Введение к работе
Актуальность темы. Изучение влияния загрязнения водных объектов на живые организмы является одной из важнейших проблем современности. В течение многих тысяч лет человеческая деятельность не наносила природе заметного ущерба, но серия научно-технических революций, которые претерпела история, нарушила равновесие между человеком и природой. Негативное влияние этой технологической революции сочеталось, как правило, с развитием промышленности и сельского хозяйства, и, как следствие, с ростом количества отходов производства. Эти отходы накапливались в ноосфере — подсистеме биосферы, активно используемой человеком, а значит, включающей в себя все необходимые для него ресурсы, в том числе и ту часть гидросферы, которая является источником для получения питьевой воды.
Большая часть отходов состоит из чужеродных для биосферы веществ - это, в первую очередь, органические соединения, СПАВ, нефтепродукты и соли тяжелых металлов. Такие загрязняющие вещества относят к группе ксенобиотиков, и тщательное их изучение показало, что они способны оказывать токсическое, канцерогенное, тератогенное или аллергенное воздействия на живые организмы. Однако, наиболее опасны ксенобиотики, обладающие мутагенным эффектом, так как именно они влияют на изменения генетической информации, тем самым угрожая здоровью не: только настоящего поколения, но и ряду последующих поколений и генофонду, в целом. На сегодняшний день ксенобиотики имеют очень широкую область распространения, но наиболее активно накапливаются в почве и воде.
В связи с неблагополучным состоянием реки Иртыш все чаще стали обсуждаться вопросы о необходимости использования реки Омь - притока реки Иртыш - в качестве дополнительного источника питьевой воды. На сегодняшний день ее вода используется лишь в таких районах области, как Калачинский, Кормиловский и Нижнеомский. Однако, не меньшие опасения вызывает достаточно высокий уровень загрязненности и этой реки, так как ее вода содержит примерно в три раза большее количество соединений железа в сравнении с рекой Иртыш. Отличительной особенностью реки Омь является наличие в ней гуминовых соединений — органических веществ, извлекаемых из продуктов трансформации растительных остатков, например торфа. Высокое содержание гуматов и железа приводит к тому, что показатели цветности и мутности регулярно превышают предельно допустимые в
7-10 раз, а окисляемости в 3-4 раза [3].
В связи с тем, что обе реки имеют довольно высокую степень загрязненности, их вода проходит подготовку, которая в Омской области состоит из следующих этапов: механическое отстаивание, коагуляция солями алюминия, флокуляция, фильтрация и обеззараживание хлором. В результате проведения этих процедур снижаются показатели окисляемости и цветности, но возрастает количество вредных веществ, до проведения водоподготовки не превышавших ПДК, например, солей алюминия и продуктов взаимодействия органических соединений с хлором, что может быть не менее вредно для человека, употребляющего данную воду как питьевую.
В настоящее время классическим способом является отбор проб и их лабораторный анализ с использованием физико-химических методов. Однако такой подход не дает возможности определить меру опасности зарегистрированного загрязнения для живых организмов (в том числе и человека) и их сообществ, то есть выявить последствия воздействия ксенобиотиков, если число загрязняющих компонентов (ин-терферентов) два и более.
Цель исследования заключалась в экологической оценке качества воды из реки Омь до и после водоподготовки в серии биотестов на токсичность и мутагенность.
Для реализации поставленной цели были поставлены следующие задачи:
-
изучить уровень токсического воздействия воды из реки Омь до и после водоподготовки на энергию прорастания и всхожесть семян яровой мягкой пшеницы (Triticum aestivum L., сорт Омская 28) и его сезонные колебания в серии первичного скрининга;
-
установить цитогенетический эффект воды из реки Омь до и после водоподготовки путем определения частоты хромосомных аберраций в ана- и телофазу митоза в клетках апикальной меристемы яровой, мягкой пшеницы (Triticum aestivum L., сорт Омская 28) и его сезонные колебания в серии первичного скрининга;
-
выявить период, в который вода из реки Омь проявляет наибольший уровень токсической и мутагенной активности по сравнению с контролем (дистиллированная вода) в серии первичного скрининга;
-
изучить мутагенную активность воды из реки Омь до и после водоподготовки в тесте на индукцию хромосомных аберраций в клетках костного мозгалабрраторной линии мышей (Mus musculusL., линия C^BL/6);
-
оценить способность воды из реки Омь до и после водоподго-
товки индуцировать генные мутации в зародышевых клетках дрозофилы (Drosophila Melanogaster, линия Меллер-5) с использованием метода Меллер-5, основанного на регистрации рецессивных летальных мутаций в Х-хромосоме самцов дикого типа;
6. провести анализ токсической и мутагенной активности основных загрязнителей водных проб из реки Омь в серии первичного скрининга на растительной клетке (Triticum aestivum L., сорт Омская 28).
