Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Цитогенетические эффекты воздействия вод емкости сезонного регулирования Астраханского газового комплекса

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации по теме "Цитогенетические эффекты воздействия вод емкости сезонного регулирования Астраханского газового комплекса"

о з ФЪВ 1937"

На правах рукописи

КАМНЕВА ОЛЬГА АНАТОЛЬЕВНА

ЦИТОГЕНЕТИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ ВОЗДЕЙСТВИЯ ВОД ЕМКОСТИ СЕЗОННОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ АСТРАХАНСКОГО ГАЗОВОГО КОМПЛЕКСА „

'//¿(¿е&Л«'

Специальность: 11.00.11-охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Астрахань -1996

Работа выполнена в Астраханском государственном педагогическом университете

Научный руководитель - кандидат сельскохозяйственных наук,

Зацргга диссертации состоится * 11 * февраля 1997 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета К.117.07.04 по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата биологических наук при Астраханском государственном техническом университете по адресу : 414025 , г. Астрахань , ул. Татищева, 16 , АГТУ.

С диссертацией мояою ознакомиться в библиотеке Астраханского государственного технического университета

доцент К О 3 А К М. Ф.

Официальные оппоненты - доктор биологических наук,

ЧУЙКОВ Ю. С.

доктор сельскохозяйственных наук,

профессор Д Ю Т И Н К. Е.

Ведущая организация

Астраханский государственный заповедник

Автореферат разослан _

/

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат биологических наук

Мелякина Э. И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В связи с растущим антропогенным влиянием на природные экосистемы, особое значение приобретает региональный экологический мониторинг. С точки зрения охраны окружающей среды, актуальной является проблема генетического мониторинга - слежения за частотой возникновения генных и хромосомных мутаций у биологических объектов в районах с повышенной экологической опасностью. К таким регионам в последнее время относят и Астраханскую область в связи с пуском в 1986 году Астраханского газового комплекса ( АГК ). С точки зрения охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов возникла необходимость проведения научно - исследовательских работ по проблемам слежения за его воздействием на объекты природных систем и здоровье человека с целью обеспечения экологической безопасности деятельности предприятия. Изучением влияния газа на организм и окружающую среду занимаются ряд научно - исследовательских организаций Нижнего Поволжья : Астрахань НИПИгаз, Астраханская гидрометобсерватория, Астраханская медицинская академия , Астраханский государственный технический университет , Лаборатория охраны окружающей среды института Волга - Урал НИПИгаз, Волгоградский политехнический институт . Исследования по этому вопросу ведутся в Санкт - Петербургском НИИ уха, горла, носа , речи ; Саратовском университете, Московском государственном университете и другими учреждениями. Часть природоохранных мероприятий внедрены непосредственно в цикле производства. Однако, . значительно меньше внимания уделяется влиянию биологически очищенных сточных вод АГК на объекты природы.

Для непрерывной работы Астраханского газового комплекса нужен постоянный приток чистой воды. Из 21 млн. кубометров воды, забираемой предприятием в год, восемь из них в виде очищенных сточных вод, поступало в емкость сезонного регулирования ( ЕСР ), которая представляет собой открытый резервуар, расположенный на территории Астраханского газового комплекса. Несмотря на действующую на заводе систему очистки , сточные воды АГК не применяются в повторном технологическом цикле. Поэготу, особую актуальность приобретает безопасная для уникального природного комплекса дельты реки Волги их утилизация.

Ряд исследователей ( Якубов. Сальников, Гончар, Разумовская. Суворова. 19S9 : Козак . 1993; Якубов, Дубинина. Суворова . 1993 ; Чуйков , 1993 ; Дубинина , 1996 ) отмечают недостаточную степень очистки сточных вод ЛГК, обнаруживая отрицательное, в том числе мутагенное влияние на биологические объекты. Часть этих вод поступало на земледельческие поля орошения ( Осацкий , Федак, Подосинников . 1993 ) . относящиеся к элементам природного ландшафта.Анализ особенностей геосреды Астраханского газового комплекса ( Андрианов , Федосеев . 1995 ) показал, что уровень грунтовых вод с 1987 года на территории предприятия повышается, вызывая подтопление некоторых зон АГК. Не исключена возможность фильтрации сточных промышленных вод Астраханского газового комплекса в грунтовые воды, что может являться потенциальным источником загрязнения рек системы дельты Волги. В связи с тем , что воздействие сточных вод Астраханского газового комплекса изучено недостаточно, исследование биологических качеств воды ЕСР с точки зрения их генетической активности является актуальной проблемой.

Существуют объективные методы количественной оценки комплексного воздействия веществ, находящихся в сточных водах химических предприятий. К их числу относятся цитогенетические методы исследований : анафазный, метафазный анализ, метод Меллер - 5 . тест Эймса и другие ( Bridges , 1934, Меллер , 1937, Сакс , 1938, Levan , 1949, 1951, Ригер, Михаэлис , 1967 ; Дубинин, 1972 , 1989, 1990) позволяющие объективно определить степень генетического риска использования и хранения сточных вод. Особенность анафазного и мегафазного анализа заключается в том, что они позвеляют учесть частоту и типы структурных аберраций хромосом в делящихся клетках биологических объектов.

