в том числе полиароматическими углеводородами (ПАУ) и полихлорированными бифенилами (ПХБ). имеет большое значение в связи с их высокой токсичностью для организмов всех уровней организации, способностью аккумулироваться в гидробионтах, передаваться по трофическим цепям (Малахова. Л.В.. 2005). В воде не было выявлено превышения ПДК по содержанию ПХБ, бенз(а)пирена и фенола ни на одном из исследованных участков рек. В мае на участке р. Сакмара в черте г. Кувандык до впадения р. Кураганка были зафиксированы концентрации фенола, равные 1 ПДК, однако в последующие периоды гидрологического цикла содержание его в воде не превышало 0,0005 мг/л, так же как и на других точках отбора проб исследованных рек, что было ниже ПДК (0.001 мг/л). Содержание ПХБ в воде было минимальным, однако т.к. данный поллютант относится к веществам, способным оказывать канцерогенный и мутагенный эффект даже в малых концентрациях, не превышающих гигиенические нормативы (Малахова Л.В., 2005; Кухарчик Т.Н., 2007), а именно его содержание варьировало в широких пределах в зависимости от места отбора, то полихлорбифенилам было уделено особое внимание в плане химического анализа. Наибольшая концентрация ПХБ в воде весеннего паводка отмечена для участка р. Блява ниже очистных сооружений г. Медногорска (ст. 8). Коэффициент концентрации приближался к единице (КГПХБ = 0,76). Наименьшие концентрации зафиксированы в верховьях рек Блява и Кураганка.

Концентрации фенола в донных отложениях всех исследованных участков рек составили менее 0,05 мг/кг. Содержание бенз(а)пирена и ПХБ не превысило ПДК для почв, однако на участке р. Блява ниже Медногорского медно-серного комбината в мае отмечено превышение содержание ПХБ в 1,2 раза относительно экологических нормативов для ДО. разработанных в Нидерландах.

В сезонной динамике концентраций ПХБ практически на всех участках исследования было отмечено снижение показателей в воде (80% станций) и ДО (90% станций) за период май-октябрь.

Для характеристики загрязнения ДО подвижными формами тяжелыми металлами каждой станции рассчитывался суммарный индекс нагрузки (ИНМ) - как сумма всех определяемых металлов. Максимальное его среднее значение и в 2007г. и в 2010г. определено для района г. Медногорска (167,61 ±27,27 и 419.23±25 1,26 мг/кг соответственно). Минимальные значения отмечены в ДО верховьев рек (47,29±27,21 и 26,24±1,86 мг/кг). Для железа из-за отсутствия нормативов оценена аномальная концентрация (508,80± 101,76 мг/кг): в ДО уча-

стка р. Блява ниже Медногорского медно-серного комбината (ст. 7). где его содержание отличалось от среднего более чем на удвоенное значение стандартного отклонения (М±2о), что может свидетельствовать о зоне локального загрязнения.

В содержании меди в ДО 80% станций в 2007г. и 90% станций в 2010г. установлены превышения ПДК для почв. Содержание свинца было выше ПДК в 2007г. только на одной станции - участок р. Блява, вблизи автомобильного моста в г. Медногорск (ст. 5). В 2010г. концентрации цинка в ДО были относительно высокими и превысили ПДК для почв на 50% станций.

Результаты исследования 2007-2010гг. подтвердили данные авторов, полученные в более ранние периоды исследования региона (Загрязнение свинцом..., 2004; Куксанов В.Ф. и др., 2006; Куксанов В.Ф., Григорьева О.В., 2009; Иванова И.Ю., 2009) о том, что приоритетным загрязнителем из группы подвижных форм тяжелых металлов является медь, содержание которой в цельном грунте рек Блява и Кураганка как в черте г. Медногорск, так и ниже его (с. Рысаево, г. Кувандык) превышало ПДК для почв.

Таким образом, в воде и донных отложениях отмечено присутствие факторов генотоксического загрязнения, представленных как подвижными формами металлов (меди, цинка, железа, свинца и кадмия), так и некоторыми органическими загрязнителями (ПХБ).

Корреляционный анализ химического загрязнения и генотоксической акггивности воды и донных отложений

Анализ коэффициентов корреляции показал, что зависимость различных типов мутаций от концентраций подвижных форм тяжелых металлов как в отдельности, так и в суммарном содержании в донных отложениях имела разную силу и направление.

