Временная динамика мутагенности донных отложений некоторых рек Оренбургской области

Наибольшую опасность для окружающей среды и, как следствие, для всех живых организмов представляют соединения, обладающие мутагенным действием [2]. Среди химических соединений существуют вещества, характеризующиеся огромной мутагенной активностью, в сотни раз превышающей мутагенную активность коротковолновой радиации [7]. Такие вещества опасны в чрезвычайно низких концентрациях и не выявляются при обычном химическом анализе. В этом случае только тест на мутагенность позволяет определить степень генетической безопасности внешней среды. Понимание этой стороны проблемы загрязнений делает очевидной необходимость регулярного тестирования на мутагенность таких важных факторов окружающей среды, как воздух и вода, своевременного выявления и устранения источников мутагенного загрязнения [10]. Однако при полном экологическом исследовании водоемов недостаточно тестировать только воду. Увеличение концентрации химических компонентов в воде за счет различных природных и особенно антропогенных процессов на первом этапе вызывает их аккумуляцию в донных отложениях [4]. Наличие мутагенных загрязняющих веществ можно определить не только с использованием химического анализа донных отложений, но и с помощью представления отношения биологических объектов к этим веществам, т.е. методом биотестирования.

Цель исследования – пространственная и временная характеристика мутагенной активности донных отложений рек Блявы и Кураганки с помощью методов биотестирования.

Материалом исследования служили пробы донных отложений (ДО) Сакмары, малых рек Блява и Кураганка, отобранные на 10 станциях в августе 2007г., мае, августе и октябре 2010г. (табл. 1). Донные отложения отбирались с горизонта 0-10 см дночерпателем. Водную вытяжку донных отложений (ВВДО) для токсикогенетических исследований готовили по методике Дубининой Л.Г. [3].

Степень мутагенного загрязнения донных отложений оценивалась по суммарной мутагенной активности (СМА) [8]. СМА определялась по частоте видимых мутаций (ВМ) у Chlorella vulgaris, вызванных воздействием ВВДО.

В работе использован алькологически и бактериально чистый штамм ЛАРГ – 1 одноклеточной зеленой водоросли Ch. vulgaris, полученный в Институте общей генетике РАН. Для культивирования хлореллы использовалась среда Прата [1].

Таблица 1

Характеристика точек отбора проб на р. Сакмара, Блява и Кураганка.

Для эксперимента готовилась суспензия водоросли, содержащая 10000 клеток в 1 мл дистиллированной воды (контрольный вариант) или в 1 мл ВВДО (опытный вариант). Клетки высевались на среду Прата в трех повторностях и инкубировались в люминостате при 22⁰С. После 10 дней инкубации под МБС-1 (ув. 8х0,6) подсчитывалось общее количество колоний и число мутантных колоний [6]. Процент мутации для каждой чашки рассчитывался по формуле:

где L – число мутантных колоний в чашке, N – общее число выросших колоний.

Достоверность между контрольным и опытным определялась с использованием критерия Стъюдента при р≤0,05 [6]. Определялась выраженность мутагенной активности (ВМА) ВВДО как кратность превышения частоты мутаций в опытном варианте по сравнению с контрольным. Выраженность определяется в баллах по таблице [5] (табл. 2).

Таблица 2

Оценка выраженности мутагенного эффекта

Статистическая обработка результатов проводилась с использованием пакета программ EXCEL 2000 (Microsoft, USA) и «Statistic for Windows» Release 6.0 (Stat Soft Inc., USA).

Результаты исследования показали, что наибольшей мутагенной активностью обладали донные отложения всех станций, отобранных в 2007г., независимо от места сбора. Величина ВМА показала в грунтах всех станций видимый мутагенный эффект (МЭ) от среднего до сильного (табл. 3).

Таблица 3

Оценка мутагенной активности грунтов, отобранных в 2007 и 2010 гг.

Примечание: * - различие между контролем и опытом достоверно при р≤0,05

Однако статистически достоверная величина мутагенности отмечалась для пяти станций (рис. 1). Полученные данные показали, что аккумулирование загрязняющих веществ, способных оказывать мутагенный эффект, было намного значительнее в грунтах рек, отобранных в 2007г., чем в августе 2010г.

Рис. 1. Межгодовые изменения мутагенной активности донных отложений
при тестировании на Ch. vulgaris

(* - различие между контролем и опытом достоверно при р<0,05).

