В настоящее время на территории Республики Мордовия не осталось ни одного водоема, сохранившего чистоту, все они характеризуются высоким уровнем загрязнения [1-3]. Oсобенно остро подвергнуты антропогенному влиянию водоемы, расположенные в г. Саранске, где сконцентрированы большие промышленные компании, которые являются основными источниками загрязнения окружающей среды города. Использование метода биоиндикации и цитогенетических методов исследования поможет решить сложную проблему определения суммарного действия присутствующих в воде мутагенов и промутагенов на биоту [4; 5].

Целью настоящей работы является исследование генотоксического воздействия суммарного загрязнения вод закрытых водоемов г. Саранска.

Материалы и методы исследования

Забор воды проводился с трех закрытых водоемов г. Саранска (табл. 1).

Таблица 1

Варианты опыта

Водоемы Стадион Старт, Лесное озеро, Луховский пруд являются местами отдыха населения и наиболее посещаемы в пределах города Саранск. На данных водоемах ежегодно перед началом купального сезона ведется наблюдение за санитарно-гигиеническим состоянием воды и пляжей [6]. В связи с высокой популярностью у горожан и снижением естественной устойчивости природных комплексов здесь необходимо проводить ежегодные мероприятия по улучшению экологической обстановки.

В качестве тест-объекта в данной работе использовали лук-батун Allium fistulosum L. [7; 8]. Для определения митотической активности и анализа спектра аберраций готовили давленные ацетокарминовые препараты по методике Паушевой [9].

Статистическую обработку результатов проводили стандартными методами вариационной статистики. Полученные данные обрабатывали методом вариационной статистики с применением программ Stat2, Fstat.

Результаты исследований и их обсуждение

Нами было исследовано влияние воды в закрытых водоемах на всхожесть семян A. fistulosum (рис. 1).

Всхожесть семян лука в сентябре – ноябре 2016 г. составила в контроле 69,2 ±0,03%. Наибольшая всхожесть семян наблюдалась в воде из Лесного озера и составила 65,8 ± 0,02%, наименьшая в воде из пруда Стадион Старт – 56,2 ± 0,02%, это почти на 10% ниже контроля, а в воде из Луховского пруда составила 61,3 ± 0,06%.

В контроле всхожесть семян лука в декабре – феврале 2016–2017 гг. составила 73,2 ± 0,05%. Наибольшая всхожесть наблюдалась в воде из Лесного озера и составила 71,1± 0,04%, наименьшая в воде из пруда Стадион Старт – 60,3 ± 0,06%, а в воде из Луховского пруда сoставила 63,2 ± 0,05%.

Всхожесть семян лука в марте – мае 2017 г. составила в контроле 75,1 ± 0,02%. Наибольшая всхожесть семян наблюдалась в воде из Лесного озера и составила 73,1 ± 0,01%, наименьшая в воде из пруда Стадион Старт – 62,3 ± 0,02%, а в вoде из Луховского пруда составила 64,2 ± 0,03%.

Рис. 1. Всхожесть семян Allium fistulosum L. при проращивании в воде закрытых водоемов г. Саранска

Всхожесть семян A. fistulosum в июне 2017 г. в контроле составила 68,1 ± 0,04%. Наибольшая всхожесть семян наблюдалась в воде из Лесного озера и составила 67,1 ± 0,03%, наименьшая в вoде из пруда Стадион Старт - 50,4 ± 0,02%, а в воде из Луховского пруда – 58,1 ± 0,04%.

Всхожесть семян A. fistulosum в июле 2017 года составила в контроле 65,3 ± 0,04%. Наибольшая всхoжесть семян наблюдалась в воде из Лесного озера – 62,4 ± 0,01%, наименьшая в воде из пруда Стадион Старт – 47,1 ± 0,07%, а в воде из Луховского пруда – 55,3 ± 0,04%.

Всхожесть семян A. fistulosum в августе 2017 г. составила в контроле 67,2 ± 0,01%. Наибольшая всхожесть семян наблюдалась в воде из Лесного озера и составила 64,3 ± 0,04%, наименьшая в воде из пруда Стадион Старт – 49,1 ± 0,01%, а в воде из Луховского пруда – 59,1 ± 0,04%.

Вода закрытых водоемов г. Саранска обладает митотоксической активностью (рис. 2).

Митотический индекс клеток апикальной меристемы A. fistulosum осенью (сентябрь – ноябрь) 2016 г. в контроле составила 9,17 ± 2,60%. Наибольшая митотическая активность клеток наблюдалась в пробе воды, взятой из Лесного озера, и составила 7,73 ± 0,23%, наименьшая в воде из пруда Стадион Старт – 4,30 ± 0,56%, а в воде из Луховского пруда - 6,13 ± 0,27%.

Рис. 2. Митотический индекс клеток апикальной меристемы A. fistulosum (сентябрь – август) 2016–2017 гг.

Зимой (декабрь – февраль) 2016–2017 гг. величина митотического индекса клеток в контроле составила 22,07 ± 2,92%. Митотический индекс во всех участках реки уменьшался по сравнению с контролем, наибольшее понижение наблюдалось в воде из пруда Стадион Старт, митотическая активность клеток в данном варианте опыта понижалась на 25% по сравнению с контролем.

Величина митотического индекса клеток апикальной меристемы лука весной (март – май) 2017 г. составила в контроле 18,23 ± 0,04%. Наименьшая митотическая активность клетoк по сравнению с контролем наблюдалась в воде из пруда Стадион Старт и составила 9,93 ± 0,40%.