В 2007г. в районе, расположенном ниже г. Медногорска установлена прямая сильная корреляционная связь между содержанием цинка и частотой ХА у ,1/. сера (г=0,72). Отмечено, что концентрации цинка также коррелировали с сильным митозугнетаюшим эффектом, который наблюдался в этот период при воздействии водной вытяжки донных отложений р. Кураганка и Сакмара (г=0,27, слабая сила). В черте г. Медногорска частота ХА у . //. сера имела умеренную корреляционную зависимость от суммарного содержания металлов в грунтах (г=0,36). содержания цинка (г=0,32), кадмия (г=0.39) и среднюю зависимость от концентраций меди (г=0,57).Связи различной силы были определены между митотоксическим эффектом и концентрациями меди и кадмия. С концентрациями меди - умеренная сила (г=0,42), кадмия - средняя (г=0,55). Содержание кадмия, кроме того, коррелировало с увеличением значений профаз-ного индекса (г=0,67), т.е. возможно он может выступать в качестве митотокси-канта, повреждающего структуру хромосом и нарушающего процесс репликации ДНК.

В 2010г. установлено, что генные мутации Скги/цапх коррелировали с концентрациями в донных отложениях подвижных форм Си, Хп, Бе, РЬ, Сс1 в отдельности, а также с их суммарным содержанием в ДО рек, расположенных ниже г. Медногорска. Умеренная связь определена между частотой ВМ и со-

держанием железа(г=0,42) и свинца (г=0,41). сильная связь - для меди (г=0,70), цинка (г=0.82), кадмия (г=0,79) и суммарного содержания (г=0,71). Доминантные летальные мутации у Dr. metanogaster имели умеренную связь с содержанием железа (г=0.32) и свинца (г=0.38). Хромосомные аберрации напрямую зависели только от концентраций железа (средняя сила корреляции, г=0,51). Отмечено влияние данных металлов по отдельности и в суммарном содержании на изменение величин фазных индексов. Умеренная корреляционная связь выявлена между концентрациями цинка и увеличением профазного индекса (г=0,42). Все металлы влияли на изменение значений метафазного индекса. Умеренная сила корреляции отмечена между содержанием цинка и задержкой на стадии метафазы (r=0.3 1), между содержанием всех остальных металлов: меди, железа, свинца, кадмия и увеличением метафазного индекса - сильная корреляционная связь, соответственно г=0,97 при р<0,05; 0,97 при р50.05; 0,99 при р<0,01: 0.89. Увеличение метафазного индекса кроме того напрямую зависело от суммарного содержания всех исследованных металлов, в данном случае выявлена сильная достоверная связь. г=0,97, при р<0,05. Вероятно, все перечисленные металлы могли влиять на веретено деления, удвоение центриолей и на расхождение хромосом. В черте г. Медногорска видимые мутации у Ch.vulgaris коррелировали с содержанием железа и свинца. Между частотой ВМ и концентрациями железа установлена умеренная корреляционная связь (г=0,41), зависимость от содержания свинца сильная (г=0,78). Частота ДЛМ Dr. mdanogaster коррелировала с концентрациями меди (г=0.78). цинка (г=0,60) и железа (г=0,99 при р<0,01). Отмечена также зависимость от суммарной нагрузки металлами (гЮ,90). Значительным фактором мутагенности и митотоксичности являлись металлы по отношению к Л1. сера. Сильная корреляционная связь установлена между частотой ХА и концентрациями меди (г=0,98 при р<0,05), цинка (г=0,90), железа (г=0.92). а также индексом нагрузки тяжелыми металлами (г=0,99, при р<0.01), зависимость от содержания кадмия была умеренная (г=0,38). Такая же сила корреляции выявлена между содержанием в донных отложениях кадмия и митотоксическим эффектом (г=0,38). Зависимость величины профазного индекса от концентраций кадмия была сильная (г=0.92).

