МУТАЦИОННАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ ОЗИМОЙ ПШЕНИЦЫ В УСЛОВИЯХ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ТОКСИЧЕСКИМИ ОТХОДАМИ ПОЛИГОНА В Г. КАЛУШ

MUTATIONAL VARIABILITY WINTER WHEAT UNDER CONTAMINATED BY TOXIC WASTE LANDFILLS IN KALUSH

Ruslan Yakimchuk

candidate of science, assistant professor of Pavlo Tychyna Uman State Pedagogical University,

Ukraine, Uman

Julia Gulchenko

student of Pavlo TychynaUman State Pedagogical University,

Ukraine, Uman

Oksana Vasilenko

student of Pavlo Tychyna Uman State Pedagogical University,

Ukraine, Uman

АННОТАЦИЯ

Изучено мутационную изменчивость озимой пшеницы вследствие влияния загрязнений почвы токсическими отходами полигона в г. Калуш. Мутационная активность загрязнений территории захоронения отходов в 5,6 раза превышает спонтанный уровень. Частота мутаций на рекультивированных участках полигона превышает контроль в 3,4 раза. Выявленные в спектре мутаций полукарликовые и карликовые формы могут использоваться как биоиндикаторы загрязнения почвы хлорсодержащими токсическими отходами. Проведение работ с вывоза гексахлорбензола на утилизацию и дальнейшая рекультивация территории полигона не решает проблемы мутагенного загрязнения почвы в г. Калуш и требует сохранения за полигоном статуса объекта повышенной опасности.

ABSTRACT

Studied the mutational variability of winter wheat due to soil pollution impact of landfill toxic waste in Kalush. Mutational activity pollution waste disposal area 5,6 times greater than the spontaneous level. The frequency of mutations in the reclaimed areas of the landfill exceeds 3,4 times control. Identified in the spectrum of mutations in semi-dwarf and dwarf forms can be used as bio-indicators of soil chlorinated toxic waste pollution. Work on the removal of hexachlorobenzene recycling and further reclamation of the landfill does not solve the problem of soil contamination mutagenic in Kalush and requires the preservation of landfill status of high risk.

Ключевые слова: видимые мутации; токсические отходы; мутагенная активность; генетические последствия.

Keywords: visible mutations; toxic waste; mutagenic activity; genetic effects.

Интенсивная деятельность человечества на современном этапе развития науки, технологии и техники привела к появлению в объектах окружающей среды огромного количества химических веществ, которые одновременно обладают биологической активностью и вызывают множество экологических изменений [3, с. 164]. Особенную опасность для окружающей среды составляет самый большой в Европе полигон токсических отходов в г. Калуш Ивано-Франковской области. В результате введения в эксплуатацию в 1973 г. на территории бывшего Калушского химико-металлургического комбината технологической линии по производству четыреххлористого углерода и перхлорэтилена с производственной мощностью 30 тыс. т в год, до 1998 г. образовались твердые отходы (осмолы), которые отнесены к І классу опасности. Их количество составляло 540 т/год, с содержанием гексахлорбензола свыше 90 %, а выбросы в атмосферу доходили до 0,12 т/год [8, с. 78]. В 2014 г. территориальное управление Госгорпромнадзора в Ивано-Франковской обл. сообщило об исключении полигона твердых токсических отходов в г. Калуш с Государственного реестра объектов повышенной опасности на основании выполненных работ с вывоза захоронений гексахлорбензола на утилизацию. Однако на сегодняшний день не существует научного подтверждения гарантий безопасности полигона для жизнедеятельности [4, с. 3]. Ведь большинство исследований сводятся в основном к мониторингу и установлению величин концентрации химических загрязнений в почве, воде и продуктах питания [1, с. 223; 9, с. 201; 10, с. 28]. И если антропогенно индуцированные изменения, возникающие на уровне экосистем, отдельных биоценозов, связанные с исчезновением или сокращением представителей естественной фауны и флоры, проявляются сразу и могут эффективно регистрироваться с помощью контактных или дистанционных методов, то изменения, вызванные повреждением генетических структур и возникающие на клеточном и молекулярном уровнях, могут проявляться значительно позже, иногда в следующих поколениях [6, с. 63]. Это ставит вопрос о целесообразности проведения мониторинговых исследований территорий полигона токсических отходов, что позволит дать адекватную оценку генетических рисков для живых организмов, в том числе, и человека.

