Барнаул — крупный промышленный и административный центр Западной Сибири с населением более 600 тысяч человек. Быстрый рост города и развитие промышленности неизбежно приводят к загрязнению окружающей среды, в частности почвенного покрова. Деятельность промышленных предприятий, автотранспорта и высокая рекреационная нагрузка создают угрозу накопления токсичных веществ в почвах городских экосистем. По данным геоэкологического анализа, уровень загрязнения атмосферного воздуха города оценивается как «высокий» [11]. Основным источником загрязнения городской атмосферы нефтепродуктами является автомобильный транспорт, а максимальные концентрации загрязнителей фиксируются вблизи дорожного полотна [12]. В связи с этим особую актуальность приобретает биологический мониторинг, который помогает оценить влияние загрязнений на живые организмы [9]. Одним из наиболее доступных и информативных методов фитотестирования является Allium-тест, основанный на оценке реакции корневой меристемы лука репчатого ( Allium cepa ) [4, 5, 8]. В данной работе мы провели оценку токсичности почвенных вытяжек из трех различных точек г. Барнаула.

Методика исследования

История и преимущества метода. Метод Allium-теста был впервые предложен в 1938 году шведским генетиком Альбертом Леваном (Albert Levan) из Лундского университета для оценки токсического действия химических веществ на деление клеток. В 1985 году исследовательница Гейрид Фискешё (Geirid Fiskesjö) стандартизировала эту методику, разработав четкие международные критерии, что позволило использовать Allium-тест в экологическом мониторинге по всему миру [1, 2].

Выбор лука репчатого ( Allium cepa ) в качестве тест-объекта обусловлен рядом весомых преимуществ [3, 4]:

1. Высокая скорость роста: корни развиваются очень быстро, уже через 2–4 дня мы получаем готовый и наглядный результат.
2. Прямой контакт со средой: корневая система погружена непосредственно в пробу воды или почвенной вытяжки, что обеспечивает мгновенный ответ на наличие токсинов.
3. Доступность и экономичность: луковицы легко купить, а метод не требует дорогостоящих реактивов или сложного лабораторного оборудования.
4. Этичность: метод позволяет проводить первичную оценку ядовитости веществ без использования лабораторных животных.
5. Универсальность: высокая чувствительность и широкий спектр применения делают его незаменимым для скрининга фитотоксичности.

Отбор почвенных образцов проводился в трех точках г. Барнаула, различающихся по уровню антропогенной нагрузки:

1. Городской парк «Изумрудный» (зона высокой рекреационной нагрузки);
2. Участок придорожной зоны на проспекте Ленина (район ТЦ «Геомаркет»), подверженный интенсивному воздействию автотранспорта.
3. Ленточный бор на территории Южно-Сибирского ботанического сада (условно — чистая зона).

Для приготовления водных вытяжек к 100 г почвы добавляли 500 мл дистиллированной воды и настаивали в течение суток [7, 10]. В качестве тест-объекта использовали луковицы лука репчатого ( Allium cepa ). Луковицы одинакового размера (по 10 штук на каждую точку и на контроль) помещали в подготовленные вытяжки; в качестве контроля использовали дистиллированную воду. Каждые 24 часа производилась замена почвенных вытяжек и дистиллированной воды. Экспозиция составляла 4 суток. По истечении срока измеряли длину корней, оценивали их морфологические особенности (цвет, тургор, наличие некрозов) и рассчитывали различные показатели роста корней [5, 6].

Результаты и их обсуждение

Рост корней является важным интегральным показателем физиологического состояния растения. В ходе эксперимента были получены следующие результаты.

Рис. 1. Индивидуальные значения длины корней Allium cepa

На Рисунке 1 представлены индивидуальные значения длины корней Allium cepa по группам. Видно, что разброс данных внутри каждой группы достаточно велик. В контрольной группе значения варьируют от 0,05 до 1,3 см. В группе 1 (парк «Изумрудный») значения находятся в диапазоне от 0,25 до 0,65 см. Группа 2 (Придорожная зона) показывает разброс от 0,25 до 1,2 см, а группа 3 (Ботанический сад) — от 0,4 до 1,75 см. Наибольший разброс и максимальные значения длины корней характерны для группы 3, что может указывать на благоприятные условия. Наименьшие и наиболее сгруппированные значения — в группе 1, что говорит об угнетении.

Рис. 2. Средняя длина корней Allium cepa после 4 дней экспозиции (M ± SD). Столбцы — среднее арифметическое; усы — стандартное отклонение (SD)

На Рисунке 2 представлена средняя длина корней Allium cepa после 4 дней экспозиции. В контрольной группе она составила 0,60 ± 0,19 см (M ± SD). Наименьшее значение зафиксировано в группе 1 (парк «Изумрудный») — 0,40 ± 0,07 см; в группе 2 (придорожная зона) — 0,75 ± 0,16 см; в группе 3 (Ботанический сад) — 0,85 ± 0,20 см. Таким образом, средние значения длины корней в группах 2 и 3 превысили контрольные, а в группе 1 оказались ниже контроля.

