Экология/6. Экологический мониторинг

асп. Ерохина И.С., к.биол.н. Елькина Н.А.

Петрозаводский государственный университет

Палиноиндикация природной среды урбанизированных территорий таежной зоны

В настоящее время особое значение приобретают исследования, связанные с оценкой состояния урбанизированной среды, насыщенной разнообразными источниками загрязнения. Дополнение объективной информации химического и физико-химического контроля данными биомониторинга способно приблизить нас к адекватной оценке экологической ситуации в современном городе. В качестве объектов для биомониторинга могут быть использованы рецентные пыльцевые зерна древесных и травянистых растений. Установлено, что в условиях экологического неблагополучия растения продуцируют большое количество тератоморфных (уродливых) и стерильных пыльцевых зерен [5]. При проведении исследований обычно оценивается доля нормально развитой и дефектной пыльцы, а так же могут определяться показатели метаболизма пыльцевых зерен. Исследуя морфологические особенности пыльцевых зерен, можно не только устанавливать наличие гаметопатогенных соединений в окружающей среде, но и давать сравнительную оценку загрязненности ими разных зон, не прибегая к традиционной методике прямого учета мутаций или к применению дорогостоящего, а иногда и труднодоступного оборудования. Преимуществами метода являются быстрота выполнения опытов и возможность скрининга большого объема проб [1,3,4,5,7].

На территории Республики Карелия палиноиндикационные исследования выполнены в двух промышленных городах – в столице республики г. Петрозаводске, крупном промышленном центре северо-запада России и в г. Костомукша. На территории Петрозаводска в качестве видов-индикаторов для оценки уровня загрязнения различных районов города были предложены береза пушистая (Betula pubescens Ehrh.), подорожник большой (Plantago major L.) и крапива двудомная (Urtica dioica L.), а в Костомукше – сосна обыкновенная (Pinus sylvestris L.). Эти виды широко представлены на городских территориях, их биология и морфологические характеристики пыльцы хорошо изучены.

Для выполнения исследований были собраны соцветия (стробилы) исследуемых растений, в различных частях Петрозаводска и Костомукши (не менее 15 проб для каждого вида), характеризующихся разным уровнем антропогенной нагрузки и видами загрязнителей. Кроме того, пробы пыльцы растений были собраны и на условно-чистых, контрольных территориях. Соцветия (стробилы) фиксировали в 70% этиловом спирте. Качество пыльцы определяли по степени морфологической сформированности пыльцевых зерен ацетокарминовым методом [8]. Микропрепараты изучали при помощи светового микроскопа при увеличении 400x. Нормально развитой считается пыльца с окрашенной в розовый цвет, хорошо структурированной цитоплазмой, содержащая ядро с генеративной и вегетативной клетками. Тератоморфная пыльца – неокрашенная, сморщенная, пустая, и с другими видимыми повреждениями. Было изучено не менее 2500 пыльцевых зерен из пробы каждого района [6].

При исследовании пыльцевых зерен березы, крапивы и подорожника в г. Петрозаводске наихудшее качество пыльцы было обнаружено в районах, где расположены крупные предприятия, проходят оживленные автотрассы или железная дорога. При этом четко выделялись районы, где разнообразие загрязняющих факторов было больше. Так, в пробе из района Петрозаводска, на территории которого располагаются машиностроительный завод, котельные, автотрасса, гаражи и др. компании разного профиля, количество тератоморфной пыльцы березы достигло 50,5%, подорожника – 88,5%, а крапивы – 77,1%. Тогда как на территории жилых районов города количество аномальной пыльцы гораздо ниже: у березы от до 4 до 20%, а у подорожника и крапивы 30 – 40%. В контрольных образцах березы, подорожника и крапивы количество тератоморфной пыльцы было 5, 15 и 25% соответственно. Результаты проведенных исследований свидетельствуют о большом разнообразии вариантов нарушения морфологического строения пыльцы изучаемых растений. Для пыльцы березы зафиксировано 7 видов нарушений, преобладает пыльца с комковатой цитоплазмой. Для пыльцы подорожника и крапивы было выделено 3 вида нарушения, преобладает пыльца с патологической вакуолизацией, часто встречаются пустые пыльцевые зерна.