В научной литературе встречаются единичные работы ( Якубов и др., 1989,1993. Козак, 1990 , 1993,1995,Дубинина, Курашова, Волкова, 1990, 1992, Дубинина 1996 ) по оценке мутагенной активности сточных вод АГК. Эти исследования нуждаются в продолжении, изучении сезонности генетической активности сточных вод, опасности »того воздействия.

Цель patio 11.1 . Целью настоящей работы является исследование .епетической активности воды емкости сезонного регулирования путем анализа цитологии митоза в

клетках корневой меристемы растений, типов и частоты возникновения структурных преобразований хромосом в клеточном цикле под воздействием этих вод.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи :

1. Провести анализ основных типов патологии митоза под влиянием вод емкости сезонного регулирования :

2. Изучить динамику частоты возникновения структурных преобразований хромосом в клетках меристемы растений под влиянием воды ЕСР ;

3. Оценить степень генетического риска использования сточных вод ЕСР при фильтрации их в гидросферу ;

4. Исследовать динамику митотической активности клеток меристемы растений по сезонам года под влиянием воды емкости сезонного регулирования ;

5. Определить степень корреляционной зависимости между митотической активностью клеток и интенсивностью мутационных процессов на хромосомном уровне под влиянием воды ЕСР :

6. В задачи работы входило также исследование особенностей развития корневой системы растений в биологически очищенных сточных водах Астраханского газового комплекса.

Научили новизна . В течение ряда лет на классических тест - объектах Allium сера L , Vicia faba L проведены систематические исследования генетической активности сточных вод Астраханского гозового комплекса по сезонам года. Установлен факт постоянной мутагенной активности сточных вод. Проведен анализ основных типов патологии митоза и динамики частоты возникновения структурных преобразований хромосом в клетках меристемы растений под влиянием вод емкости сезонного регулирования. Впервые исследована динамика митотической активности клеток корневой меристемы при проращивании растений в воде ЕСР. Установлено,что вода ЕСР стимулирует патологически высокую митотическую активность клеток, не соправождшощуюся активными ростовыми процессами, но коррелирующую с усилением процессов мутагенеза на хромосомном уровне.

Практическая н мсюдичсскаи значимость nafion.i . Экспериментальным путем доказано, что иод воздейепшем поды емкости сезонного регулирования возникает широкий спектр хромосомных и хроматидпых аберраций в соматических

клетках корневой меристемы растений.Нахождение больших количеств сточных boj на территории завода, а также использование их в хозяйственных целях , неизбежно приведет к фильтрации сточных очищенных промышленных вод в гидросферу. Этс может вызвать в будущем отрицательный генетический эффект в природе и привести i изменению генетической структуры популяций уникального природного комплекс; дельты Волги. Установление факта мутагенности сточных вод ЕСР должнс способствовать принятию оптимального решения об использовании этих вод. При этом возможны два варианта : перейти на замкнутый цикл производства или продолжить разработку дополнительных методов очистки сточных вод в технологическом цикле. При этом, оценка эффективности любых методов дополнительной очистки сточных вод должна сопровождаться постоянным контролем их генетической активности. С точки зрения охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов , предпочтительным вариантом остается полная утилизация сточных вод на заводе, исключающая соприкосновение их с окружающей средой. Поэтому, практическая ценность работы заключается в том, что она дает основу для принятия цивилизованного решения об утилизации сточных вод Астраханским газовым комплексом.

Материалы исследований используются в учебном процессе на естественном факультете Астраханского государственного педагогического университета. На протяжении ряда лет материалы исследований применяются в лекционных курсах ^цитологии; генетики, спецкурсе " Экологическая генетика " , а также используются при написании дипломных работ на кафедре ботаники АГЛУ.

Апробация работы . Основные положения диссертации докладывались на ежегодных научных конференциях преподавателей студентов и сотрудников АГПУ ( Астрахань , 1994. 1995, 1996 ) , зональной межвузовской научно - практической конференции по эколого - биологическим проблемам Волжского региона и Северного Прикаспия (Астрахань, 1996 ).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ и 2 работы приняты к публикации.

Объем н структура диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания методов исследования, собственных данных и обсуждения

результатов, заключения, выводов, библиографического указателя (115 названий, 16 из них на иностранных языках ). Объем работы 152 страницы, в том числе 11 таблиц и 18 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Материал н методы исследования

В качестве классических тест - объектов исследования генетического влияния сточных вод ЕСР использовались клетки меристемы зародышевых и придаточных корней лука репчатого ( Allium сера L ) и бобов конских ( Vicia faba L ). Выбор этих объектов обусловлен следующими причинами :

1. Лук репчатый и бобы конские относятся к числу классических генетических тест-объектов из числа высших растений ( Levan, 1949. 1951 ).

2. Не требует сложных экономических и физических затрат на выращивание

3. Исследуемые объекты содержат в соматических клетках небольшое количество хромосом : 2 п = 16 Allium сера L , 2 п = 12 Vicia faba L.

4. Хромосомы этих растений крупные, хорошо видимые и изученные, четких морфологических очертаний.

5. Апикальная меристема зародышевых корней, представленная зоной деления клеток, является наименее дифференцированной зоной.

6. Лук является наиболее удобным объектом для получения как зародышевых, так и придаточных корней в больших количествах.

