При проверке факторов окружающей среды на генотоксичность растительные тест-системы незаменимы в силу целого ряда преимуществ, среди которых необходимо назвать возможность проведения многолетних мониторинговых исследований в природной среде, оценки генотоксичности недифференцированных факторов, действующих на исследуемых природных и урбанизированных территориях [2, 4].
Одними из перспективных объектов для биоиндикации являются мхи и лишайники. Они высокочувствительны к загрязнению среды обитания, распространены по всему земному шару и могут быть использованы при мониторинге радиоактивности приземного слоя воздуха на всех уровнях: локальном, региональном и глобальном [1, 5].
Многие исследователи отмечают удобство мхов в качестве объекта мониторинговых исследований, так как они успешно произрастают в условиях сильного атмосферного загрязнения, аккумуляция элементов у мхов практически не зависит от климатических условий [3]. Интегральная оценка различных параметров бриофлоры обеспечивает выявление локального загрязнения исследуемой территории. Сфагновые мхи, благодаря экофизиологическим особенностям, являются эффективными сорбентами пылевых частиц из воздуха. Эти мхи, выполняя функции сорбирующей поверхности и живого поглотителя, накапливают из атмосферных выпадений радионуклиды, химические соединения и элементы, к действию которых мхи обладают повышенной сверхчувствительностью (например, оксиды серы и азота, фторо- и хлороводород), а также тяжелые металлы.
В данной работе проведены предварительная оценка возможности мхов и лишайников концентрировать радионуклиды, определение радиоактивного загрязнения приземного воздуха бриоиндикацией, а также разработана новая методика выявления генотоксичности приземного слоя воздуха урбанизированных и природных территорий, основанная на применении растительных биосенсоров.
Образцы мхов и лишайников отбирались с деревьев, зданий, камней и почвы, расположенных вдоль некоторых наиболее оживленных улиц Западного жилого района г. Ростова-на-Дону. Отбор проб проводился в наиболее чувствительный для экосистем период – с июня по июль, когда количество выпавших осадков минимально. Содержание радионуклидов в отобранных образцах определялось инструментальным гамма-спектрометрическим методом радионуклидного анализа с использованием низкофоновой специализированной установки РЭУС-II-15 на основе полупроводникового GeНР детектора (рабочий эталон II разряда). Методики анализа использовались стандартные с применением счетные геометрий Дента 0,02 л и 0,04 л. Время набора гамма-спектров не превышало 24 часов.
Для оценки возможности использования брио- и лихенофлоры крупного города в качестве биоиндикаторов дополнительно исследовались: радионуклидный состав более 100 образцов почвы (0-2 см слой), удельная загрязненность и радиоактивность приземного слоя воздуха (более 300 образцов). В качестве фоновых образцов брио(лихено)флоры использовали пробы, отобранные в парковых зонах г. Ростова-на-Дону. Результаты измерений приведены в таблице.
Средние содержания 234Th в мхах (лишайниках), почвах и аэрозольной пыли совпадают в пределах погрешности определения (20 %). Концентрация 210Pb, 226Ra, 224Ra, 232Th, 40K, 7Ве в брио(лихено)флоре г. Ростова-на-Дону в 2-4 раза выше, чем в почвах. Также 226Ra, 224Ra, 40K, 137Cs и 232Th в растительности превышает их содержания в аэрозольной пыли в 2-10 раз, а для 210Pb и 7Ве ситуация обратная – в приземном воздухе их содержание в ~7 и 50 раз больше, чем в мхах (лишайниках). В растительности был также определен 241Am глобального происхождения (продукт распада 241Pu).
|
Радионуклид |
Мхи и лишайники. Удельная активность, Бк/кг сухого веса |
Приземный воздух. Удельная активность, Бк/кг пыли |
Почвы (0-2 см слой). Удельная активность, Бк/кг |
|||
|
Пределы вариации |
Среднее |
Пределы вариации |
Среднее |
Пределы вариации |
Среднее |
|
|
238U |
<1 |
2-20 |
8 |
10-60 |
30 |
|
|
234Th |
200-800 |
250 |
130-400 |
220 |
160-340 |
230 |
|
226Ra |
40-150 |
100 |
12-53 |
26 |
20-45 |
26 |
|
210Pb |
300-2000 |
700 |
1000-8000 |
5000 |
120-260 |
230 |
|
232Th |
23-100 |
55 |
2-35 |
12 |
15-40 |
25 |
|
224Ra |
35-200 |
85 |
2-35 |
13 |
15-40 |
25 |
|
7Be |
10-120 |
95 |
1000-150000 |
40000 |
5-20 |
10 |
|
40K |
100-1320 |
820 |
15-150 |
75 |
100-800 |
350 |
|
137Cs |
2-60 |
35 |
5-11 |
2 |
2-55 |
28 |
|
241Am |
1-15 |
7 |
<1 |
<1 |
||
В целом, предварительная оценка возможности мхов концентрировать радионуклиды показала необходимость дальнейшего и подробного изучения радиоактивности лихенофлоры в совокупности с исследованиями радионуклидного состава приземного слоя воздуха, почвы и механизмов ветрового подъема радионуклидов с подстилающей поверхности.
Для выявления генотоксичности использовался ана-телофазный анализ корневой меристемы пшеницы (Triticum sativum) и гороха посевного (Pisum sativum), проращиваемых на субстрате из высушенного и гомогенезированного мха (Hylocomium schreberi). Метод простой, экономичный, не требующий знания кариотипа и идентификации хромосом. Он позволяет выявить лишь определенные типы хромосомных аберраций, но его чувствительность вполне достаточна для заключения о присутствие генотоксикантов.
Метод апробирован и хорошо себя зарекомендовал при комплексном многолетнем мониторинге различных районов г. Ростова-на-Дону, нефтегазовых комплексах Ставропольского края, территориях геомагнитных разломов Главного Кавказского Хребта (Северная Осетия, Дигория, Адыгея), районов, прилегающих к Ростовской АЭС [5].
Разработанный и внедренный в практику метод комплексной оценки генотоксичности приземного слоя воздуха (уровень дыхания) с использованием брио- и лихенофлоры можно считать «датчиком» сигнальной информации о токсичности среды и заменителем сложных химических анализов, позволяющий оперативно констатировать факт токсичности приземного слоя воздуха.
Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 13-08-01413\13.