Хорошим показателем загрязнения среды может служить повышенная концентрация поллютантов в клетках живых организмов.
Цель исследования: изучить токсичность тканевых соков P. major L. и P. media L., обусловленную аккумуляцией тяжелых металлов, на биологические объекты (корневые меристемы лука репчатого Allium cepa L.)
Материал и методы исследования
В шести районах города Тобольска с учетом близости удаленности от центра города основных промышленных объектов и автомагистралей, были подобраны по одному типичному для района города участку с различной степенью антропогенной нагрузки от малозначимой (участок № 3) до сильной (участок № 1).
Свежий сок из тканей листьев и корней Plantago major L.и Plantago media L., собранных на перечисленных выше участках, разводили спиртом (96%) и дистиллированной водой до нужной концентрации. Оптимальное увлажнение достигалось при прибавлении в чашку 5 мл исследуемого раствора. В качестве исследуемого фактора брали спиртовую вытяжку сока корней Plantago major L. и Plantago media L. разной концентрации (0,5 %, 1%, 5,0%) из тканей растений модельных участков 1- 6. После этого высевали семена Allium cepa L. по 20 штук в 3 чашки на вариант. Эксперимент проводился по стандартной ацетоорсеиновой методике [4]. Корешки лука извлекали из экстракта и фиксировали в уксусном алкоголе (спирт 3 части и ледяная уксусная кислота 1 часть), после чего промывали вначале разведенной в воде соляной кислотой (1 часть кислоты и 1 часть воды), затем окрашивали 2 %-ным раствором ацетоорсеина (5-10 капель на 10 мл ледяной уксусной кислоты). В ходе работы поставлено 12 серий опытов, в которых использовано 2160 семян Allium cepa L.
Результаты исследований и их обсуждение
В процессе эксперимента фиксировали частоту аномальных и нормальных митозов в клетках корневых меристем лука репчатого (Allium cepa L.). В опытных вариантах, где семена Allium cepa L. были подвержены воздействию 0,5%-ным раствором сока из листьев Plantago major L., зарегистрированы следующие результаты. Число аномальных митозов контрольного модельного участка №3 равно 162. Это больше, чем на участках с антропогенной нагрузкой №1 (337), № 2 (649) и № 4 (299) (табл.1).
Таблица 1
Частота аномальных митозов в клетках корневой меристемы Allium cepa L., обработанной экстрактами P. major L., произрастающего на разных участках г. Тобольска, n=20
|
Модельный участок |
Концентрация,% |
Всего митозов, шт. |
Число аномальных митозов, % |
|
|
шт. |
%±m % |
|||
|
ТНХК |
0,5 |
1080 |
337 |
31,20±2,52* |
|
ТГМЗ |
0,5 |
1820 |
649 |
35,66±1,88* |
|
Контроль |
0,5 |
1603 |
162 |
10,11±2,37 |
|
ТЗЖБИ |
0,5 |
1540 |
299 |
19,42±2,29* |
|
Никольский взвоз |
0,5 |
1024 |
281 |
27,44±2,66* |
|
9 мик-он |
0,5 |
1214 |
337 |
27,26±2,44* |
|
ТНХК |
1,0 |
1115 |
362 |
32,47±2,46* |
|
ТГМЗ |
1,0 |
1314 |
388 |
29,53±2,32* |
|
Контроль |
1,0 |
1420 |
98 |
16,90±3,79 |
|
ТЗЖБИ |
1,0 |
1243 |
272 |
21,89±2,51 |
|
Никольский взвоз |
1,0 |
963 |
211 |
21,91±2,85 |
|
9 мик-он |
1,0 |
1017 |
224 |
22,03±2,77 |
|
ТНХК |
5,0 |
1013 |
412 |
40,67±2,42* |
|
ТГМЗ |
5,0 |
1120 |
545 |
48,66±2,14* |
|
Контроль |
5,0 |
1036 |
45 |
14,34±5,22 |
|
ТЗЖБИ |
5,0 |
1151 |
493 |
42,83±2,23* |
|
Никольский взвоз |
5,0 |
1020 |
289 |
28,85±2,67* |
|
9 мик-он |
5,0 |
1056 |
274 |
25,95±2,65 |
Примечание: * - различия с контролем достоверны на уровне Р < 0,05
В таблице 2 приведены показатели, характеризующие влияние растворов сока растения Plantago major L. на число нормальных митозов в клетках корневых меристем Allium cepa L. Самая низкая (0,5%) концентрация оказывала стимулирующее действие на всхожесть семян, высокие дозы угнетающе действовали на всхожесть. При концентрации раствора 5% , видим следующие результаты: № 3 (контроль) - 991; №1 - 601; № 2 - 575; №4 - 658 номальных митозов.