Среди органических загрязнителей были выявлены поллютанты, между содержанием которых в воде и мутациями разного типа была установлена сильная положительная корреляционная связь. Генные мутации у СИ. vulgaris коррелировали с концентрациями ПХБ в воде во всех районах исследования в зависимости от сроков отбора проб. Умеренная сила корреляции была отмечена для района г. Медногорска в мае (г=0,49) и слабая в августе (гЮ,29). В районе, расположенном ниже г. Медногорска (в сфере влияния г. Кувандыка) - средняя сила корреляции в мае и октябре (г=0.69 и г=0,60 соответственно). Корреляционная связь средней силы (г=0.68) была установлена между частотой ДЛМ у Dr. melanogaster и содержанием ПХБ в воде только р. Блявы (в районе г. Медногорска) в октябре. Частота ХА .11. сера коррелировала с концентрациями ПХБ в воде рек Кураганка и Сакмара (в районе, расположенном ниже г. Медногорска). Сильная корреляционная связь была отмечена в мае (г=0,78), в августе (г=0,94)

и октябре (г=0,80). Кроме того, в августе концентрации ПХБ коррелировали с изменением величины ана-телофазного индекса (г=0,76), что позволило предположить участие данного вида поллютанта не только в качестве мутагена, но и митотоксиканта. В черте г. Медногорска в мае между мутациями данного типа и содержанием ПХБ установлена корреляционная связь умеренной силы (г=0,49), а в октябре увеличение длительности митоза на стадии метафазы коррелировало с содержанием ПХБ: отмечена средняя сила корреляции (г=0,68).

Таким образом, проведенный корреляционный анализ между генотокси-ческой активностью воды и содержанием в ней загрязняющих веществ показал наличие прямых корреляционных зависимостей между мутациями разного типа и химическим загрязнением подвижными формами меди, цинка, железа, свинца кадмия и полихлорированными бифенилами. Частота и сила выявленных связей отличалась по районам и срокам исследования. Наибольшая величина корреляции прослеживалась в районе, расположенном ниже г. Медногорска.

ВЫВОДЫ

1. Наиболее напряженная генотоксическая ситуация отмечена на участках реки Блява ниже Медногорского медно-серного комбината, реки Кураганка в 2 км от с. Рысаево и реки Сакмара в черте г. Кувандыка после впадения притока -реки Кураганка. Неблагополучное состояние рек Кураганка и Сакмара обусловлено миграцией и аккумулированием в грунтах генотоксикантов, поступающих от Медногорской геотехнической системы.

2. В межгодовой динамике генотоксической активности установлено улучшение состояния донных отложений во всех районах исследования в 2010г. по сравнению с 2007г., о чем свидетельствует уменьшение процента станций (от 100% в 2007г. до 80% в 2010г.), донные отложения которых вызывали мутагенный и митотоксический эффекты, а в сезонном аспекте не выявлено четких закономерностей в содержании митотоксикантов и мутагенов в воде и донных отложениях, что подтверждает неравномерность поступления в водотоки генотоксикантов в разные сезоны.

3. По результатам биотестирования в воде и донных отложениях определено присутствие мутагенов прямого действия, вызывающих генные мутации, промутагенов, вызывающих хромосомные аберрации и мутагенов, воздействующих на наследственный аппарат генеративных клеток и вызывающих доминантные летальные мутации, а также митотоксикантов, индуцирующих нарушения митоза различного характера.

4. На модели . !/. сера показано присутствие в воде и донных отложениях исследованных рек спектра мутагенов, вызывающих повреждения на хромосомном уровне и индуцирующих хромосомные аберрации типа «фрагментов» и «мостов», а также на геномном уровне нарушающих подвижность хромосом на ахроматиновом веретене деления и приводящих к появлению отставаний в процессе расхождения хромосом.

5. В модельном эксперименте установлено, что митотоксическая активность воды и донных отложений на разных участках рек обусловлена

различными формами патологий митоза: изменением количества клеток, вступающих в митоз и уменьшением образования клеток за счет монофазной или бифазной задержки прохождения митоза, что свидетельствует о присутствии митотоксикантов широкого спектра действия.

6. При проведении генотоксического мониторинга следует обратить внимание на содержание ПХБ и подвижных форм тяжелых металлов в воде и донных отложениях, т.к. в рамках работы выявлена высокая положительная корреляционная связь между их содержанием и мутациями разного типа: наиболее сильная корреляционная связь установлена между содержанием подвижных форм меди и хромосомными аберрациями (г=0,98 при р<0,05), видимыми мутациями (г=0,79) и доминантными летальными мутациями (г=0,78).

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Кольчугина, Г.Ф. Межгодовые изменения генотоксической активности донных отложений рек Блява и Кураганка Оренбургской области / Г.Ф. Кольчугина // Вестник Оренбургского государственного университета.-2011.-№12.-С. 195-197.