Сравнительные исследования проводились систематически при почти ежемесячном отборе проб воды из емкости сезонного регулирования Астраханского газового комплекса. Пробы воды из ЕСР на предмет генетической активности исследовались параллельно и сравнительно с водопроводной, дистиллированной, а также водой, взятой из рек Бузан, Ахтуба, Кривая Болда. Волга. Луковицы сорта Каратальский одинаковых размеров и качества проращивали в равных объемах исследуемой воды ( 250 мл. ) для получения больших выборок придаточных корней по каждому варианту. Корни фиксировали по общепринятой методике ( Вагти, Тихомирова, 1979, Паушева, 1980 ), готовили временные давленые препараты, которые

анализировали под микроскопом системы МБИ " Биолам " при увеличении 15 х 40 и 1; х 90 при анализе типов структурных преобразований хромосом из расчета II препаратов по 100 полей зрения по каждому варианту. Закладка опытов проводилась п следующим схемам:

Серия I

1. Контроль 1: проращивание луковиц в водопроводной воде ;

2. Контроль 2: проращивание луковиц в дистиллированной воде ;

3. Проращивание луковиц в воде ЕСР;

4. Проращивание луковиц в пробах воды из Ахтубы, Бузана, Кривой Бонды

Волги.

Придаточные корни лука фиксировали на шестые сутки после закладки опыта Перед фиксацией проводили учет количества образующихся корней, измеряли ш длину.

Серия II

Семена лука сорта Каратальский раскладывали на фильтровальной бумаге I чашках Петри, заливали исследуемой водой по предыдущей схеме, проращивали при температуре 24 ° С и фиксировали зародышевые корни длиной 0,7 - 0,8 см.

Серия III

Семена бобов конских сорта Русс, кие черные проращивали в кристаллизаторах, заполненных опилками, намоченными водой разных биологических качеств по той же схеме : вода водопроводная, дистиллированная, вода ЕСР. Фиксировали корни длинной 0,7 - 0,8 см.

Сумма проанализированных клеток по каждому варианту опытов составила от 2 000 до 6 000 клеток. Во всех сериях опытов при цитологическом анализе учитывали :

— общее количество клеток ;

— количество делящихся клеток ;

— количество клеток в разных фазах деления : профаза ( П ), метафаза ( N1 ) анафаза ( А ), телофаза ( Т ) , в том числе с аберрациями в профазе, метафазе, анафазе, телофазе;

— количество клеток в интерфазе ( И ).

Процент клеток с аберрациями хромосом, обнаруженных в ходе работы, определяли по формуле : % = Ах 100 , где

В

А - число клеток с аберрациями хромосом ;

В - общее число клеток в определенной фазе .

Митотическую активность клеток меристемы выражали митотическим индексом ( Ml, % ) :

MI = ЕШ + М + А + Т) х 100 % 1(И + П + М + А + Т)

Проанализированы все встречающиеся типы хромосомной патологии в

митозе,согласно общепринятым классификациям ( Kihlman , 1966 ; Ригер, Михаэлис , 1967; Алов 1968 ; Робертис, Новинский , Саэс , 1973 , Дубинин . 1989,1990 ) и зарисованы с цитологических препаратов.

Параллельно исследовались особенности развития придаточных корней в воде ЕСР, водопроводной ^дистиллированной воде, некоторых рек дельты Волги. Сравнивалась в динамике корнеобразующая способность растений.Составлены эмпирические и теоретические кривые распределения длины придаточных корней лука согласно уравнению нормального распределения Гаусса - Ла-Пласса - Муавра. Оценка соответствия эмпирических и теоретических кривых распределения проводилась по критерию лямбда А.Н. Колмогорова и Н. А. Смирнова. Результаты исследований обработаны статистически с определением достоверности разности долей по критерию СтьюденТа.

Результаты исследования и их обсуждение

В течение ряда лет на классических тест-объектах генетики Allium сера L и Vicia faba L проведены исследования воздействия сточных очищенных вод емкости сезонного регулирования Астраханского газового комплекса на частоту и типы патологии митоза в клетках корневой меристемы растений.

На протяжении всего периода наблюдений вода емкости сезонного регулирования имела запах бензина, сероводорода, нефтепродуктов или гнили. В зимне-весенний период вода ЕСР становилась прозрачной, но запах нефтепродуктов

сохранялся. В летне-осенний период качество воды резко ухудшалось, вода становилась мутной с темным осадком, выпадающем при ее отстаивании.

1. Изучение влияния сточных вод емкости сезонного регулирования на количество и длину придаточных корней Allium сера L

При проращивании луковиц Allium сера L в воде емкости сезонного регулирования с целью получения меристемы учитывалось количество корней, образуемых в среднем на одно растение. В течение всего периода исследования в контрольных вариантах ( водопроводная и дистиллированная вода ) количество корней первого порядка составило соответственно 50 - 59 и 46 - 52 . При проращивании луковиц в воде ЕСР количество корней в среднем на растение отмечалось в 1994 году -41,6, в 1995 году 33,0 ; в 1996 году 30,0 штук. Таким образом, вода ЕСР отрицательно влияет на корнеобразующую способность растений. Кроме того, с целью изучения особенностей развития корневых систем в воде ЕСР анализировалась длина придаточных корней Allium сера L на шестой день после начала проращивания. Так, средняя длина придаточных корней растений в водопроводной и дистиллированной воде в любое время года в среднем составила 2,9 ± 0,30 см. и 2,2 ± 0,21 см. соответственно. Средняя длина придаточных корней растений, проращиваемых в воде ЕСР, составилав 1994 и 1996 гг. 1,6 см., в 1995 году - 1,7 см. при В > 0,95 .

