Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ. 5-10
ГЛАВА 1. Характеристика природных условий Астраханской
области 11-15
Географическое положение 11
Климат. 11-15
ГЛАВА 2. Анализ состояния атмосферного воздуха района
исследования 15-27
ГЛАВА'З. Влияние загрязнения атмосферного воздуха мутагенами
среды на генетические структуры клетки (обзорисследований)... 27-71
3.1.Проблема генетической безопасности в связи с
антропогенным воздействием на окружающую среду 27-36
3.2.Тест - системы обнаружения генотоксических веществ в
биосфере, количественная оценка их влияния 3 6-51
3.3.Классификация мутаций и патология митоза 52-59
ЗАИспользование микроядерного тестирования для оценки
генотоксического загрязнения окружающей среды 59-68
3.5.Проблемы защиты воздушной среды от загрязнения
мутагенами и канцерогенами 68-71
ГЛАВА 4. Объекты, материалы и методы исследования 71 -75
СОБСТВЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ 76-158
ГЛАВА 5. Особенности процесса митоза в меристеме почек тополя черного под влиянием генотоксического загрязнения
воздуха 76-83
5.1.Основные типы микроядер в клетках меристемы апексов
побегов 76-78
5.2.Образование микроядерных клеток в меристеме почек тополя
черного 79-80
5.3. Цитологический анализ «задержанного митоза» в клетках
апикальной меристемы побегов почек тополя черного 80-83
ГЛАВА 6. Экологическая оценка генотоксического загрязнения атмосферного воздуха по районам города методом микроядерного
тестирования 83-133
6.1.Частота встречаемости микроядер в клетках меристемы
почек деревьев тополя черного территории Кремля 83-87
Результаты микроядерного исследования тестовых объектов Кировского района 87-103
Микроядерное тестирование генотоксического загрязнения
воздушной среды Ленинского района 103-118
6.4.Генотоксическое влияние загрязнения атмосферы
Трусовского района 118-128
6.5. Экологическая оценка генотоксического воздействия загрязнения
атмосферного воздуха территорий Советского района 128-133
ГЛАВА 7. Анализ генотоксичности воздушной среды некоторых
районов Астраханской области, различающихся уровнем
антропогенной нагрузки 133-139
ГЛАВА 8. Цитологический анализ нарушений митоза под
влиянием генотоксического загрязнения атмосферного
воздуха 139-158
8.1. Частота встречаемости различных типов микроядер в апикальной
меристеме конуса нарастания тестовых объектов Кировского
района.: 139-145
8.2. Основные типы микроядер в клетках меристемы апексов
побегов тестовых объектов Ленинского района 145-150
8.3. Доля клеток с исследуемыми типами микроядер в апикальной
меристеме почек тестовых объектов Трусовского района 151-155
8.4. Количество клеток с разными типами микроядер в апексе
почек побегов тестовых объектов Советского района 155
ВЫВОДЫ. 159
ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ 160
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 162
Введение к работе
Актуальность исследования. Состав атмосферного воздуха - важный показатель состояния природной среды, определяющий условия жизни людей и всех живых существ в биосфере. Загрязнение атмосферы приводит к накоплению в ней разнообразных компонентов, в том числе оказывающих генотоксическое воздействие. Среди них химические соединения — канцерогенные углеводороды, алкилирующие соединения, окислы углерода, азота, серы; тяжелые металлы - никель, кадмий, свинец, ртуть и другие. Нахождение их в атмосферном воздухе является следствием деятельности промышленных предприятий, влияния автотранспорта и других антропогенных воздействий.