2. Характеристика генотоксической опасности водных экосистем Оренбургской области / Г.Н. Соловых, Л.В. Голинская, Г.Ф. Кольчугина, Г.М. Тихомирова, Л.Г. Фабарисова // Материалы международной научно-практической конференции «Устойчивое развитие территорий: управление природными, техногенными, пожарными, биолого-социальными и экологическими рисками». -Оренбург, 2011 г. - С. 127-132.

3. Кольчугина, Г.Ф. Оценка генотоксической активности донных отложений рек Блява и Кураганка с использованием тест-объекта Chlorella vulgaris / Г.Ф. Кольчугина // Материалы IV Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы биологии, нанотехнологий и медицины». -Ростов-на-Дону, 2011г. - С. 22-23.

4. Кольчугина, Г.Ф. Оценка мутагенности донных отложений с помощью Allium сера / Г.Ф. Кольчугина, Т.А. Краснова// материалы VI Российской научно-практической конференция с международным участием «Охрана природы и здоровье человека: проблемы медицины, биологии, экологии и новые научные технологии в XXI веке»: сборник статей и тезисов. - Оренбург: Изд-во ОрГМА, 2011.-С. 109-110.

5. Кольчугина, Г.Ф. Биотестирование как важнейший этап экологического мониторинга / Г.Ф. Кольчугина // Общественные науки. - 2012. - №1. - С. 318-324.

6. Кольчугина, Г.Ф. Митотоксическое и генотоксическое действие донных отложений малых рек Блява и Кураганка Оренбургской области / Г.Ф. Кольчугина // Гигиена и санитария. - 2012. - №3. - С. 37-39.

7. Кольчугина, Г.Ф. Оценка генотоксического риска воды водоемов с помощью биологических тест-объектов / Г.Ф. Кольчугина, Г.Н. Соловых // Ма-

териалы XI Всероссийского съезда гигиенистов и санитарных врачей: сборник статей. - М., Ярославль: Канцлер, 2012. - Т. II. - С. 132-134.

8. Временная динамика мутагенности донных отложений некоторых рек Оренбургской области / Г.Ф. Кольчугина, Е.М. Нефедова, Е.А. Кануникова, Л.Г. Фабарисова, Г.М. Тихомирова // Молодой ученый. - 2012. - Т. I. - N°9 (44) - С.64-67.

9. Кольчугина, Г.Ф. Оценка уровня мутирования хромосомного аппарата Allium сера / Г.Ф. Кольчугина // Сборник материалов «II Всероссийской конференции с международным участием студентов и молодых ученых в рамках «Дней молодежной медицинской науки», посвященной 125-летию со дня рождения чл.-корр. АМН СССР, профессора Ф.М. Лазаренко». - Оренбург: Изд-во ОрГМА, 2013. - С. 53-54.

10. Кольчугина, Г.Ф. Использование биотестнрования в оценке потенциальной опасности генотоксичности водной среды (на примере рек Блява и Кураганка) / Г.Ф. Кольчугина // Здоровье населения и среда обитания. - 2013. - №6. - С. 19-20.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ

ВВДО - водная вытяжка донных отложений;

ВМ - видимые мутации;

BMA - выраженность мутагенной активности;

ВМТА - выраженность митотоксической активности;

ВМТЭ - выраженность митотоксического эффекта;

ДЛМ - доминантные летальные мутации;

ДО - донные отложения;

ИНМ - индекс нагрузки металлами;

МА - мутагенная активность;

МИ митотический индекс;

ММСК - Медногорский медно-серный комбинат;

МТА - митотоксическая активность;

МТЭ - митотоксический эффект;

МЭ - мутагенный эффект;

НМ - нарушения митоза;

ОДК - ориентировочно допустимые концентрации;

ПДК - предельно допустимая концентрация;

ПХБ - полихлорированные бифенилы;

р. - река;

СИМА - суммарный индекс мутагенной активности;

ст. - станция;

ТМ - тяжелые металлы;

ФИ - фазный индекс;

ХА - хромосомные аберрации.

КОЛЬЧУГИНА Гюзель Фарыховна Пространственная и временная динамика генотоксической активности воды и донных отложений малых рек Блява и Кураган Оренбургской области Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук 03.02.08 - Экология

Оригинал-макет подготовлен в программе Microsoft Office Word 2003. Подписано в печать 26.09.2013 Формат 64x84. 1/16. Усл.-печ. л. 1,0 Печать оперативная. Бумага офсетная. Гарнитура Times. Тираж 100 экз.

