Введение к работе
Актуальность исследований. Урбосистемы испытывают на себе негативные последствия антропогенной активности, включающие загрязнение окружающей среды токсическими веществами. Проблема биомониторинга урбосистем становится все более актуальной, так как постоянное возрастание техногенной нагрузки требует объективной оценки любых изменений в биоте. Эффективность биомониторинга определяется возможностью прогнозирования и моделирования экологической опасности по данным биоиндикации и биотестирования, информативностью используемых показателей.
Мониторинг мутагенов окружающей среды с использованием растительных тест-объектов получил широкое распространение (Гуськов, Шкурат, 1993, 2000; Буторина, Калаев, 2000; Калаев, 2009; Майнулов, Багдасарян, 2004; Неверова, Николаевский, 2002; Неверова, Колмогорова, 2002; Королева, 2006; Белоусов, 2011; Рогова, Рыжакова и др., 2009; Шматова, 2012). Существующие технологии биомониторинга, как правило, основаны на оценке узкого спектра показателей одного растительного тест-объекта. Системный подход к разработке технологий биомониторинга предполагает использование растительных организмов, характеризующихся различной чувствительностью к генотоксикантам и аккумулятивной способностью, и являющихся элементами одного растительного сообщества. В связи с вышесказанным, был осуществлен биомониторинг, основанный на оценке цитогенетических и биохимических показателей растений, связанных консортивными взаимодействиями. В ходе исследования была проведена серия экспериментов по созданию новой комплексной системы биомониторинга с использованием эпифитного мха пилезии многоцветковой (Pylaisia polyantha) (Hedw.) B.S.G, связанного консортивными взаимодействиями с тополем дельтовидным (Populus deltoides Marsh), являющимся видом-консортообразователем.
Цель исследования. Провести биомониторинг урбосистемы (на примере г.Ростова-на-Дону) с использованием тополя дельтовидного (Populus deltoides Marsh) и пилезии многоцветковой (Pylaisia polyantha) (Hedw.) B.S.G, находящихся в консортивных взаимодействиях.
Задачи исследования:
-
Определить зоны максимальной мутагенной активности г. Ростова-на-Дону в многолетнем биомониторинге с использованием тополя дельтовидного (Populus deltoides Marsh) и пилезии многоцветковой (Pylaisia polyantha) (Hedw.) B.S.G.
-
Оценить мутагенную активность недифференцированных факторов окружающей среды урбосистемы г. Ростова-на-Дону с помощью цитогенети-ческих показателей зачаточной меристемы тополя дельтовидного.
-
Оценить чувствительность пилезии многоцветковой к стандартному мутагену диметилсульфату (ДМС) в условиях модельного эксперимента, а таккже ее аккумулятивные способности по отношению к тяжелым металлам и радионуклидам в условиях урбосистемы.
-
Оценить мутагенную активность атмосферного воздyха г. Ростова-на-Дону с использованием пилезии многоцветковой.
-
Проанализировать преимущества использования системы биомонито-ринга урбосистем с применением пилезии многоцветковой и тополя дельто-видного, находящихся в консортивных взаимодействиях.
Основные положения, выносимые на защиту.
-
Биомониторинг урбосистемы (г. Ростова-на-Дону) с использованием тополя дельтовидного и пилезии многоцветковой, связанных консортивными взаимодействиями, позволяет эффективно определять зоны максимальной мутагенной нагрузки.
-
Пилезия многоцветковая является тест-объектом, чувствительным к воздействию мутагенов, обладает высокой аккумулятивной способностью к тяжелым металлам и радионуклидам и может использоваться для биомониторинга урбосистем.
-
Хемилюминесцентный анализ интенсивности свободнорадикальных процессов в клетках пилезии многоцветковой, а также оценка гено - и цитотоксичности водного экстракта пилезии многоцветковой позволяют корректно оценить содержание мутагенных веществ в атмосферном воздухе мониторируемых территорий.
Научная новизна работы. Впервые осуществлен биомониторинг г. Ростова-на-Дону с использованием растений (тополь дельтовидный и пилезия многоцветковая), связанных консортивными взаимодействиями. Выделены зоны максимальной мутагенной опасности недифференцированных факторов среды и атмосферного воздуха. Впервые оценена чувствительность пилезии многоцвет-ковой к воздействию стандартного мутагена диметилсульфата (ДМС) в модель-ном эксперименте. Впервые осуществлена одновременная оценка аккумулятивной способности пилезии многоцветковой по отношению к тяжелым металлам и радионуклидам в условиях урбосистемы (г. Ростов-на-Дону) и показателей, характеризующих интенсивность мутационного процесса в клетках пилезии многоцветковой.
Теоретическая значимость. Проведенные исследования позволили разра-ботать комплексную систему биомониторинга урбосистем, основанную на ипользовании растений, находящихся в консортивных взаимодействиях. Отдельные компоненты предложенной системы биомониторинга могут быть использованы самостоятельно, при совместном использовании информативность системы биомониторинга существенно возрастает. Предлагаемая система биомониторинга позволяет прогнозировать мутагенную опасность в урбосистемах со сходным уровнем техногенной нагрузки.
Практическая значимость. Результаты биомониторинга могут служить основанием для разработки программ по улучшению качества городской среды г. Ростова-на-Дону, использоваться при оценке эколого-генетического состояния среды обитания человека. Полученные результаты используются в учебном процессе при чтении общих курсов («Генетика», «Экология», «Биология клетки»), специальных курсов («Мутагены окружающей среды», «Экологическая генетика» и др.) и элективного курса «Антропогенетика» в Южном федеральном университете.
Апробация работы. Результаты диссертации представлены на международных научно-практических конференциях: «Проблемы рационального использования природных ресурсов и охраны окружающей среды. Экологические и правовые аспекты» (Махачкала, 2010); «Basic science and practice» (Томск, 2010); «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности (Санкт-Петербург, 2010); «Актуальные проблемы биологии, нанотехнологий и медицины» (Ростов-на-Дону, 2011); «Фундаментальные и прикладные исследования, разработка и применение высоких технологий в промышленности» (Санкт-Петербург, 2011); «Экологические проблемы природных и антропогенных территорий» (Чебоксары, 2011); «Генетика и биотехнология XXI века: Проблемы, достижения, перспективы» (Минск, 2012) и Ученых Советах НИИ биологии ЮФУ.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 24 работы, из которых - 7 в изданиях, рекомендуемых ВАК РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 151 страницах машинописного текста, иллюстрирована 19 таблицами, 25 рисунками. Работа состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов исследования, результатов исследования, обсуждения результатов, выводов, списка использованной литературы, включающего 233 отечественных и 58 зарубежных авторов.
Исследование выполнено при финансовой поддержке ФЦП Министерства и науки РФ (госконтракт № 16.740.11.0485).
Благодарности. Автор выражает глубокую признательность и благодарность научному руководителю д.п.н., профессору Т.В. Вардуни за помощь на всех этапах выполняемой работы. Автор благодарит к.б.н. В.А. Середу за помощь, оказанную при идентификации мхов, произрастающих на тест-растениях тополя дельтовидного в г. Ростова-на-Дону.