С целью определения мутагенной активности загрязнений почвы полигона в г. Калуш токсическими отходами, были изучены частота и спектр видимых мутаций озимой пшеницы, выращенной на данной территории.

Растения озимой пшеницы сорта Альбатрос одесский на протяжении 2012–2013 гг. выращивались на территории полигона и его рекультивированного участка. Контролем являлась территория исследовательского хозяйства Института физиологии растений и генетики НАН Украины (пгт. Глеваха Васильковского р-на Киевской обл.), где на протяжении многих лет изучается спонтанный уровень мутационной изменчивости у озимой пшеницы. Первое поколение растений (М₁) выращивали на загрязненных территориях сплошным посевом. Растения поколений М₂ и М₃ выращивали четко семьями, что давало возможность определять макро- и микромутации, а также проводить их правильный учет. Семьей считали группу растений, полученных с семян одного колоса. За разные случаи мутирования принимали растения, отличающиеся по фенотипу от исходной формы в пределах одной семьи. Растения с измененными признаками выделяли тщательным осмотром всех семей во время прохождения ими основных фаз роста и развития. Частоту и спектр мутантных форм учитывали только с поколения М₃ после проверки наследования измененных признаков по соотношению количества семей с мутантными растениями к изученным семьям поколения М₂.

По данным Украинской лаборатории качества и безопасности продукции АПК Национального университета биоресурсов и природопользования, концентрации гексахлорбензола в почве хранилища и его рекультивированного участка составляли 550,5 мг/кг и 292,0 мг/кг, при ПДК 0,03 мг/кг.

Математическую обработку данных проводили по общепринятым методикам [2, с. 223; 5, с. 218]. Достоверность разницы между средними показателями опытных вариантов и контролем оценивали по критерию Стьюдента и Фишера.

Изучая мутагенную активность загрязнения почвы полигона в месте захоронения гексахлорбензола и на рекультивированном участке, установлено, что частота видимых мутаций в поколениях М₂-М₃ растений озимой пшеницы сорта Альбатрос одесский статистически достоверно превышала спонтанный уровень в контроле. Так, в условиях выращивания первого поколения растений на территории захоронения токсических отходов, частота мутаций составляла 5,51±1,03 %, что в 5,6 раза превышало контроль (табл. 1). Остатки гексахлорбензола, выявленного в почве рекультивированных площадей хранилища, сохраняли мутагенные свойства. Об этом свидетельствует высокий уровень (3,32±0,79 %) видимых мутаций у растений М₂-М₃, превышающий контроль в 3,4 раза. И хотя показатель частоты видимых мутаций на рекультивированном участке уступал по величине частоты мутаций, индуцированных загрязнением почвы территории захоронения гексахлорбензола, все же статистически достоверной разницы не выявлено.

Спектр типов мутаций довольно широкий: 1 – высокорослая, 2 – низкорослая, 3 – полукарлик, 4 – карлик, 5 – интенсивный рост, 6 – раннеспелая, 7 – среднеранняя, 8 – позднеспелая, 9 – длинный колос, 10 – короткий колос, 11 – крупный колос, 12 – плотный колос, 13 – неплотный колос, 14 – цилиндрический колос, 15 – скверхедный колос, 16 – безостый колос, 17 – помятые ости, 18 – широкий лист, 19 – гофрированный лист, 20 – отсутствие воскового налета. Он преимущественно включал формы высокорослые, низкорослые, с интенсивным ростом и поздними сроками созревания.

Таблица 1.

Частота видимых мутаций (М₂-М₃) озимой пшеницы сорта Альбатрос одесский под влиянием загрязнений почвы токсическими отходами

* – разница относительно контроля статистически достоверна при Р ≤ 0,05

Мутации неплотный, цилиндрический, скверхедный колос выявлены с частотой 0,98, 0,82 и 1,43 %, что существенно превышало контрольные показатели (табл. 2). Среди типов мутаций выявлено типичные, возникающие сравнительно с невысокой частотой, но характеризующие реакцию генома пшеницы на действие химического загрязнения почвы. К ним относятся среднеранние формы, длинный, плотный, неплотный, цилиндрический, скверхедный, безостый колос. Среди мутаций выявлены такие, что встречаются очень редко, или единично: крупный колос, помятые ости, широкий, гофрированный лист, раннеспелые формы. Внимание привлекают мутации, связанные с уменьшением длинны стебля, в частности полукарликовые и карликовые формы, которые выявлены с частотой 0,20–0,41 % и 0,20–0,39 %, соответственно. Они являются очень редкими при спонтанном мутагенезе и, по предварительным опытам академика НАН Украины В.В. Моргуна (2010), оказались типичными в условиях радионуклидного загрязнения в результате аварии на ЧАЭС. Таким образом, указанные мутации могут использоваться как биоиндикаторы загрязнения почвы хлорсодержащими токсическими отходами.