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Кольчугина, Гюзель Фарыховна, Оренбург

ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ОРЕНБУРГСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ МЕДИЦИНСКАЯ АКАДЕМИЯ МИНИСТЕРСТВА ЗДРАВООХРАНЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ»

04^01 453048 На правах рукописи

КОЛЬЧУГИНА Гюзель Фарыховна

03.02.08 - Экология

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель: Заслуженный работник высшей школы, доктор биологических наук, профессор Галина Николаевна Соловых

0ренбург-2013

Список используемых сокращений

ВВДО - водная вытяжка донных отложений

ВМ - видимые мутации

ВМА - выраженность мутагенной активности

ВМТА - выраженность митотоксической активности

ВМТЭ - выраженность митотоксического эффекта

ДЛМ - доминантные летальные мутации

ДО - донные отложения

ИНМ - индекс нагрузки металлами

МА - мутагенная активность

М1 - митотический индекс

ММСК - Медногорский медно-серный комбинат МТА - митотоксическая активность МТЭ - митотоксический эффект МЭ - мутагенный эффект НМ - нарушения митоза

ОДК - ориентировочно допустимые концентрации ПДК - предельно допустимая концентрация ПХБ - полихлорированные бифенилы р. - река

СИМА - суммарный индекс мутагенной активности

ст. - станция

ТМ - тяжелые металлы

ФИ - фазный индекс

ХА - хромосомные аберрации

СОДЕРЖАНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ...................................................... 2

ВВЕДЕНИЕ.......................................................................... 6

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.............................................................. 12

1.1. Экологический мониторинг в управлении качеством окружающей среды и здоровья населения..................................... 12

1.2. Основные загрязняющие вещества малых рек и их отрицательная роль в экосистеме.............................................. 15

1.3. Источники органического загрязнения малых рек...................... 27

1.4. Биологические методы оценки качества воды и донных отложений........................................................................... 33

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ............................ 42

2.1. Материалы исследования................................................... 42

2.2. Район исследования......................................................... 42

2.3. Подготовка проб для определения генотоксичности.................... 44

2.4. Оценка генотоксической активности воды и донных отложений........................................................................... 45

2.4.1. Метод учета видимых мутаций у хлореллы.......................... 45

2.4.2. Ана-телофазный метод учета хромосомных аберраций............ 48

2.4.3. Метод учета доминантных летальных мутаций....................... 53

2.5. Определение загрязняющих веществ в воде и донных отложениях.......................................................................... 58

2.6. Статистическая обработка данных........................................ 59

ГЛАВА 3. ПРОСТРАНСТВЕННОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ

ГЕНОТОКСИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ ВОДЫ МАЛЫХ РЕК БЛЯВА, КУРАГАНКА И НЕКОТОРЫХ ЭКОТОПОВ РЕКИ САКМАРА......................................................................... 60

3.1. Пространственное распределение митотоксической активности

воды в 2010 году................................................................... 60

3.2. Пространственное распределение мутагенной активности воды

в 2010 году........................................................................................ 75

ГЛАВА 4. ПРОСТРАНСТВЕННОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ

ГЕНОТОКСИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ МАЛЫХ РЕК БЛЯВА, КУРАГАНКА И НЕКОТОРЫХ ЭКОТОПОВ РЕКИ САКМАРА................................................................... 95

4.1. Пространственное распределение митотоксической активности донных отложений................................................................ 95

4.1.1. Митотоксическая активность донных отложений в 2007 году................................................................................................ 96

4.1.2. Миотоксическая активность донных отложений в 2010 году............................................................................................. 102

4.2. Пространственное распределение мутагенной активности донных отложений................................................................. 117

4.2.1. Мутагенная активность донных отложений в 2007 году.......................................................................................................... 117

4.2.2. Мутагенная активность донных отложений в 2010 году.............................................................................................. 130

ГЛАВА 5. ВРЕМЕННАЯ ДИНАМИКА ГЕНОТОКСИЧЕСКОЙ

АКТИВНОСТИ ВОДЫ И ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ...................... 145

5.1. Межгодовая динамика митотоксической активности донных отложений рек Блява, Кураганка и Сакмара................................. 145

5.2. Межгодовая динамика мутагенной активности донных отложений рек Блява, Кураганка и Сакмара.................................. 147