Постоянный контроль загрязнения атмосферы - мониторинг загрязняющих веществ и эффектов их воздействия является предметом исследования многих ученых (Шарковскис, Никодемус, 1989; Пилинская, Дыбский, 1992; Быстрых с соавт., 1996; Дубинина, 1996, Третьякова, Носкова, 2004 и др.). В задачи мониторинга аъмосферного воздуха входит измерение физико-химического состава загрязнения атмосферного воздуха и воздействия загрязнения на организмы, испытывающие на себе его влияние. Для оценки генотоксического воздействия загрязнения атмосферного воздуха применяют специфические тест-системы и методы генетического мониторинга. В качестве, объектов исследования используют различные организмы: растения, животные, микроорганизмы (Бондарь, Частоколенко, 1990; Дубинин, Жулева, 1994; Буторина с соавт., 2002 и др.). По влиянию мутагенов на тестовые объекты оценивают возможные последствия действия загрязнения среды на организм человека, экологическую ситуацию и ущерб, который может быть нанесен природе и здоровью населения. Среди множества тестов мониторинга загрязнения атмосферного воздуха микроядерный тест нашел широкое применение. К преимуществам микроядерного теста следует отнести быстроту, независимость от исследования кариотипа вида, нередко
содержащего большое число мелких плохо различимых хромосом, надежность, а также то, что тестирование можно проводить в тканях с низкой митотической активностью (Ильинских, 1988).
Тополь черный широко используют в качестве индикатора для осуществления мониторинга состояния загрязнения атмосферы, так как это растение сажают повсеместно с целью озеленения городов. Под действием генотоксических факторов загрязнения атмосферного воздуха в клетках меристемы конуса нарастания побегов возникают различные типы хромосомных аберраций, а также геномные нарушения, которые в конечном итоге приводят к образованию микроядер в клетках меристемы. Их можно диагностировать на цитологических препаратах.
Экологическая проблема загрязнения атмосферного воздуха актуальна для любого региона с антропогенной нагрузкой, в том числе, Астраханской области. Развитие промышленности, автотранспорта, предприятий торговли, нефтегазового комплекса в регионе неизбежно приводит к ухудшению состояния воздушной среды. В городе Астрахани, где наиболее сконцентрирована хозяйственная деятельность и на ограниченной территории сосредоточена значительная масса населения, проблема мониторинга атмосферного воздуха также весьма актуальна. По данным Главного управления природных ресурсов и охраны окружающей среды по Астраханской области уровень загрязнения атмосферного воздуха (Чуйков, 1995-2000, Михайлов, 2001-2003) в городе Астрахани более высокий по сравнению с районами области. Существенное влияние на состояние атмосферного воздуха оказывают метеорологические факторы. Весной и поздней осенью при больших скоростях ветра (10-15 м/с), сухой погоде и пыльных бурях концентрация пыли в воздухе превышают «максимально-разовую» предельно допустимую концентрацию (ПДК) в 2-4 раза. Летом при штилевой погоде, ночных и утренних приземных инверсиях, высоких
температурах воздуха (30С и выше), увеличиваются концентрация диоксида азота, сероводорода и аммиака в воздухе более чем в 2 раза.
Учитывая климатические и географические особенности Астраханской области, перспективы активного развития экономической инфраструктуры, топливно-энергетического комплекса, влияние трансграничного переноса загрязняющих веществ со стороны соседних регионов с высоким промышленным потенциалом (Волгоградская область, Республика Казахстан и другие), необходимо не только контролировать источники выбросов загрязняющих веществ в атмосферу, но и оценивать их генотоксическое влияние на живые организмы, здоровье человека в условиях возрастания антропогенной нагрузки в регионе.
Целью настоящей работы является экологическая оценка генотоксического состояния атмосферного воздуха различных районов города Астрахани и области методом микроядерного тестирования. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
Установить частоту встречаемости микроядер в клетках апикальной меристемы почек тополя черного разных территорий города Астрахани и области в зависимости от уровня антропогенной нагрузки.
Определить основные типы микроядер, частоту их возникновения, характер нарушений процесса митоза в апексах побегов под влиянием недифференцированных факторов загрязнения воздушной среды.
Изучить частоту встречаемости микроядер в клетках апикальных меристем в разные сезоны года.
Дать экологическую оценку генотоксического состояния атмосферного воздуха в Астраханской области с помощью микроядерного тестирования.
Научная новизна исследования. Впервые с помощью микроядерного тестирования в течение ряда лет (с 1995 по 2004 годы) по сезонам года проведены систематические исследования генотоксического влияния загрязнения атмосферного воздуха
разных районов города Астрахани и области, различающихся по степени антропогенной нагрузки на процесс митоза апикальной меристемы конуса нарастания почек тополя черного.