Рис. 3. Ингибирование роста корней Allium cepa (%) относительно контроля

На Рисунке 3 отражено отклонение средней длины корней от контроля, выраженное в процентах. Для группы 1 (парк «Изумрудный») этот показатель составил +34,7 %, что говорит о снижении длины корней относительно контроля. Для групп 2 (Придорожная зона) и 3 (Ботанический сад) отклонения были отрицательными (−25,8 % и −43,1 %), то есть средняя длина корней в этих группах превысила контрольные значения. Наибольшее снижение ростовых показателей отмечено для образца из парка «Изумрудный».

Рис. 4. Статистическая значимость различий с контролем (p-значения) (Столбчатая диаграмма с пороговой линией p=0,05)

На Рисунке 4 представлена статистическая значимость различий с контролем (p-значения). Для сравнения средних значений использовали t-тест Уэлча. Различия считали значимыми при p < 0,05. Для группы 1 p-значение составило 0,1198, для группы 2–0,3346, для группы 3–0,1540. Поскольку все полученные значения превышают порог 0,05 (красная пунктирная линия на графике), различия в длине корней между контролем и опытными группами статистически не значимы. Несмотря на видимые различия в средних значениях, статистический анализ не подтверждает их достоверность на уровне значимости 0,05. Это означает, что выявленные отклонения могут носить случайный характер, однако прослеживается четкая биологическая тенденция, требующая дальнейшего изучения с большей выборкой.

Заключение

Проведенный анализ подтвердил, что Allium -тест является валидным, простым и высокочувствительным методом оценки фитотоксичности почвенных субстратов. Статистическая обработка данных (расчёт средних значений и t-тест Уэлча) показала, что различия между всеми тремя образцами и контролем (дистиллированной водой) статистически не значимы (p > 0,05). Тем не менее прослеживаются четкие тренды: средняя длина корней группе «парк Изумрудный» оказалась ниже контроля (средняя длина корня 0,40 см против 0,60 см), а также были замечены признаки некроза, что требует дополнительного изучения загрязнения данной территории. Средняя длина корней образцов придорожной почвы и почвы из Ботанического сада превысила контрольные значения (0,75 см и 0,85 см соответственно). Однако в придорожной зоне также были выявлены единичные признаки некроза на некоторых корнях, что требует более детального изучения. Наилучшие показатели роста корней Allium cepa в образце из Ботанического сада предположительно объясняются благоприятным химическим составом почвы, богатым доступными питательными веществами и органическими соединениями, которые обеспечивают оптимальные условия для развития корневой системы.

Поскольку фитотоксическое действие не подтверждено статистически, для полного подтверждения безопасности всех образцов и уточнения природы выявленных трендов рекомендовано проведение цитогенетического анализа.

Литература:

1. Levan A. The effect of colchicine on root mitoses in Allium // Hereditas. 1938. Vol. 24. P. 471–486.
2. Fiskesjö G. The Allium test as a standard in environmental monitoring // Hereditas. 1985. Vol. 102. P. 99–112.
3. Grant W. F. The present status of higher plant bioassays for the detection of environmental mutagens // Mutation Research. 1994. Vol. 310, No. 2. P. 175–185. DOI: 10.1016/0027–5107(94)90094–9.
4. Leme D. M., Marin-Morales M. A. Allium cepa test in environmental monitoring: A review on its application // Mutation Research. 2009. Vol. 682, No. 1. P. 71–81. DOI: 10.1016/j.mrrev.2009.06.002.
5. Буданцев А. Ю. Измерение динамики роста корней при использовании Аллиум-теста // Фундаментальные исследования. 2014. № 6–7. С. 1393–1396.
6. Болсуновский А. Я., Трофимова Е. А., Зуева А. В., Дементьев Д. В. Первые данные по использованию Allium-теста для оценки химической и радиационной токсичности донных отложений реки Енисей // Доклады Академии наук. 2016. Т. 460, № 2. С. 236–241.
7. Гиниятуллин К. Г., Валеева А. А., Смирнова Е. В. Анализ тепличных грунтов и их компонентов: учебно-методическое пособие. Казань: Казанский университет, 2017. 67 с.
8. Курбанова М. Н., Сураева Н. М., Рачкова В. П., Самойлов А. В. Сравнительное изучение показателей токсической активности в Аллиум-тесте // Аграрный вестник Урала. 2018. № 4 (171). С. 27–32.
9. Маячкина Н. В., Чугунова М. В. Особенности биотестирования почв с целью их экотоксикологической оценки // Вестник Нижегородского университета им. Н. И. Лобачевского. 2009. № 1. С. 84–93.
10. Никитина М. В., Наквасина Е. Н., Коптев С. В. Определение фитотоксичности субстратов на основе отходов активного ила в вегетационных опытах // Вестник КрасГАУ. 2024. № 6. С. 53–61.
11. Осипова М. А., Блок К. И. Анализ геоэкологической обстановки в г. Барнауле // Ползуновский вестник. 2017. № 4. Т. 2. С. 176–181.
12. Лабузова О. М., Носкова Т. В., Лысенко М. С., Ильина Е. Г. Экоаналитический контроль и биоиндикация состояния городской территории // Acta Biologica Sibirica. 2016. Т. 2, № 3. С. 21–24.