ГЕНОТОКСИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В СИСТЕМЕ «ПОЧВА-РАСТЕНИЯ»

Агаджанян Эвелина Артемовна

канд. биол. наук, ст. науч. сотр. лаборатории общей биологии, подгруппа цитогенетики, ЕГУ г. Ереван

Атоянц Анаит Леоновна

канд. биол. наук, науч. сотр. лаборатории общей биологии, подгруппа цитогенетики, ЕГУ г. Ереван

Авалян Римма Эдуардовна

канд. биол. наук, науч. сотр. лаборатории общей биологии, подгруппа цитогенетики, ЕГУ г. Ереван

Варжапетян Анна Сааковна

ст. лаборант ,Лаборатория общей биологии, подгруппа цитогенетики, ЕГУ г. Ереван

Арутюнян Рубен Михайлович

чл.-кор. АН Армении, профессор, заведующий кафедрой генетики и цитологии, биологический факультет, ЕГУ г. Ереван

Е-mail: a.atoyants@rambler.ru

Среди многочисленных загрязнителей окружающей среды особое место занимают тяжелые металлы (ТМ), которые принадлежат к биологически стабильному ряду микроэлементов, большинство из которых являются мощными техногенными стрессорами в городских экосистемах [2, 4]. В связи с тем, что факторы внешней среды сильно влияют на миграцию и трансформацию ТМ в почве и растениях, достаточно трудно установить степень и величину фитотоксичности металлов в системе почва-растение [1, 2].

Целью данной работы явилось изучение мутагенности и кластогенности образцов почв из некоторых районов г. Еревана, с учетом содержания в них ТМ, на основе изучения индукции мутаций в растительной тест-системе традесканции (клон 02), обладающей высокой чувствительностью даже к низким концентрациям ксенобиотиков.

Материал и методика.Использовали клон02 традесканции, гетерозиготный по окраске цветка, для выявления как соматических генных мутаций — рецессивных (розовых — РМС) и генетически неопределенных (белых — БМС) мутационных событий в волосках тычиночных нитей (ВТН) традесканции, так и для нарушений процесса микроспорогенеза в тетрадах микроспор с образованием микроядер (МЯ).

Объектами исследования служили пробы почв г. Еревана из районов с разным уровнем техногенного загрязнения ТМ: 1. перекресток ул. Саят-Нова и Абовяна; 2. перекресток пр. Г. Нжде и Аршакунянца (к/т «Айреник»); 3. ул. Арагаци (вблизи Ереванского озера); 4. ул. Себастия (ресторан «Парвана»); 5. Давидашен-Зовуни (ущелье р. Раздан); 6. Канакераван (р. Раздан); 7.перекресток ул. Ачаряна им. Баграмяна (Аван); 8. ул. Давид Беки (телевышка); 9. оз. Аргишти (Эребуни). В качестве условно фонового (контроль) был взят образец из теплицы ЕГУ. С исследуемых участков образцы почв были отобраны с глубины до 10 см. Опытные растения выращивались непосредственно в исследуемых почвенных образцах в комнатных условиях. Полив производился дистиллированной водой.

Для применения теста Трад-ВТН расчеты мутационных событий (РМС и БМС) в ВТН, а также некоторых морфологических изменений цветка, проводились в расчете на 1000 волосков [5]. В каждой пробы анализировали 11—16 тыс. ВТН.

Для применения теста Трад-МЯ, цветочные бутоны фиксировались в ацеталкоголе (3:1), готовились временные ацетокарминовые препараты и анализировали тетрады микроспор, в среднем по 100 тетрад [6]. Для каждого варианта рассматривалось по 3000 тетрад.

Были определены концентрации некоторых ТМ (Pb, Cu, Mo, Zn, Ni, Ag) методом атомно-абсорбционной спектроскопии. С целью выявления степени аккумуляции исследуемых ТМ в фитомассе традесканции был проведен зольный химический анализ надземных частей растения и вычислен коэффициент биологического поглощения (КБП).

Полученные по двум тестам результаты статистически обрабатывали с использованием t—критерия Стьюдента.