5.3. Сезонная динамика митотоксической активности воды и донных отложений рек Блява, Кураганка и Сакмара....................... 151

5.4. Сезонная динамика мутагенной активности донных отложений

и воды рек Блява, Кураганка и Сакмара..................................... 155

ГЛАВА 6. ОЦЕНКА ФАКТОРОВ ГЕНОТОКСИЧЕСКОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОДЫ И ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ РЕК БЛЯВА, КУРАГАНКА И НЕКОТОРЫХ ЭКОТОПОВ РЕКИ САКМАРА ОРЕНБУРГСКОЙ

ОБЛАСТИ......................................................................... 163

6.1. Оценка химического загрязнения тяжелыми металлами донных отложений (2007г.)............................................................... 168

6.2. Оценка химического загрязнения тяжелыми металлами донных отложений (2010г.)................................................................ 175

6.3. Временная динамика загрязнения тяжелыми металлами донных отложений некоторых экотопов рек Блява, Кураганка и Сакмара.............................................................................. 179

6.4. Оценка химического загрязнения некоторыми органическими веществами воды и донных отложений (20 Юг.).................................... 182

6.5. Экологическая оценка содержания полихлорированных бифенилов в донных отложениях в долях от экологических нормативов.......................................................................... 187

ГЛАВА 7. КОРРЕЛЯЦИОННЫЙ АНАЛИЗ ФАКТОРОВ ГЕНОТОКСИЧЕСКОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ И ГЕНОТОКСИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ ВОДЫ И ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ МАЛЫХ РЕК БЛЯВА, КУРАГАНКА И НЕКОТОРЫХ ЭКОТОПОВ РЕКИ САКМАРА......................................................................... 191

7.1. Корреляционный анализ загрязнения донных отложений тяжелыми металлами и генотоксической активности донных отложений.............................................................................................. 191

7.2. Корреляционный анализ загрязнения воды некоторыми органическими веществами и генотоксической активности воды......................................................................................... 194

7.3. Уровни мутирования хромосомного аппарата Allium сера и корреляционная связь с химическим загрязнением воды и донных

отложений................................................................................ 196

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.................................................................... 204

ВЫВОДЫ........................................................................... 210

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ........................................................... 212

ПРИЛОЖЕНИЯ.................................................................... 231

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. В настоящее время малые реки испытывают на себе негативное влияние антропогенной деятельности, которое привело к деградации большинства рек, выражающееся в загрязнении вод, заилевании и зарастании русел [136].

Наиболее сильное техногенное воздействие в Оренбуржье испытывают малые реки, находящиеся в районах геохимических аномалий. Особенно это выражено в Медногорском территориально-производственном комплексе, где из-за несовершенства технологических процессов горнодобывающей и металлургической промышленности происходит загрязнение окружающей природной среды, обусловленное поступлением высоких концентраций ряда вредных химических элементов в природные воды [125]. К таким рекам относятся реки Блява и Кураганка, испытывающие сильное антропогенное воздействие, находясь в зоне Медногорского медно-серного комбината [153, 109, 65, 140].

Проблема загрязнения малой реки Блява освещена в ряде работ с использованием гидрохимических показателей [11, 82, 83]. В их исследованиях показано, что техногенное влияние вызвано в первую очередь технологическими процессами горнодобывающих и металлургических предприятий. Рядом авторов была проведена оценка экологического состояния рек Блява и Кураганка по показателям бентосных сообществ [153], а также оценка качества донных отложений рек Блява и Кураганка с использованием элементов триадного подхода [109, 65]. Ивановой И.Ю. (2009) был проведен экологический мониторинг малых рек Блява и Кураганка, в рамках которого была дана геохимическая и токсикологическая характеристика некоторых биотопов рек Блява, Кураганка и Сакмара, а также характеристика бентоса по основным показателям. Однако оценка токсичности далеко не в полной мере отражает опасные, особенно токсикогенетические, последствия загрязнения природных

объектов. Известно, что наибольшую опасность для здоровья настоящего и будущих поколений представляют соединения, обладающие способностью вызывать отдаленные эффекты: мутагены и канцерогены. Поэтому изучение суммарной мутагенной активности представляет собой наиболее перспективный подход к выявлению реального мутагенного потенциала воды и донных отложений [23, 188, 145, 111, 4], а малые реки Блява и Кураганка были выбраны в качестве примера в решении научной проблемы - оценки отдаленных последствий загрязнения малой реки токсикантами.

