ИЗУЧЕНИЕ ГЕНЕТИЧЕСКИХ ЭФФЕКТОВ В СИСТЕМЕ ПОЧВА-РАСТЕНИЕ ПРИ БИОТЕСТИРОВАНИИ ТЕХНОГЕННЫХ ТЕРРИТОРИЙ

STUDYING GENETIC EFFECTS IN THE SOIL-PLANT SYSTEM AT TECHNOGENIC TERRITORIES BIOTESTING

Evelina Aghajanyan

cadidate of Science, senior researcher, Laboratory of general and molecular genetics of RI “Biology“, Yerevan State University (YSU),

Armenia, Yerevan

Rimma Avalyan

candidate of Science, researcher, Laboratory of general and molecular genetics of RI “Biology“,YSU,

Armenia, Yerevan

Anahit Atoyants

candidate of Science, researcher, Laboratory of general and molecular genetics of RI “Biology“,YSU,

Armenia, Yerevan

Rouben Aroutiounian

corresponding member of National Academy of Sciences of Armenia, professor, Head of Department of genetics and cytology, Faculty of biology, YSU,

Armenia, Yerevan

АННОТАЦИЯ

Исследован уровень генотоксичности и кластогенности почвенных образцов с территории Сюникского марза Армении с применением биотестов Трад-ВТН и Трад-МЯ модельного тест-объекта Традесканции (клон 02). Установлен высокий уровень генетических эффектов по данным обоих тестов. Выявлена достоверная высокая корреляция между концентрацией Cu в почвенных образцах и тест-критериями микроядерного теста. Полученные результаты показывают, что оба биотеста традесканции могут быть использованы для биоиндикации загрязнения почвы техногенно нарушенных территорий.

ABSTRACT

The genotoxicity level of soil samples from arears of Syunik marz with application Trad-SHM and Trad-MCN bioassays of model test-object Tradescantia (clone 02) was investigated. The higher level of genetic effects on the both bioassays data was disclosed. The high positive correlation between the test-criterions of micronucleus test frequency and the concentration of Cu in the studied soil samples was revealed. The obtained results show, that both bioassays of Tradescantia can be applied for biotesting of techogenic territories soil pollution.

Ключевые слова: Традесканция (клон 02); генетические эффекты; загрязнение почвы.

Keywords: Tradescantia (clone 02); genetic effects; soil pollution.

В настоящее время генетический мониторинг антропогенного загрязнения окружающей среды различного рода поллютантами занимает важное место в системе биомониторинга. Используемые для этой цели биологические тест-системы, особенно растительные организмы, позволяют определить изменения в окружающей среде на ранней стадии. Мониторинг загрязнения почвы природных и техногенно нарушенных территорий на сегодняшний день является важнейшей частью системы экологической оценки состояния окружающей среды [3, с. 75].

На территории Армении за последнее время наблюдается усиленное воздействие антропогенных и техногенных факторов на природные экосистемы и вследствие этого активизируются процессы деградации почвенного покрова. Наиболее экстремальными природными биогеохимическими провинциями являются рудные поля и территории месторождений, где сосредоточено повышенное комплексное содержание тяжелых металлов (ТМ). В связи с этим особое значение приобретает получение достоверной информации об уровнях техногенного загрязнения данной среды с привлечением чувствительных растительных тест-систем в качестве объектов биоиндикации [4, с. 132].

В системе генетического мониторинга традесканция (клон 02) используется как высокочувствительный биоиндикатор уровня генотоксичности загрязнителей воздушной, водной и почвенной среды. Данная тест-система применяется для оценки воздействия ксенобиотиков не только на соматические, но и на спорогенные клетки в период микроспорогенеза.

В качестве основных маркерных тестов данного клона используются: тест-система волосков тычиночных нитей (тест Трад-ВТН) для выявления соматических мутаций и морфологических изменений (генотоксический эффект), а также – микроядерный тест (тест Трад-МЯ) для обнаружения нарушений процесса микроспорогенеза с образованием микроядер (МЯ) в терадах микроспор (кластогенный эффект).

Многолетними исследованиями нашей научной группы по изучению генотоксического действия ксенобиотиков на растения традесканции (клон 02) была показана возможность и целесообразность использования индикаторных тест-систем Трад-ВТН и Трад-МЯ в практике генетического мониторинга загрязнения окружающей среды как вблизи источников техногенного загрязнения, так и в городских условиях экологической нестабильности [1; 2].

Целью настоящей работы явилось проведение биотестирования уровня генотоксичности и кластогенности почвенных образцов с территории Сюникского марза южной части Армении (вблизи г. Капан и прилегающих территорий) с применением тестов Трад-ВТН и Трад-МЯ клона 02 традесканции в системе почва-растение.

Материал и методика Объектом исследования служили растения традесканции, которые выращивались непосредственно в вазонах с тестируемыми почвенными образцами. В качестве маркерных тест-критериев биотеста Трад-ВТН учитывались: изменения окраски клеток-волосков тычиночных нитей с голубых на розовые (рецессивные мутационные события – РМС). При тестировании также отмечались мофологические изменения волосков – карликовые (невыжившие – НВ) и разветвленные (РВ). Частота мутационных событий и морфологических аномалий проводилась в расчете на 1000 волосков [5, с. 218]. При применении микроядерного теста учитывались два основных тест-критерия: частота образования микроядер и процент тетрад с микроядрами. Для проведения биотеста готовились временные ацетокарминовые препараты по общепринятой методике и анализировались тетрады микроспор в среднем на 100 тетрад [6, с. 224].