Костомукша расположена северо-западнее г. Петрозаводска. На удалении 10 км от города в северо-восточном направлении находится Костомукшский горно-обогатительный комбинат (ГОК). Анализ показал, что содержание аномально развитых пыльцевых зерен сосны для г. Костомукша составляет, в среднем, 43%. На условно чистой территории – 5,5%. В окрестностях ГОКа количество тератоморфной пыльцы ниже – от 8 до 15%. Выбросы комбината ориентированы в северо-восточном направлении в соответствии с розой ветров, оказывая существенное влияние на развитие пыльцы на расстоянии 2–4 км от комбината, что связано с особенностями аэротехногенных выбросов ГОКа [2]. В юго-западном направлении от ГОКа, количество тератоморфной пыльцы остается невысоким около комбината и увеличивается по мере приближения к городу. Таким образом, влияние ГОКа на состояние природной среды города минимально. Гораздо сильнее на мужские генеративные органы сосны воздействует сочетание загрязняющих веществ города и аэровыбросов комбината. В результате анализа полученных данных было выявлено 11 видов нарушений морфологии пыльцы сосны. Все они были обнаружены в пробах пыльцы из города, а на контрольных пробных площадях – 7. Большинство нарушений связано со строением пыльцевых мешков, экзины и отсутствием внутреннего содержимого.

Проведенный нами анализ показал, что предлагаемый для мониторинга состояния окружающей среды палиноиндикационный метод достаточно чувствителен и хорошо дифференцирует исследуемые районы. Береза, сосна, подорожник и крапива как тест-объекты для мониторинга в условиях таежной зоны имеет высокую чувствительность к различным видам загрязнения. Метод может быть рекомендован к применению для мониторинга экологического состояния урбанизированных территорий таежной зоны. Его дальнейшая разработка может быть связана с выяснением соотношений вида нарушений пыльцы с действующими факторами различной природы.

Литература.

1. Бессонова В.Н. Состояние пыльцы как показатель загрязнения среды тяжелыми металлами / В.Н. Бессонова // Экология.– 1992.– №3.– С. 45-50.

2. Влияние аэротехногенного загрязнения на состояние сосновых лесов Северной Карелии/ Сост.: И.П. Лазарева и др. Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 1992. 51 с.

3. Глазунова К.П. Пыльца как индикатор негативных факторов окружающей среды: эмбриологический аспект / К.П. Глазунова // Пыльца как индикатор состояния окружающей среды и палеоэкологические реконструкции: Междун. семинар.– СПб, 2001. –С. 61-64.

4. Дзюба О.Ф. Палиноморфология как звено в цепи экологического мониторинга / О.Ф. Дзюба // Экология. – СПб, 1999.– С. 57-79.

5. Дзюба О.Ф. Тератоморфные пыльцевые зерна в современных и палеопалинологических пыльцевых спектрах и некоторые проблемы палиностратиграфии / О.Ф. Дзюба // Нефтегазовая технология: Теория и практика.– 2007.– №2.– С. 1-22.

6. Зайцев Г. Н. Методика биометрических расчетов / Г. Н. Зайцев.– М., 1990.– 295 с.

7. Калашник Н.А., Хромосомная индикация загрязнения окружающей среды с использованием древесных объектов / Н.А. Калашник, Л.М. Шафикова, Т.А. Лихонос, Л.П. Преснухина, Т.Г. Хайдарова // Проблемы эволюционной генетики, селекции и интродукции: тез. науч. чтений.– Томск, 1997. – С. 69-71.

8. Паушева З. П. Практикум по цитологии растений / З. П. Паушева.– М.: Агропромиздат.– 1980.– 304 с.