Митотическая активность клеток апикальной меристемы лука в июне 2017 г. в контроле составила 10,01 ± 0,02%. Наибольшая митотическая активность клеток наблюдалась в воде из Лесного озера – 9,03 ± 0,07%, наименьшая в воде из пруда Стадион Старт – 5,26 ± 0,45%, а в воде из Луховского пруда – 6,9 ± 0,13%.

В июле 2017 г. величина митотической активности клеток A. cepa в контроле составляла 10,18 ± 0,04%. Наибольшее понижение митотического индекса наблюдалось в воде из пруда Стадион Старт. Митотическая активность клеток в четвертом варианте опыта уменьшалась на 20%, в третьем варианте – на 12%, во втором варианте – на 7% по сравнению с контролем.

Величина митотического индекса клеток апикальной меристемы лука в августе 2017 г. в контроле составила 12,60 ± 0,04%. Наибольшее понижение митотической активности клеток наблюдалось в воде из пруда Стадион Старт и составило 7,20 ± 0,55% – это на 15% ниже, чем в контроле.

Анализ результатов эксперимента пo индукции хромосомных аберраций воды закрытых водоемов показал, что вода индуцирует хромосомные аберрации с разной частотой (рис. 3). Во всех вариантах опыта в контроле клетки с хромосомными аберрациями отсутствовали.

Рис. 3. Частота хромосомных аберраций в клетках корневой меристемы Allium fistulosum L.

Наибольшая частота хромосомных нарушений в клетках апикальной меристемы А. fistulosum за сентябрь - ноябрь 2016 г. наблюдалась в пробах воды, взятой из пруда Стадиона Стар, и составила – 1,16 ± 0,03%, наименьшая в воде из Лесного озера – 0,43 ± 0,01%, в третьем варианте опыта – 0,85 ± 0,03%. Преобладают в этот период одиночные фрагменты, мосты и неклассифицированные аномалии.

За декабрь – февраль 2016–2017 гг. наибольший выход аберрантных клеток наблюдался в четвертом варианте опыта и составил 0,98 ± 0,04%, наименьший во втором варианте опыта – 0,70 ± 0,04%, в третьем варианте опыта – 0,87 ± 0,09%. Преобладают в этот период одиночные фрагменты (рис. 4) и неклассифицированные аномалии. Для А. fistulosum во втором и четвертом вариантах опыта встречались клетки с одиночными фрагментами, мостами и неклассифицированными аберрациями, в третьем варианте опыта – клетки с одиночными и двойными фрагментами, мостами и неклассифицированными аномалиями.

Рис. 4. Клетка А. fistulosum с одиночным фрагментом

За март – май 2017 г. наибольший эффект по тесту хромосомных аберраций наблюдался для А. fistulosum в четвертом варианте опыта и составил – 0,93 ± 0,16%, наименьший во втором варианте опыта – 0,17 ± 0,08%, в третьем варианте опыта – 0,70 ± 0,08%. В этот период преобладают хромосомные аберрации с одиночными фрагментами, мостами (рис. 5) и неклассифицированными аномалиями.

Рис. 5. Клетка А. fistulosum с одиночным мостом

Наибольший выход хромосомных аберраций за июнь 2017 г. наблюдался для А. fistulosum в четвертом варианте опыта и составил 1,70 ± 0,37%, наименьший во втором варианте опыта – 0,63 ± 0,11%, в третьем варианте опыта – 1,03 ± 0,11%. Преобладающим типом хромосомных аберраций в этот период являются одиночные фрагменты и неклассифицированные аномалии.

Частота и поврежденнoсть клеток за июль 2017 г. представлены в таблице 2.

Таблица 2

Частота хромосомных аберраций А. fistulosum, индуцированных водой закрытых водоемов в пробе за июль 2017 г.

При проведении цитогенетического анализа нами выяснено, что наибольший выход аберрантных клеток наблюдался в четвертом варианте опыта и составил 2,13 ± 0,29%. Во втором и третьем вариантах опыта число хромосомных аберраций понижалось, причем это явление наиболее выражено во втором варианте опыта. Преобладающим типом хромосомных аберраций в этот период являются одиночные фрагменты, мосты и неклассифицированные аберрации.

За август 2017 г. наибольший эффект по тесту хромосомных аберраций наблюдался для А. fistulosum в четвертом варианте oпыта и составил 1,50 ± 0,12%, наименьший во втором варианте опыта – 0,53 ± 0,11%, в третьем варианте опыта – 0,93 ± 0,18%. В данный период встречались все типы хромосомных аберраций: одиночные и двойные фрагменты, мосты и неклассифицированные аберрации.

Заключение

Цитогенетический анализ на растительном тест-объекте показал, что вода из закрытых водоемов обладает выраженными, зафиксированными в каждый месяц года, мутагенным и токсическим эффектами, что связано с понижением всхожести семян A. fistulosum, прoлиферативной активности клеток лука и повреждением чаще всего не одной, а нескольких хромосом одновременнo. Максимальный мутагенный и токсический эффекты зафиксированы в летний и осенний периоды в воде из пруда Стадион Старт, минимальный – весной в воде из Лесного озера. Полученные результаты исследования могут быть использованы для принятия практических мер регионального характера при решении вопроса о допустимости разрешения купания в летний период в закрытых водоемах г. Саранска.