Для изучения сезонной зависимости длины придаточных корней от состояния воды ЕСР были построены эмпирические кривые распределения. В соответствии с уравнением Гаусса-Ла-Пласса-Муавра составлены теоретические кривые распределения и проведена оценка достоверности расхождения эмпирических и теоретических кривых по критерию А. ( лямбда ) А.Н.Колмогорова - Н.А.Смирнова.

Кривые распределения длины придаточных корней Allium сера L в контрольных вариантах островершинные, симметричные, занимают срединное расположение на графиках. Кривые распределения длины корней в воде емкости сезонного регулирования в 1994 - 1996 гг. в летне-осенний период занимают как правило, левую область графиков за счет преобладания в выборках более коротких корней, часто имеют плосковершинный или двувершинный характер. Следовательно, вода ЕСР угнетает рост корней в летне-осенний период. В зимне-весенний период

исследования 1994 - 1996 гг. кривые распределения длины корней в воде ЕСР островершинные • и занимают почти срединное положение на графиках. В зимне-весенний период качество воды ЕСР улучшается п угнетение роста корней менее значительно.

Различия между эмпирическими и теоретическими кривыми не достигают первого порога вероятности безошибочного прогноза. Следовательно, кривые распределения соответствуют нормальному закону Гаусса- Ла-Пласса-Муавра как в опытных, так и в контрольных вариантах. Таким образом, анализ кривых распределения в значительной степени позволяет диагностировать состояние воды емкости сезонного регулирования.

2. Влияние вод емкостп сезонного регулирования на митотпческую активность клеток корневой мерпстемы

Исследованию частоты структурных преобразований хромосом в клеточном цикле должен предшествовать анализ митотической активности , так как эти процессы могут быть взаимосвязаны. Показателем митотической активности является митотический индекс (М1) (Ригер, Михаэлис, 1967 ; Робертнс .Новинский, Саэс, 1973 ), который в стрессовых ситуациях может возрастать, достигая больших значений по сравнению со значениями митотических индексов, постоянных для каждого вида растений в оптимальных условиях.

На протяжении периода исследований митотической активности с-19391поМ 993 гг. установлено,что вода емкости сезонного регулирования оказывала резко активирующее действие на процессы деления клеток, достигая экстремальных значений. Митотический индекс клеток меристемы в 1989 - 1993 гг. составлял в среднем 56 %, в то время как в контроле ( водопроводная вода ) он не превышал 10 %.

В период наших исследований с 1994 по 1996 гг. митотическая активность клеток меристемы под влиянием воды емкости сезонного регулирования АГК значительно снизилась,по сравнению с показателями 1989 - 1993 гг.. но оставалась по-прежнему значительно выше каждого из контролен ( водопроводная и дистиллированная вода ). В 1994 году митотический индекс под влиянием воды ЕСР изменялся.в среднем,от 15 % в зимне-весенний период до 21 % -в летне-осенний

период. В контрольных вариантах ( водопроводная и дистиллированная вода ) митотическая активность составила от 3,9 до 7,0 % и от 10. до 11 % соответственно. Этот показатель в клетках корневой меристемы Allium сера L в 1995 году еще снизился по сравнению с 1994 годом.и составил,в среднем,12 % против 6,0 % в контроле. На фоне снижения митотической активности наметилась четкая сезонная динамика этого процесса. Однако, и в 1996 году митотические индексы были по-прежнему выше контрольных : в серднем 10 % против 4,6 % при В > 0,999. Наметившаяся общая стабилизация воды ЕСР обусловила не только уменьшение митотических индексов деления клеток, снизилась скачкообразность изменений этих показателей по сезонам года, наблюдаемая ранее. Однако, следует отметить, что высокая митотическая активность клеток под влиянием сточных вод АГК не сопровождается активными ростовыми процессами.Как уже указывалось ранее, длина корней, образуемых при проращивании луковиц в воде ЕСР ,как правило, была меньше, чем в контрольных вариантах. Анализ показал, что размеры образующихся в результате митоза клеток достоверно меньше, чем в контроле при В > 0,95.

Таким образом, высокие митотические индексы клеток меристемы, не приводящие к активному росту корня, являются одним из первых показателей отрицательного воздействия комплекса химических веществ .содержащихся в воде ЕСР

3. Анафазнын анализ частоты возникновения хромосомных аберраций в клетках меристемы придаточных корней Allium сера L под влиянием воды ЕСР

Для исследования мутагенной активности сточных вод ЕСР нами проведен анализ частоты возникновения аберраций хромосом в клетках апикальной меристемы придаточных и зародышевых корней Allium сера L . Частота возникновения патологии митоза под влиянием воды емкости сезонного регулирования является интегральным показателем эффекта действия различных химических соединений и их производных. Физико-химические методы определения концентраций генетически активных веществ, находящихся в сточных водах АГК, не могут охватить ту область, которая касается оценки генетического риска, возникающего при использовании и хранении

этих вод. Многие компоненты сами по себе могут быть не мутагенными, но при взаимодействии друг с другом приобретают генетическую активность.