Результаты и обсуждение. Экспериментальные данные показали, что все изученные образцы почв вызывают достоверное повышение частоты соматических мутаций в Трад-ВТН (как РМС, так и БМС) по сравнению с контролем. Наивысший уровень частоты РМС наблюдался в образцах почв 1, 4, 5 и 7, превышая контрольный уровень в 2—3 раза. Высокий уровень частоты БМС был отмечен в вариантах 5 и 8. (табл. 1). Наряду с мутационными нарушениями в ВТН традесканции во всех вариантах отмечались и морфологические изменения, из которых наиболее распространенными являлись разветвленные, оканчивающиеся двойными, тройными клетками и невыжившие волоски. Максимальный уровень морфологических изменений наблюдался в образце 8. Образец 4,отличался также и по уменьшению числа тычинок.

По данным теста Трад-МЯ, все изученные почвенные образцы индуцировали высокий уровень по обоим критериям (процент тетрад с микроядрами и частота образования микроядер в тетрадах), в сравнении с контролем. Максимальная индукция МЯ была выявлена в образцах 4, 5 и 9, где их значения превышали контрольный уровень в 3—4 раза (табл. 1).

Качественные геохимические ряды были построены со средним содержанием ТМ, путем нормирования элементов в почвах по усредненному ПДК, взятым из литературы [2], а также рассчитан суммарный показатель их концентрации (СПК- сумма нормирования по фону содержания) (табл. 2). Полученные геохимические ряды позволили выделить доминантные загрязнители, а также определить долю каждого металла в общей сумме загрязнения.

Таблица 1.

Индукция мутационных событий в клоне 02 традесканции исследуемыми образцами почв

* — p<0.05, ** — p<0.01, *** — p<0.001

Таблица 2

Геохимические ряды и суммарный показатель концентрации (СПК) тяжелых металлов в образцах почв г. Еревана

(в скобках приведены концентрации относительно к средней ПДК)

Одновременно был проведен зольный химический анализ надземных частей растений традесканции для выявления степени интенсивности поглощения ТМ из изученных образцов почв в системе почва-растение. Полученные данные по коэффициенту биологического поглощения (КБП) металлов показали, что Cu и Zn практически не аккумулируются в вегетативных органах, но захватываются растениями, в то время как Mo накапливается в надземных частях растений традесканции. Было установлено, что, по величине КБП тяжелые металлы расположились в следующий ряд: Cu,Zn<Ni<Pb<Ag<Mo. Таким образом, при выявлении интенсивности поглощения ТМ из почвы растением традесканции по величине КБП показано, что традесканция в качестве тест-объекта способна накапливать Mo. Аналогичные данные были получены нами и ранее [3].

Как общую закономерность следует отметить, что все образцы почв имеют генотоксический эффект при учете как всех соматических мутаций в ВТН, так и обоих критериев МЯ в спорогенных клетках традесканции. Эта тенденция максимально выражена, особенно в вариантах 4 и 5 (табл. 1). Корреляционный анализ полученных данных по исследуемым почвенным образцам показал положительную связь между уровнем РМС и частотой МЯ (r=0,77, при p<0,001), а также — между РМС и БМС (r=0,45, при р<0,05 ).

Таким образом, применение традесканции в качестве тест-объекта позволяет дать адекватную оценку техногенного загрязнения городских территорий. Для более корректной оценки полученных результатов необходимо провести более детальные исследования с учетом дополнительных факторов.

Список литературы:

1. Агаджанян Э.А., Атоянц А.Л., Варжапетян А.С., Авалян Р.Э., Арутюнян Р.М. Оценка загрязненности почв г. Еревана тяжелыми металлами с применением традесканции (клон 02) // Учен.записки ЕГУ.— 2011. — N 1. с. 44—48.
2. Алексеев Ю.В. Тяжелые металлы в почвах и растениях. Агропромиздат. 1989. — 142 с.
3. Атоянц А.Л., Сукиасян А.Р., Агаджанян Э.А. и др. Применение растительных тест-объектов традесканции (клон 02) и полыни горькой для оценки генотоксичности почв и их загрязненности тяжелыми металлами // Биол.журн.Армении. — 2009. — N 4. С. 51—55.
4. Черникова В.А. и Чекереса А.И. Агроэкология. М.: «Колос», 2000.
5. Ma T.H., Cabrera G.L. et al. Tradescantia stamen hair mutation biossay // Mutat. Research. — 1994. — v. 310. p. 211—220.
6. Ma T.H., Cabrera G.L. et al Tradescantia micronucleus biossay // Mutat. Research. —1994. —v. 310. p. 220—230.