Научная новизна работы. Впервые проведена комплексная оценка генотоксического эффекта водных проб из реки Омь и его сезонных колебаний в серии биотестов.
Новыми являются следующие конкретные результаты:
-
Вода из реки Омь как до, так и после водоподготовки обладает токсичным и мутагенным эффектом, превышающим уровень естественного мутирования, который достигает максимума в летние месяцы и снижается к концу осени.
-
Влияние воды из реки Омь на индукцию хромосомных аберраций в клетках костного мозга млекопитающих достоверно по сравнению с контролем. Рост числа патологий митоза не уменьшается при проведении водоподготовки.
-
Вода из реки Омь способна вызывать генные мутации в организме животных, например Dr. Melanogaster (тесгерной линии Меллер-5). При этом она индуцирует эффект летальности на основании которого регистрируется мутагенный эффект, достоверно возрастающий после проведения водоподготовки.
Научно-практическая значимость. Полученные данные позволяют расширить представление о генотоксическом действии воды из реки Омь на различные живые системы на разном уровне их организации.
Результаты настоящей работы свидетельствуют о том, что стратегия в отношении изучения неблагоприятного действия питьевой воды должна основываться не только на данных изучения состава загрязнений методами физико-химического анализа, но и на комплексном изучении ее влияния на живой организм в серии биотестов.
На основании результатов выполненной работы очевидно, что необходимо улучшать технологию водоподготовки.
Положения, выносимые на защиту.
1. Вода из реки Омь до и после водоподготовки изменяет митоти-ческий режим клеток меристемы растительного тест-объекта и костного мозга мышей, а также способна ингибировать ростовые процессы семян пшеницы.
-
Вода из реки Омь до и после водоподготовки обладает способностью вызывать летальный эффект, на основании которого регистрируются генные мутации, у тест-объекта Dr. Melanogaster.
-
Основные действующие агенты воды из реки Омь - соли железа, алюминия и гуминовые соединения - вносят основной вклад в общую токсичность и мутагенность воды реки Омь как до, так и после водоподготовки.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы были доложены и обсуждены на VII Всероссийской научно-практической конференции по проблемам непрерывного образования в области безопасности жизнедеятельности (Санкт-Петербург, 2003), IX Международной научно-практической конференции по проблемам непрерывного образования в области безопасности жизнедеятельности (Санкт-Петербург, 2005), II Международной научно-практической конференции, посвященной эколого-экономической эффективности природопользования на современном этапе развития Западносибирского региона (Омск, 2008), 62-ой и 63-ей научно-технической конференции СибАДИ (Омск, 2008 и 2009 гг.), VIII российско-монгольской научной конференции молодых ученых и студентов (Бийск, 2009), IV Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (Омск, 2009), Региональной научно-практической конференции, посвященной 60-летию со дня рождения А.А. Кожухаря, исследователя-географа, ученого и педагога (Омск, 2009), Всероссийской научно-практической конференции, посвященной 200-летию со дня рождения Ч. Дарвина (Омск, 2009), V Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Развитие дорожно-транспортного комплекса и строительной инфраструктуры на основе рационального природопользования» (Омск, 2010).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ, одна из которых в журнале, рекомендованном ВАК.
Структура и объем работы. Работа изложена на 125 машинописных страницах, состоит из введения, обзора литературы (гл. 1), описания материалов и методов (гл. 2), результатов исследования с обсуждением (гл. 3), заключения,,практических.рекомендаций, приложений, выводов и списка литературы, который включает 104 источника, из которых 21 зарубежный. Работа иллюстрирована 6 рисунками и 15 таблицами.