В качестве материала исследования использовали почвенные образцы с техногенной территории, где расположены Капанские медные, медно-молибденовые и полиметаллические рудники. В данном регионе в основном преобладают горнолесные, горнокоричневые, вязко-торфяные почвы и горный чернозем. Отбор почвенных образцов проводился в весенне-летний период 2014–2015 гг. Для проведения вегетационного эксперимента в системе почва-растение исследуемые образцы почв были соответственно маркированы: N1 – Отвал-1, N2 – Отвал-2, N3 – Водохранилище, N4 – Пионерская дамба, N5 – район Шаумян. В качестве условно контрольного (фонового) были использованы почвенные образцы со стелажей теплицы ЕГУ. Опыт проводился в лабораторных условиях (климакамера) при одинаковом световом режиме (18 ч/6ч – день/ночь).

Также был проведен химический анализ исследуемых образцов на содержание в них некоторых элементов и тяжелых металлов (Na, P, K, Ca, Mg, Cr, Mn, Fe, Co, Cu, Zn, As, Mo, Cd, Pb).

Все полученные результаты обрабатывали статистически с использованием t-критерия Стьюдента и применением компьютерной программы Statgraphics Plus 2.1.

Результаты и обсуждение На основании проведенных исследований по обоим тестам показано увеличение как частоты РМС, так и МЯ в тетрадах и тетрад с МЯ во всех опытных вариантах по сравнению с контрольным уровнем в зависимости от пункта исследования. Наибольший выход генетических эффектов по данным обоих тестов проявился в вариантах N1 и N5 (таблица 1). Кроме того, во всех исследуемых вариантах наблюдался высокий процент разветвленных волосков, что свидетельствует о тератогенном действии находящихся в почвенных образцах компонентов на растение традесканции. Следует также отметить, что в начале вегетации растения образца N4 погибли (высохли), что может быть обусловлено высоким содержанием в данной почвенной пробе токсичных для роста растения химических элементов (особенно, Fe, Cu, Zn, As, Ag, Cd, Pb). Кроме того, в течение всей вегетации происходило подавление роста и цветения растений в варианте с образцом N2, где, по сравнению с другими образцами, наблюдалась повышенная концентрация большинства химических элементов (Na, K, Ca, Mg, Mn, Fe, Zn, Ag, Cd, Pb).

Был проведен корреляционный анализ между уровнем соматических мутаций (РМС), а также процентом МЯ и концентрациями химических элементов и ТМ в исследуемых почвенных образцах. Установлена достоверная высокая корреляция между концентрацией Cu в почвенных образцах и обоими тест-критериями микроядерного теста (МЯ в тетрадах – r=0,80 при t<0,05 и тетрады с МЯ – r=0,84 при t<0,01).

Таблица 1.

Индукция генотоксических и кластогенных эффектов в клетках традесканции (клон 02)

^* - p<0,05,^** - р<0,01,^*** - р<0,001

На основании проведенных исследований показано генотоксическое (мутагенное и тератогенное) и кластогенное действие компонентов почвы изученных образцов, которое выражается в достоверном повышении уровня соматических мутаций и морфологических аномалий, а также – высокой индукцией МЯ в тетрадах и тетрад с МЯ при образовании микроспор. Обе тест-системы клона 02 традесканции могут быть использованы в качестве надежных индикаторов экспресс-оценки при биотестировании техногенно нарушенных территорий.

Список литературы:

1. Агаджанян Э.А., Атоянц А.Л., Авалян Р.Э., Варжапетян А.С., Арутюнян Р.М. Генотоксическая оценка влияния тяжелых металлов в системе почва-растение // Физика, Химия, Биология: актуальные проблемы: матер. междунар. научно-практ. конфер. Новосибирск, 2012 – C. 15–19.
2. Агаджанян Э.А., Авалян Р.Э., Атоянц А.Л., Арутюнян Р.М. Генотоксическая оценка состояния природных и техногенных ландшафтов Армении с применением высокочувствительного биоиндикатора – клона 02 традесканции // Биолог.разнообр. Кавказа и юга России: матер. ХVI междунар. конф. Магас, 2014 – C. 388–390.
3. Водяницкий Ю.Н. Экотоксикологическая оценка опасности тяжелых металлов и металлоидов в почве // Агрохимия. 2012. № 2. С. 75–84.
4. Оганесян В.К. Кафанские медные рудники. Ереван, 1973. 158 с.
5. Ma T.H., Gabrera G.L., Cebulska-Wasilewska A., Chen R., Loarea E. Vanderberg A.L., Salamone M.F. Tradescantia stamen hair mutation bioassay  // Mutat.Research – 1994a. – Vol. 310, – P. 211–220.
6. Ma T.H., Gabrera G.L., Gabrera G.L., Chen R., Gill B.S., Sandhu S.S., Vanderberg A.L., Salamone M.F. Tradescantia micronucleus bioassay // Mutat. Research – 1994b. – Vol. 310, – P. 220–230.