Таблица 2
Частота нормальных митозов в клетках корневой меристемы Allium cepa L., обработанной экстрактами P. major L., произрастающего в разных районах г. Тобольска, n= 20
|
Модельный участок |
Концентрация,% |
Всего митозов, шт. |
Число нормальных митозов, % |
|
|
шт. |
%±m % |
|||
|
ТНХК |
0,5 |
1080 |
743 |
68,80±1,70* |
|
ТГМЗ |
0,5 |
1820 |
1171 |
64,34±1,40* |
|
Контроль |
0,5 |
1603 |
1441 |
89,89±0,79* |
|
ТЗЖБИ |
0,5 |
1540 |
1241 |
80,58±1,12 |
|
Никольский взвоз |
0,5 |
1024 |
743 |
72,56±1,64* |
|
9 мик-он |
0,5 |
1214 |
877 |
72,24±1,51* |
|
ТНХК |
1,0 |
1115 |
753 |
67,53±1,71* |
|
ТГМЗ |
1,0 |
1314 |
926 |
70,47±1,50* |
|
Контроль |
1,0 |
1420 |
1322 |
93,10±0,70 |
|
ТЗЖБИ |
1,0 |
1243 |
971 |
78,11±1,33* |
|
Никольский взвоз |
1,0 |
963 |
752 |
78,09±1,51* |
|
9 мик-он |
1,0 |
1017 |
793 |
77,97±1,47* |
|
ТНХК |
5,0 |
1013 |
601 |
59,33±2,00* |
|
ТГМЗ |
5,0 |
1120 |
575 |
51,34±2,08* |
|
Контроль |
5,0 |
1036 |
991 |
95,66±0,65 |
|
ТЗЖБИ |
5,0 |
1151 |
658 |
57,17±1,93* |
|
Никольский взвоз |
5,0 |
1020 |
713 |
71,15±1,70* |
|
9 мик-он |
5,0 |
1056 |
782 |
74,05±1,57* |
Примечание: * - различия с контролем достоверны на уровне Р < 0,05
Результаты проведенных опытов с экстрактом Plantago media L. показали, что даже в самой низкой 0,5% концентрации сок из растения Plantago media L. оказывал значимое влияние на клетки растений (табл. 3). При действии 0,5% концентрации раствора число аномальных митозов в клетках Allium cepa L. модельного участка №3 равно 56 шт., этот показатель значительно ниже, чем на участке №1 (369 шт.).
Таблица 3
Частота аномальных митозов в клетках корневой меристемы Allium cepa L., обработанной экстрактами P. mеdia L., произрастающего на разных участках г. Тобольска, n=20
|
Модельный участок |
Концентрация,% |
Всего митозов, шт. |
Число аномальных митозов, % |
|
|
шт. |
%±m % |
|||
|
ТНХК |
0,5 |
915 |
369 |
40.33±2.55* |
|
ТГМЗ |
0,5 |
918 |
295 |
32.15±2.72* |
|
Контроль |
0,5 |
1012 |
56 |
5.53±0.71 |
|
ТЗЖБИ |
0,5 |
952 |
137 |
14,39±2.99* |
|
Никольский взвоз |
0,5 |
948 |
127 |
13.40±3.02* |
|
9 мик-он |
0,5 |
946 |
161 |
17.01±2.96* |
|
ТНХК |
1,0 |
874 |
242 |
27.69±1.52* |
|
ТГМЗ |
1,0 |
892 |
198 |
22.20±2.95* |
|
Контроль |
1,0 |
873 |
71 |
8.13±3.24 |
|
ТЗЖБИ |
1,0 |
963 |
346 |
35.93±2.58* |
|
Никольский взвоз |
1,0 |
896 |
82 |
9.15±3.18 |
|
9 мик-он |
1,0 |
925 |
126 |
13.62±3.06 |
|
ТНХК |
5,0 |
771 |
257 |
33.33±2.94* |
|
ТГМЗ |
5,0 |
954 |
240 |
25.16±2.80* |
|
Контроль |
5,0 |
1002 |
88 |
8.78±3.02 |
|
ТЗЖБИ |
5,0 |
915 |
192 |
20.98±2.94* |
|
Никольский взвоз |
5,0 |
879 |
83 |
9.44±3.21 |
|
9 мик-он |
5,0 |
973 |
172 |
17.68±2.91* |
Примечание: * - различия с контролем достоверны на уровне Р < 0,05
Анализ результатов действия экстракта показал, что на участках с наибольшей антропогенной нагрузкой происходило уменьшение доли нормальных митозов (табл. 4). Сопоставление этих данных с данными таблицы 3 позволяет увидеть, что в целом число нормальных митозов в клетках Allium cepa L. выше, чем число аномальных. Это связано с тем, что в результате загрязнения менялась концентрация тяжелых металлов в тканях растений.