Большую ценность для комплексной оценки на мутагенную активность сточных вод химических предприятий представляет цитогенетический метод исследования ( Ригер, Михаэлис , 1967 ; Алов , 1968 ; Робертис, Новинский , Саэс, 1973; Немцова , 1977 ; Yongming , Xiaolin , Biswas , 1994 ), так как он позволяет произвести прямой анализ хромосомных и хроматидных перестроек в апикальной меристеме растений, проращиваемых непосредственно в тестируемой воде.

В данной работе для сравнения степени мутагенности воды ЕСР использовался анафазньш анализ. Анафазный анализ учета перестроек ( Дубинин. Немцева, Романов, 1972 ; Дубинин , 1989, 1990 ) предоставляет возможность учесть обшее количество структурных преобразований и все типы хромосомных и хроматидных нарушений в клеточном цикле. Систематические исследования частоты возникновения аберраций хромосом под влиянием воды 2ЕСР проводились на кафедре ботаники АГПУ с 1989 года ( Козак, 1990; Козак, Вострикова, Черкасова , 1993 ; Козак, Камнева, 1995 ; 1996 ) при систематическом отборе проб из емкости. С 1989 по 1990 гг. вода емкости сезонного регулирования полностью ингибировала рост корней у растений. Клетки апикальной меристемы почти не делились, особенно в летние месяцы. Общий уровень патологии митоза в делящихся клетках достигал 70 - 90 %. Из них 20 % клеток с патологией находилось в К - митозе, был отмечен высокий уровень накопления метафаз, .«-.ню» свидетельствует о блокировании функций веретена деления и характеризуется как статмокинетический эффект ( Ригер, Млхаэлис , 1967 ). Пульверизация всего хромосомного комплекса достигала 40 % от общего числа клеток с патологией. Исследования показали,что разведенная вдвое чистой водой, вода емкости сезонного регулирования'не снижала долю хромосомных аберраций в митозе ( Козак, 1991).

В последующие годы ( 1991 - 1993 гг. ) частота возникновения хромосом с аберрациями в клетках меристемы под влиянием воды ЕСР оставалась по-прежнему высокой : от 50 до 60 % , однако, уменьшился статмокинетическии эффект до 5,0 - 7,0 % от общего числа клеток с аберрациями.

В период наших исследований, в 1994 году частота встречаемости клеток с патологией митоза в анафазе под влиянием воды ЕСР оставалась высокой и составила в среднем 58 % ( контроль 10 - 12 % ). С 1995 года впервые выявилась тенденция к снижению частоты хромосомных аберраций в среднем до 27 %.

На фоне уменьшения патологии митоза в 1995 голу удалось выявить четкую сезонную динамику частоты возникновения хромосомных аберраций. В зимне-весенний период уровень патологии митоза составил от 25 до 30 11Ъ , в летне - осенний период - от 30 до 36,3 % ( контроль - 8 ,0 % ) при В > 0,999. Некоторое снижение мутагенности воды ЕСР наблюдается с января до конца марта, затем происходит повышение частоты возникновения хромосомных аберраций к июню - июлю месяцам и максимальных значений достигает в сентябре.

В 1996 году наблюдалось дальнейшее снижение частоты хромосомных перестроек ( рис. 1 ) в клетках меристемы растений при проращивании их в воде ЕСР, в среднем,до 16,0 % при 2,0 % в контроле.Однако, в мае-июле 1996 года мутагенность воды ЕСР вновь возросла Частота клеток с хромосомными перестройками в этот период составила 23,0 % , что в десять раз превышает контрольные вариантьгпри В > 0,999. Снижение доли клеток с хромосомными аберрациями произошло на фоне уменьшения митотической активности клеток меристемы.в среднем,с 17,3 % в 1994 году до 10,9 % в 1995 году при среднем значении М1 в контроле 4.0 % ( В > 0,999 ). На фоне проведенных исследований обращает на себя внимание постоянная взаимосвязь митотической активности и доли хромосомной патологии митоза в клетках меристемы придаточных корней. С уменьшением митотической активности клеток меристемы, доля их с патологией митоза закономерно уменьшается.

В связи с этим, исследовалась корреляционная зависимость этих процессов в клетках меристемы растений под влиянием воды ЕСР. Анализ показал, что существует прямая положительная корреляция между митотической активностью и частотой возникновения хромосомных перестроек в клетках меристемы придаточных корней при проращивании растений в воде ЕСР : в 1994 году г=—0.35+0.05 ( В > 0,999), в 1995 - г = + 0,52 ± 0,06 ( В > 0,999 ). Таким образом, вода ЕСР стимулирует высокую митотическую активность, что сопровождается усилением процессов мутагенеза на хромосомном уровне.

4. Сравнительный анафазный анализ частоты возникновения хромосомных, аберрации в клетках меристемы зародышевых корней Allium сера L и Vicia faba L

Анализ хромосомных перестроек у растений в большинстве случаев проводится на зародышевых корнях в первых митозах, однако, представляет интерес сравнение мутационных процессов в клетках меристемы на хромосомном уровне в процессе онтогенеза. Не у всех видов растений удается получить для такого сравнения большое количество придаточных корней. Вид Allium сера L лишен этого недостатка, что позволяет провести сравнение интенсивности мутационных процессов на хромосомном уровне в клетках меристемы зародышевых и придоточных корней под влиянием волы ЕСР.