Среди семей М₂ были выявлены такие, которые включали растения с комплексными мутациями, или группу растений с мутациями разных типов. В частности, семьи сорта Альбатрос одесский отличались сочетанием мутаций длинный, неплотный колос; позднеспелая, карлик, скверхедный колос; интенсивный рост, безостый, скверхедный колос; интенсивный рост, отсутствие воскового налета; высокорослая, помятые ости, скверхедный колос; интенсивный рост, высокорослая, длинный колос, отсутствие воскового налета; плотный, цилиндрический колос, полукарлик; высокорослая, раннеспелая, короткий, плотный, цилиндрический колос.

Таблица 2.

Спектр видимых мутаций (М₂-М₃) озимой пшеницы сорта Альбатрос одесский под влиянием загрязнений почвы токсическими отходами

* – разница относительно контроля статистически достоверна при Р ≤ 0,05

Таким образом, загрязнение почвы полигона токсическими отходами приводит к существенному возрастанию частоты мутаций у озимой пшеницы, превышающей в 3,4–5,6 раза их спонтанный уровень. Спектр типов мутаций преимущественно включает формы высокорослые, низкорослые, с интенсивным ростом и поздними сроками созревания. Типичной реакцией генотипа пшеницы на загрязнение почвы гексахлорбензолом является индуцирование полукарликов и карликов, которые могут использоваться как биоиндикаторы загрязнения почвы хлорсодержащими токсическими отходами. Проведенная работа по вывозу гексахлорбензола на утилизацию и дальнейшая рекультивция территории полигона не решают проблемы мутагенного загрязнения почвы в г. Калуш и требует сохранения за полигоном статуса объекта повышенной опасности.

Список литературы:

1. Бондар Л.С. Моніторинг генотоксикологічного забруднення деяких чинників навколишнього середовища / Л.С. Бондар, А.В. Мацях, В.В. Беляєв // Генетика і селекція в Україні на межі тисячоліть. – К.: Логос, 2001. – С. 219–225.
2. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований) / Б.А. Доспехов – М.: Агропромиздат, 1985. – 351 с.
3. Клименко М.О. Моніторинг довкілля: підручник (для студентів вищих навчальних закладів) / М.О. Клименко, А.М. Прищепа, Н.М. Вознюк – К.: Видавничий центр «Академія», 2006. – 360 с.
4. Лазоришин І. Невмирущий полігон / І. Лазоришин // Галичина. – 30 жовтня 2014 р.
5. Лакин Г.Ф. Биометрия / Г.Ф. Лакин – М.: Высшая школа, 1990. – 350 с.
6. Мамедова А.О. Биоиндикация качества окружающей среды на основе мутационной и модификационной изменчивости растений / А.О. Мамедова // Цитология и генетика. – 2009. – Т. 43, № 2. – С. 61–64.
7. Моргун В.В. Генетичні наслідки аварії на Чорнобильській АЕС / В.В. Моргун, Р.А. Якимчук – К.: Логос, 2010. – 400 с.
8. Національний план виконання Стокгольмської конвенції про стійкі органічні забруднювачі. – Київ, 2011. – 253 с.
9. Петрук Р.В. Екологічна безпека складів і сховищ отрутохімікатів і відновлення земель навколо них / Р.В. Петрук, В.Г. Петрук, А.П. Березюк // Вісн. КрНУ імені Михайла Остроградського. – 2013. – Т. 80, № 3. – С. 197–202.
10. Швидь С.Ф. Динаміка залишкових концентрацій пестицидів у грунтах Полтавської області / С.Ф. Швидь, Л.М. Швидь, В.О. Наталочка, С.К. Ткаченко // Вісник Полтавської державної аграрної академії. – 2010. – № 3. – С. 26–31.