Проведена диагностика изменений процесса митоза в апексах побегов под влиянием недифференцированных факторов загрязнения воздушной среды.
Проанализирована частота встречаемости и типы микроядер в клетках апикальной меристемы почек побегов тестируемых объектов по сезонам года.
Выявлено, что процесс деления исследуемых клеток происходит осенью, в период листопада, что позволило определить возможный механизм возникновения различных типов микроядерности.
Впервые проведено ранжирование и дана оценка состояния среды обитания человека в различных районах города Астрахани с помощью микроядерного тестирования.
Научно-практическая значимость работы.
Полученные данные о генотоксичности атмосферного воздуха разных районов города Астрахани и области, в совокупности с данными Главного управления природных ресурсов и охраны окружающей среды по Астраханской области могут быть использованы для принятия практических мер локального и регионального характера при решении вопроса о допустимости и масштабах поступления генотоксикантов в атмосферу от промышленных предприятий и автотранспорта.
Практические рекомендации по периодичности отбора проб и методике подготовки клеток тополя черного к анализу в генетическом мониторинге загрязнения атмосферного воздуха могут быть использованы при проведении подобных исследований в других районах.
Микроядерный тест может быть использован как надежный, объективный и вполне доступный метод исследования генотоксического воздействия
загрязнения атмосферного воздуха. Данные суммарного генотоксического воздействия могут использоваться для представления работникам в сфере охраны окружающей среды и для информации населения региона.
Данные по генотоксическому загрязнению атмосферы города Астрахани и области используются в учебном процессе по курсу «Генетика» в Астраханском государственном университете в разделе «Мутагены среды», на занятиях по «Мониторингу окружающей среды» в Астраханском колледже вычислительной техники, в разделе « Мониторинг атмосферного воздуха». Основные положения, выносимые на защиту:
Воздушная среда различных районов города Астрахани и области индуцирует неодинаковую частоту встречаемости микроядер в клетках апикальной меристемы тестовых объектов тополя черного (Populus nigra L.)
Частота встречаемости микроядер в клетках меристемы тестовых объектов позволяет выявить относительно чистые и загрязненные в экологическом отношении территории.
3. Уровень генотоксического загрязнения атмосферного воздуха
различается по сезонам года. Более высокий уровень микроядерности
наблюдается весной, вследствие специфического «задержанного» характера
митоза, происходящего в период листопада в апексах побегов тополя и
последующего длительного времени накопления патологии митоза.
Анализ типов микроядер позволяет объективно оценить степень и различия загрязненности воздуха различных исследуемых территорий.
Метод микроядерного тестирования является одним из наиболее надежных, объективных и доступных способов проведения постоянного экологического мониторинга состояния атмосферного воздуха.
Апробация работы:
Материалы диссертации докладывались на ежегодных научно-практических итоговых конференциях преподавателей, студентов и аспирантов АГУ (Астрахань, 1997, 2000,2003, 2004, 2005), VI всероссийской
научной конференции «Эколого-биологические проблемы бассейна Каспийского моря» 15-16 октября 2003 г (Астрахань), VII международной научной конференции «Эколого-биологические проблемы бассейна Каспийского моря» 13-14 октября 2004 г (Астрахань), VIII международной научной конференции «Эколого-биологические проблемы бассейна Каспийского моря» 11-12 октября 2005 г (Астрахань), на межвузовской конференции молодых ученых «Герценовские чтения» 19-21 апреля 2005 г (Санкт-Петербург, РГПУ им. А.И. Герцена), на II международной научной конференции «Проблемы сохранения и рационального использования биоразнообразия Прикаспия и сопредельных регионов» 31 мая 2004 г (Элиста, КГУ)
Публикации:
По материалам диссертации опубликовано 12 работ.
Структура и объем диссертации:
Диссертация изложена на 185 страницах компьютерного текста, состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов, 8 глав исследования, их обсуждения, выводов, практических рекомендаций, библиографического списка, включающего 196 наименований публикаций, в том числе 49 на иностранных языках и приложения. Диссертационная работа содержит 66 таблиц, оригинальные рисунки.