Частота встречаемости хромосомных аберраций в анафазе в клетках меристемы зародышевых корней в 1995 году в зимне-весенний период составила 8,00 %-10% , в летне-осенний - до 12% - 14 % ( контроль - 3,00 % ), ( табл. 1 ), что,в среднем,составило 11 % против доли клеток с хромосомными аберрациями в меристеме придаточных корней растений - 27 % . Таким образом, в меристеме придаточных корней частота возникновения хромосомных аберраций в 5 - 7 раз больше, чем в клетках меристемы зародышевых корней, хотя эти результаты на разных уровнях в точности соответствуют по характеру своих изменений во времени друг другу. В 1996 году уровень хромосомной патологии в клетках меристемы зародышевых корней при анафазном анализе не изменился,по сравнению с 1995 годом. На фоне более низкой частоты встречаемости клеток с аберрациями хромосом в меристеме зародышевых корней не столь четко прослеживается сезонная динамика частоты возникновения хромосомных перестроек ( табл.1 ), поэтому, исследования структурных преобразований хромосом в ряде случаев целесообразнее проводить на клетках меристемы придаточных корней Allium сера L. Это дает более полную картину динамики мутационных процессов на хромосомном уровне.

Митотнческая активность клеток меристемы зародышевых корешков растений под влиянием воды ЕСР в 1995 году составила в зимне-весенний период 6,6 - 7,5 %, в летний период 5,5 -6.7 % ( контроль - 4,0 % ). В 1996 году этот показатель сннзился.по сравнению с 1995 годом,и составил весной - 5.4 - 6,3 % , летом - 6,7 % ( контроль 3,2 %

Таблица 1

Анафазный анализ частоты хромосомных аберраций в меристеме зародышевых корней лука под влиянием воды ЕСР

N Месяц Сумма клеток Доля клеток с абер- Ошибка С1 т с! В

1995 для анализа рациями хромосом доли тр

1 Январь 5 706 0,10 0,0034 0,07 0,0040 17,5 0,999

2 Февраль 5 576 0,14 0,0046 0,11 0,0050 22,0 0,999

3 Март 5 574 0,08 0.0036 0,05 0,0040 12,5 0,999

4 Май 5 200 0,13 0,0046 0,10 0,0050 20,0 0,999

5 Июнь 5 100 0,12 0,0045 0,09 0,0050 18,0 0,999

6 Июль 5 840 0,14 0,0045 0,11 0,0050 22,0 0,999

Среднее 5 499 0,11 0,0042 0,08 0,0046 18,6 0,999

Контроль 5216 0,03 0,0024

1996

1 Март 4 985 0,03 0,0024 0,01 0,0028 3,50 0,95

2 Май 5 100 0,12 0,0045 0,10 0,0047 21,7 0,999

3 Июнь 5 201 0,18 0,0053 0,16 0,0055 29,0 0,999

Среднее 5 095 0,11 0,0043 0,09 0,0046 10,5 0,999

Контроль 4 980 0,02 0,0019

%

январь февраль март май июнь июль сентябрь

Рис.2 Частота возникновния хромосомных аберраций в клетках меристемы зародышевых корней под влиянием воды ЕСР , 1995

), в то время как в клетках меристемы придаточных корней растений митотическая

активность составила 12 % ( 1994 г.) и 9,3 - 10 % ( 1995 г.). Таким образом,

митотическая активность клеток меристемы

придаточных корней в 2 - 3 раза выше, чем зародышевых корней. Установлена

прямая положительная корреляция между частотой возникновения хромосомных

аберраций в клетках меристемы придаточных и зародышевых корней лука : г = + 0,45 ±

0,11 при В > 0,999. Корреляционный анализ показал, что частота хромосомных

аберраций в клетках меристемы придаточных корней растении объективно отражает

частоту возникновения аберраций хромосом в клетках меристемы зародышевых корней

растений. Следовательно, экспресс-анализ при мониторинговых исследованиях

генетической активности сточных вод АГК целесообразнее проводить на придаточных

корнях Allium сера L, так как этот метод полнее отражает динамику сезонных

процессов. Частота возникновения перестроек хромосом в ктетках меристемы

зародышевых корней под влиянием воды ЕСР изучалась также на зародышевых корнях

Vicia faba L. Исследования показали,что частота возникновения хромосомных

аберраций в клетках меристемы зародышевых корешков Allium сера L и Vicia faba L в

целом, совпадает.В 1995 и 1996 гг. уровень патологии митоза в клетках апикальной

меристемы растений составил f в среднем, 11 % при В > 0.999 ( рис.2 ). Это дает

возможность судить об аналогии процессов, протекающих в клетках растений

независимо от выбора тест-объекта.

5. Анализ основных типов патологии митоза под влиянием вод емкости сезонного регулирования АГК

Все типы структурных преобразований хромосом в митозе в работе приведены в соответствие с общепринятой классификацией аберраций хромосом в клеточном цикле ( Лобашов , 1937; Ригер,Михаэлис, 1967; Алов, 1968.1972: Робертис,Новинский, Саэс,1973; Бочков,Демин, Лучкин. 1975 ; Дубинин, 1989.1990 и другие ).