В 2007г. самая неблагополучная генотоксическая ситуация была зарегистрирована на станции №8 (статистически не достоверное превышение контроля в 10,8 раз). На участке реки, расположенном ниже очистных сооружений города, вероятно поступающие сточные воды не прошли достаточно полную очистку, и загрязняющие вещества продолжали наиболее активно аккумулироваться на станциях в грунте рек, располагающихся ниже очистных сооружений. Относительно благополучной станцией оказалась станция № 9 – фоновый участок р. Блява (наименьшее превышение контроля), что можно объяснить, вероятно, наиболее отдаленным расположением данного участка р. Блява от промышленных предприятий и сельскохозяйственных угодий. Однако при таком же расположении грунты ст. №10 (фоновый участок р. Кураганка) характеризовались достаточно сильным ростом мутагенной активности.

При анализе ДО, отобранных в разные сезоны 2010г. (май, август, октябрь), было установлено, что наибольшей мутагенной активностью обладали грунты, отобранные в октябре. Мутагенный эффект был зарегистрирован для грунтов 70% станций, отобранных в октябре 2010г. (превышение показателей было статистически значимо для 5 станций) (рис. 2).

Рис. 2. Сезонные изменения мутагенной активности донных отложений
при тестировании на Ch. vulgaris

(* - различие между контролем и опытом достоверно при р≤0,05).

В мае грунты 50% станций (для четырех станций превышение показателей было статистически достоверным), а в августе 60% станций (достоверные различия для 3 станции) обладали слабой и средней мутагенной активностью. Самая генотоксически не благополучная ситуация в 2010г. оказалась на ст.№2 (р. Кураганка в черте г. Кувандык) и №5 (р. Блява в черте г. Медногорск), т.к. отобранные пробы ДО обладали мутагенной активностью и в мае, и в августе, и в октябре. Благополучная генотоксическая ситуация сложилась на фоновых станциях рек Блява и Кураганка №9 и 10, расположенных наиболее далеко от промышленных предприятий и сельскохозяйственных угодий.

Таким образом, генотоксическая ситуация на малых реках Блява и Кураганка Оренбургской области с 2007г. по 2010г. улучшилась, т.к. мутагенная активность донных отложений исследованных рек за сравниваемый период (август 2007 – август 2010) снизилась, что можно объяснить уменьшением поступления в реки загрязняющих веществ, способных вызывать нарушения генетического аппарата или уменьшением аккумуляции в ДО.

В октябре увеличение числа станций с ДО, обладающими МА, вероятно, происходит из-за максимального аккумулирования загрязняющих веществ за период весна-осень в донных отложениях. Содержание мутагенов в водотоке зависит от количества поступающих поллютантов и их разбавления (водности реки). Поскольку водность реки подвержена сезонным изменениям, то при стабильном поступлении загрязняющих веществ колебания МА воды будут определяться гидрологическим циклом [9]. Соответственно состояние вод будет влиять на переход мутагенов в грунты. Более интенсивная аккумуляция веществ в ДО происходит обычно в меженный период. Во время половодья или другого значительного паводка интенсивность этого процесса снижается, и даже может происходить обратный переход накопленных веществ из ДО в воду [4].

Литература:

1. Владимирова, М.Г. Интенсивная культура одноклеточных водорослей / М.Г. Владимирова, В.Е. Семененко. – М.: Изд-во АНН СССР, 1962. – 53с.

2. Дубинин, Н.П. Новое в современной генетике / Н.П. Дубинин. – М.: Наука, 1986. – 215с.

3. Дубинина, Л.Г. Мутагенная активность природных отложений и искусственных водоемов Астраханской области / Л.Г. Дубинина // Генетика. – 1996. – Том 32. - №4. – С.584-589.

4. Манихин, В.И. Изучение перехода химических веществ в системе «вода-донные отложения / В.И. Манихин, Г.С. Коновалов // Гидрохим. материалы. – 1984. – Вып. 92. – С.58.

5. Пространственная и временная динамика мутагенной активности воды оз. Неро / И.М. Прохорова [и др.] // Биология внутренних вод, приложение. – 2008. - № 2. – С. 17-23.

6. Прохорова, И.М. Генетическая токсикология: лабораторный практикум / И.М. Прохорова, М.И. Ковалева, А.Н. Фомичева. – Яославль: ЯрГУ, 2005. – 132с.

7. Рапопорт, И.А. Токсикогенетика / И.А. Рапопорт // Итоги науки и техники: Сер. фармакологии и токсикологии. – М., 1966. – С.3-52.

8. Соколовский, В.В. Оценка суммарной мутагенной активности факторов окружающей среды / В.В. Соколовский, В.С. Журков // Гигиена и санитария. – 1982. – №11. – С.7-11.

9. Фомичева А.Н. Мониторинг мутагенного загрязнения малых рек / А.Н. Фомичева, И.М. Прохорова // Водные ресурсы. – 2005. – Т.32. – №3. – С.347-351.

10. Цой, Р.М. Эффективность различных тест-систем в оценке мутагенной активности загрязненных вод / Р.М. Цой, И.В. Пак // Экология. – 1996. – №3. – С.194-197.