Таблица 4
Частота нормальных митозов в клетках корневой меристемы Allium cepa L., обработанной экстрактами P. mеdia L., произрастающего на разных участках г. Тобольска, n=20
|
Модельный участок |
Концентрация,% |
Всего митозов, шт. |
Число нормальных митозов, % |
|
|
шт. |
%±m % |
|||
|
ТНХК |
0,5 |
915 |
546 |
59,67±2,22* |
|
ТГМЗ |
0,5 |
918 |
623 |
67,86±1,87* |
|
Контроль |
0,5 |
952 |
815 |
85,61±1,23 |
|
ТЗЖБИ |
0,5 |
1012 |
956 |
94,46±0,74* |
|
Никольский взвоз |
0,5 |
948 |
821 |
86,60±1,19 |
|
9 мик-он |
0,5 |
946 |
785 |
82,98±1,34 |
|
ТНХК |
1,0 |
874 |
632 |
72,31±1,78* |
|
ТГМЗ |
1,0 |
892 |
694 |
77,80±1,58* |
|
Контроль |
1,0 |
873 |
802 |
91,87±0,97 |
|
ТЗЖБИ |
1,0 |
963 |
617 |
64,07±1,93* |
|
Никольский взвоз |
1,0 |
896 |
814 |
90,85±1,01 |
|
9 мик-он |
1,0 |
925 |
799 |
86,38±1,21* |
|
ТНХК |
5,0 |
771 |
514 |
66,67±2,08* |
|
ТГМЗ |
5,0 |
954 |
714 |
74,84±1,62* |
|
Контроль |
5,0 |
1002 |
914 |
91,22±0,94 |
|
ТЗЖБИ |
5,0 |
915 |
723 |
79,02±1,51* |
|
Никольский взвоз |
5,0 |
879 |
796 |
90,55±1,04 |
|
9 мик-он |
5,0 |
973 |
801 |
82,32±1,34* |
Примечание: * - различия с контролем достоверны на уровне Р < 0,05
Выводы
При воздействии экстракта подорожников разной концентрации (0,5 %, 1%, 5,0%), взятых из участков с высокой степенью загрязнения, на клетки корневой меристемы лука репчатого обнаружено увеличение количества аномальных митозов (19,42 - 48,66% P. major L; 13,40 - 40,33% P. media L.) по сравнению с контролем (5,53-8,78% P. major L.; 10,11-16,90% P. media L.). Таким образом, прослеживалась закономерность: чем выше степень загрязнения, тем больше накапливалось тяжелых металлов в наблюдаемых растениях, что вызывало увеличение количества аномальных митозов.
В дальнейшем представляется важным провести сравнение информативной ценности данных, полученных с помощью разных биообъектов, сопоставить особенности их изменений в условиях интенсивного антропогенного воздействия на экосистемы.
Рецензенты:
Харитонцев Б.С., д.б.н., профессор кафедры Биологии и МПБ Филиала ФГБОУ ВПО ТюмГУ в г. Тобольске, г. Тобольск;
Тестов Б.В., д.б.н., профессор, зав. лабораторией Радиоэкологии ТКНС УрО РАН, г. Тобольск.