В 1989 году вода емкости сезонного регулирования почти полностью блокировала деление клеток ( Козак,1990 ). Среди немногочисленных делящихся клеток со всевозможными типами патологии митоза обнаружено до 20 % в К -митозе(колхициновый митоз ) ( Ригер, Михаэлис, 1967 Шри К-мнтозе обнаружены комковатые метафазы и ,как следствие статмокинетического

эффекта ( ЗиЛтокшеве) физии, 1934 ) .обнаружен высокий процент полиплоидных и

аиэуплоидных клеток, а также высокий процент накопления метафаз. Кроме того, отмечены такие типы преобразований хромосом,как "мосты", хромосомные и хроматидные фрагменты,центрические и ацентрические кольца, "пульверизация" всего хромосомного комплекса, многочисленные транслокации, многополюсные митозы, микроядра.В 1990 году наряду с уже описанными типами патологии митоза появились новые: однополюсные митозы, обнаружено большое количество ( до 35 % ) сложных транслокаций в виде " звездчатых " фигур и " иероглифов ". В 1991-1993 гг. к уже имеющимся преобразованиям добавилось нарушение процесса спирализации хромосом в метафаза-анафазе, так называемый синдром истончения хромосом ( Ригер.Михаэлис, 1967 ).Таким образом, спектр хромосомных аберраций под влиянием воды ЕСР чрезвычайно высок и включает почти все извесные типы патологии митоза ( Робертис,Новинский, Саэс,1973;Дубинин, 1990) :

1. Патология, связанная с повреждением хромосом ;

2. Патология .связанная с повреждением митотического аппарата;

3. Полиплоидия и полная пульверизация хромосом.

В период наших исследований с 1994 по 1996 гг. вода ЕСР по-прежнему индуцировала высокую долю патологии митоза. Однако, в 1994 году впервые не был обнаружен к-митоз, значительно уменьшилась доля полиплоидных клеток ( до 0,4 % ), доля клеток со сложными транслокациями хромосом снизилась до 1,0%. Все это указывает на то,что в воде ЕСР уменьшилось содержание загрязнителей, способных вызывать статмокинетический эффект. Среди наиболее часто встречающихся типов хромосомных аберраций в настоящее время отмечены следующие: центрическиедицентрические,ацентрические фрагменты,хроматидные мосты ( по 1 -3 на клетку ), центрические и ацентрические кольца. Значительно реже встречается пульверизация всего хромосомного комплекса ( до 3 % )от общего числа клеток с нарушениями хромосом,синдром истончения хромосом (до 2,0 % ), а также отдельные многополюсные митозы. Несмотря на тенденцию снижения общего уровня патологии митоза в 1995-1996,по сравнению с 1994 годом,отмеченные в настоящее время типы

патологии митоза характеризуются уменьшением их разнообразия.Большую часть составляют хроматидные мосты ( 50 % от общего количества аберраций в анафазе ), центрические фрагменты ( 9,0 %),ацентрические фрагменты (14 % ),ацентрические кольца (8,0 % ), центрические кольца (2,0 % ). микрофрагменты ( 15 % ), дицентрические фрагменты ( 1,5 % ), преждевременное расхождение хромосом и отстование при расхождении их к полюсам - менее 0,5 %.

Показано,что вода ЕСР индуцирует одинаковый спектр структурных преобразований в клетках меристемы придаточных и зародышевых корней лука.а также характер их разнообразия не отличается у А. сера L и V. faba L. Следовательно,вода ЕСР несмотря на ее комплексную очистку .является источником генетической опасности для биологических объектов и вызывает множественные типы патологии митоза при контакте воды ЕСР с делящимися клетками.Этот факт дает основание считать,что необходимо полностью исключить фильтрацию сточных вод АГК в гидросферу бассейна реки Волги. С точки зрения охраны окружающей среды.предпочтительным вариантом является полная утилизация вод ЕСР на заводе. Только при этом условии можно исключить соприкосновение энгх вод с окружающей средой.

6. Сравнительный анализ структурных преобразований хромосом в клетках меристемы Allium сера L при проращивании луковиц в пробах воды рек бассейкв .Волги. ч

Приведенные выше методы тестирования генетически активных сточных вод ЕСР могут быть использованы для анализа состояния вод природных и любых искусственных водоемов. Наряду с изучением воздействия вод ЕСР на возникновение структурных преобразований хромосом, проводилась сравнительная оценка частоты хромосомных аберраций в клетках меристемы растений при проращивании их в пробах воды различных рек Астраханской области.Пробы воды были взяты из рек, находящихся в непосредственной близости он АГК - Ахтуба и Бузан, а также из рек, более удаленных от АГК - Кривая Болда и Волга ( центр города ).Параллельно проводилась оценка митотической активности клеток мернстемы.Наибольшую митотическую активность из исследуемых рек индуцирозала вода реки Бузан ( Ml = 9.0 % )и реки Ахтуба(7.0 %). Эти показатели вдвое превышают значения контрольных

%

контроль Кривая Волга Ахтуба Бузан ЕСР

Болда

Рис.3 Митотическая активность и доля патологии митоза в анафазе в клетках меристемы при проращивании луковиц Allium сера L в воде различных рек, 1994

■Доля хромосом с аберрациями

■ Митотическая активность

вариантов. Более высокие митотические показатели митотнческой активности клеток под влиянием рек Ахтубы и Бузана пропорционально взаимосвязаны с достаточно высокой частотой возникновения хромосомных аберраций в клетках

меристемы растений .проращиваемых в пробах воды этих рек. Частота встречаемости клеток с аномалиями хромосом в анафазе под влиянием рек Ахтуба и Бузан составила 18 % и 35% соответственно;при В > 0,999. (рис. 3 ). Пробы из рек более удаченных от АГК - Кривая Болда и Волга ( центр ) при проращивании в них растений индуцировали значительно меньшую частоту возникновения хромосомных перестроек в делящихся клетках- 4,0% и 10 % соответственно; при В>0,999. Таким образом обнаружено, что вода реки Кривая Болда в период наших исследований обладала наименьшей мутагенной активностью,по сревнению с другими исследуемыми реками. Это позволяет говорить о Кривой Болде в данный период исследования , как о одной из чистых рек Астраханской области.

Высокая митотическая активность и высокий уровень частоты встречаемости клеток с аберрациями хромосом в меристеме растений,проращиваемых в воде Ахтуба и Бузан дает основание предположить,что в числе других причин не исключна возможность влияния АГК через грунтовые воды на состояние рек,находящихся в непосредственной близости от территории завода. Однако,этот факт требует дальнейшего внимательного изучения.

ВЫВОДЫ

1. Сточные воды Астраханского газового комплекса индуцируют широкий спектр хромосомной патологии в клетках придаточных и зародышевых корней. Структурные аберрации хромосом отмечены уже в первых митозах в клетках меристемы зародышевых корней растений.

2. Наблюдается совпадение частоты и динамики структурных преобразований хромосом в клетках зародышевых корней Vicia faba L и Allium сера L . что дает возможность судить об аналогии мутационных процессов, протекающих в клетках независимо от выбора растительного объекта.. В клетках меристемы зародышевых

корней растений не столь четко прослеживается сезонная динамика интенсивности мутационных процессов на хромосомном уровне.

3. В меристеме придаточных корней растений на фоне более высокого уровня патологии митоза выявляется достаточно четкая сезонная динамика частоты возникновения хромосомных перестроек под влиянием воды ЕСР.Поэтому, мониторинговые исследования целесообразнее проводить нд придаточнвых корнях А. сера L.

4. На фоне общей высокой частоты возникновения структурных перестроек хромосом в 1995 году наметилась четкая тенденция снижения уровня мутагенности сточных вод ЕСР.

5. Существует прямая положительная корреляция между митотнческой активностью клеток корневой меристемы и интенсивностью мутационных процессов на хромосомном уровне.Поэтоту, высота митотических индексов может быть использована в качестве первичного индикатора генетической активности сточных вод АГК.

6. Сточные воды АГК угнетают процессы корнеобразования у растений и скорость их роста.

7. В целях охраны окружающей среды уникального природного комплекса дельты Волги необходимо исключить возможность попадания высокомутагенных сточных вод ЕСР в гидросферу,так как фильтрация этих вол в грунтовые воды может привести в будущем к изменению генетической структуры популяций и деградации природных фитоценозов.

Список работ,опубликованных по теме диссертации

1. Цитогенетичсские аспекты воздействия атмосферных осадков г.Астрахани. // Тезисы докладов итоговой научной конференции АГПИ. Астрахань, 1994,с.30 ( Соавторы - Козак М.Ф., Шерпшева 'Г.Г.,Карпенко 11.II.)

2. Исследование динамики хромосомных аберраций в меристеме корня Allium сера L методом анафазного анализа. // Тезисы докладов итоговой научной конференции ЛП1И,Лстрахаш.,1995,с.35 ( Соавторы - Козак М.Ф.,П1сршнева Т.Л..Карпснко II.II. )

3. Исследование антимутагенных свойств растительных препаратов // Там же,с. 38 ( Соавтор - Козак М.Ф. )

4. Использование анафазного анализа для умета частоты аномалий хромосом в митозе под влиянием биологически очищенных вод Лксарайского промузла /У Ученые записки ЛГПИ, Астрахань. 1996 ( Соавтор - Козак М.Ф.) ( в печати )

5. Динамика возникновения хромосомных аберраций в клетках апикальной меристемы зародышевых и придаточных корней растений под влиянием воды емкости сезонного регулирования АГК // Тезисы научно-практической конференции АГПИ,Астрахань, 1996.С. 28 ( Соавтор - Козак М.Ф.)

6. Особенности развития корневой системы растений в воде емкости сезонного регулирования Астраханского газового комплекса // Там же .с. 26 ( Соавторы - Косова С.П., Головизина О.М.. Сутырпна Е.В.)

7. Патология митоза под влиянием биологически очищенных сточных вод Астраханского газового комплекса // Там же, с. 25

8. Хромосомные аберрации в клетках меристемы зародышевых и придаточных корней лука под влиянием сточных вод АГПЗ // Тезисы научной конференции по эколого-биологи.ческнм проблемам Волжского региона и Северного Прлкаспня, Астрахань,1996,с.48 ( Соавтор - Козак М.Ф.)

9. Общая характеристика типов патологии митоза под влиянием воды емкости сезонного регулирования Астраханского газового комплекса .7 Так же . с.51 ( Соавтор -Козак М.Ф.)

10. Динамика частоты возникновения хромосомных перестроек в корневой меристеме лука под влиянием биологически очищенных сточных вод Лксарайского промузла // Ученые записки АП1У, Астрахань .1996 ( Соавтор - Козак М.Ф. ) ( в печати )