Задачи исследования.

4. В модельном эксперименте оценить уровни мутагенного и митотоксического воздействия генотоксикантов воды и донных отложений на клетки меристематической ткани Allium сера.

Научная новизна. Впервые проведенное исследование пространственного распределения митотоксической и мутагенной активности воды и донных отложений рек Блява, Кураганка и некоторых экотопов р. Сакмара показало высокое генотоксическое загрязнение рек в оба года исследования и миграцию генотоксикантов на значительные расстояния от Медногорской геотехнической системы с последующим их аккумулированием в донных отложениях рек, расположенных ниже г. Медногорска.

Впервые в воде и донных отложениях исследованных рек выявлено присутствие мутагенов, индуцирующих генные и геномные мутации, а также хромосомные аберрации и присутствие широкого спектра митотоксикантов, влияющих на подготовку клетки к делению и прохождение митоза. Нарушение митоза связано с изменением количества клеток, вступающих в митоз или уменьшением числа образующихся клеток за счет монофазной или бифазной задержки прохождения митоза.

В межгодовой динамике генотоксической активности донных отложений установлено снижение уровня загрязнения генотоксикантами в период 2007-2010гг., а в сезонном аспекте генотоксичности воды и донных отложений не установлено четких закономерностей в содержании мутагенов и митотоксикантов, что свидетельствует о неравномерности поступления генотоксикантов в разные периоды гидрологического цикла реки.

Выявлено загрязнение воды и донных отложений исследованных малых рек и участка р. Сакмара полихлорированными бифенилами, с четкой сезонной динамикой (повышением в весенний и снижением в осенний период), содержание которых не было выше ПДК для почв и воды, однако превышало зарубежные нормативы для донных отложений, а наиболее высокий показатель ПХБ зафиксирован в районе г. Медногорска.

Разработан способ выявления загрязнения рек полихлорированными бифенилами (приоритетная справка по заявке на изобретение № 2012147605 от 8.11.2012).

Выявленные колебания генотоксической активности воды и донных отложений в разные периоды отбора проб позволили обосновать практическое предложение о

необходимости регулярного контроля генотоксичности рек данного региона с одновременным проведением исследования мутагенной и митотоксической активности воды и донных отложений для эффективного мониторинга генотоксического загрязнения малых рек.

Выявленная высокая генотоксичность тяжелых металлов и ПХБ послужила основой для разработки методического письма по нормированию уровней содержания тяжелых металлов в донных отложениях поверхностных водных объектов («Методическое руководство по нормированию уровней содержания химических веществ в донных отложениях поверхностных водных объектов (на примере тяжелых металлов)»), а также разработки «Способа выявления загрязнения рек полихлорированными бифенилами» (приоритетная справка по заявке на изобретение № 2012147605 от 8.11.2012), что имеет важное практическое значение для совершенствования экологического мониторинга водных экосистем и решения практических вопросов хозяйственно-питьевого водоснабжения населения.

Материалы диссертационного исследования включены в лекционный курс по экологии для студентов естественно-научного факультета Оренбургского государственного университета и внедряются в практику выполнения выпускных квалификационных работ студентов (акт внедрения от 17.06.2013).

Оренбург, 2011; на VI Российской научно-практической конференции с международным участием «Охрана природы и здоровье человека: проблемы медицины, биологии, экологии и новые научные технологии в XXI веке»: Оренбург, 2011; на IV Международной научной конференции «Актуальные проблемы общественных наук в условиях глобализации»: Москва, 2012; на XI Всероссийском съезде гигиенистов и санитарных врачей: Москва, 2012; на II Всероссийской конференции с международным участием студентов и молодых ученых в рамках «Дней молодежной медицинской науки», посвященной 125-летию со дня рождения чл.-корр. АМН СССР, профессора Ф.М. Лазаренко: Оренбург, 2013. Диссертация апробирована на расширенном заседании проблемной комиссии «Гигиена, экология, эпидемиология, общественное здоровье и здравоохранение» ОрГМА.

Положения, выносимые на защиту.

2. Генотоксическая акт�

Информация о работе

Кольчугина, Гюзель Фарыховна
кандидата биологических наук
Оренбург, 2013
ВАК 03.02.08

Диссертация

Пространственная и временная динамика генотоксической активности воды и донных отложений малых рек Блява и Кураганка Оренбургской области - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы