Влияние сульфата железа и хлорида меди на структуру политенных хромосом личинок некоторых видов комаров-звонцов

УДК 754.632

Н. В. Винокурова, А. Ю. Шартон, М. В. Данилова

ВЛИЯНИЕ СУЛЬФАТА ЖЕЛЕЗА И ХЛОРИДА МЕДИ НА СТРУКТУРУ ПОЛИТЕННЫХ ХРОМОСОМ ЛИЧИНОК НЕКОТОРЫХ ВИДОВ КОМАРОВ-ЗВОНЦОВ

На основе токсикологического эксперимента впервые были получены данные о влиянии сульфата железа и хлорида меди на структурную организацию политенных хромосом Glyptotendipes glaucus Mg. Описаны новые для указанного вида последовательности дисков хромосом. Обнаружено, что частота инверсионных последовательностей и число генотипических сочетаний увеличиваются вместе с возрастанием концентраций исследуемых веществ.

On the basis of the toxicological experiment the data on the influence of sulfate of iron and chloride of copper on the structurally functional organization of polytene chromosomes of Glyptotendipes glaucus Mg. for the first time have been received. Sequences of chromosome disks which are new for this kind are described. It is revealed, that frequency of inversion sequences and number of combinations of genotype increases together with increase of concentration of these substances.

Введение

49

Важную роль в жизни практически всех типов континентальных водоемов играют личинки комаров-звонцов семейства Chironomidae. Являясь наиболее массовыми и распространенными, хирономиды представляют собой удобную модель при анализе антропогенных воздействий, которые в условиях усиливающегося развития промышленности становятся повсеместными и неизбежными. Кроме того, хирономиды имеют самые крупные в природе политенные хромосомы, которые по сравнению с обычными метафазными достигают громадных размеров и позволяют проводить цитогенетический анализ воздействия различных токсических веществ на генетический аппарат с помощью недорогих методик [1, с. 445; 2, с. 901].

При проведении биомониторинга водоемов с использованием тест-систем необходимо знать выраженную реакцию на интересующий поллютант, но, так как в водной среде присутствуют целые комплексы токсикантов в виде различных соединений, достаточно трудно определить специфичность действия отдельного элемента. Поэтому целью нашей работы стала оценка выраженности воздействия солей железа и меди на структурно-функциональную организацию политенных хромосом у представителя семейства хирономид Glyptotendipes glaucus Mg. и сравнение экспериментальных данных с материалом, полученным на объектах из природной популяции этого вида.

Материал и методы

Объектом исследования служили кладки и личинки G. glaucus, сбор которых производился в водоеме Карасевка (ул. Нансена, г. Калининград).

Вестник РГУ им. И. Канта. 2008. Вып. 7. Естественные науки. С. 49 — 54.

50

Личинок G. glaucus собирали в сентябре 2006 г. с корней и погруженных в воду частей растений и фиксировали на месте в жидкости Кларка. Кладки G. glaucus были добыты в июле 2006 г. в прибрежной зоне водоема с погруженных в воду предметов. Собранный материал помещали на месте в растворы РеБ04 (с концентрациями 1127, 211 и 127 мг/ л) и СиБ04 (1,5 и 3 мг/ л), а также в отстойную воду (контроль). Личинки выращивались в течение 2—4 месяцев, после чего фиксировались в спирто-уксусной смеси. Временные цитологические препараты политенных хромосом слюнных желез личинок готовились по стандартной ацето-орсеиновой методике. Картирование G. glaucus осуществлялось по С. И. Беляниной, Н. А. Дурновой [3, с. 248]. Химический анализ ила на содержание тяжелых металлов проводился на атомно-адсорбционных спектрографе и спектрометре. Исследовали структуру политенных хромосом 42 особей из природных популяций и 105 экспериментальных личинок G. glaucus.

Результаты и обсуждение

Частоты обнаруженных стандартных и инвертированных последовательностей изученной природной популяции и экспериментальных G. glaucus представлены в таблице 1.

Таблица 1

Относительная частота встречаемости инверсий политенных хромосом Є. glaucus в природной и экспериментальных выборках

Инверсия Сентябрь, 2006 г. Контроль Бе804, мг/л СиБ04, мг/ л

127 211 1127 1,5 3

А 11 66,7 40 100 60 66,7 100 73,4

А 12 28,5 60 — 33,3 26,6 — 26,6

А 22 4,8 — — 6,7 6,7 — —

В 11 4,8 — — 6,7 26,6 26,7 6,6

В 12 35,7 16,6 80 40 33,4 33,3 33,4

В 22 59,5 83,4 20 53,3 40 40 60

С 11 100 100 100 100 100 100 100

Б 11 90,5 96,7 66,7 100 100 100 53,3

Б 12 7,1 3,3 33,3 — — — 33.4

Б 14 2,4 — — — — — —

Б 22 — — — — — — 13,3

Е 11 100 100 100 100 73,4 100 100

Е 13 — — — — 26,6 — —

Б 11 97,6 100 100 100 100 100 100

Б 15 2,4 — — — — — —

Є 11 78,6 100 53,4 100 26,6 53,4 93,4

Є 14 19 — 46,6 — 73,4 46,6 6,6

Є 15 2,4 — — — — — —

В кариофонде экспериментальных личинок и природной популяции исследованного нами водоема Карасевка было встречено 15 последовательностей дисков, из которых 3 не упоминались в литературе и

впервые описаны в этой работе. Впервые найденная гетерозиготная последовательность gla Е3 (1 2а-і 7і-а 6 5 4 3 2g 7g 8 9 10 11 12 13 14) (рис. 1а) была обнаружена в самой высокой концентрации сульфата железа. Не описанные ранее гетерозиготные последовательности дисков gla Б5 (15 16 17 18 19 20 24 23 22 21 25) (рис. 16) и gla Б4 (17аі 19е-а 18 17і^ 19Ы 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30) (рис. 2а) были отмечены в природной популяции. Кроме этого, у одной личинки из водоема наблюдалась дупликация отделов 5 — 7д одного из гомологов IV хромосомы. Такая последовательность была обозначена как Є5 (рис. 2б).

а

б

Рис. 1. Примеры аберраций хромосомы II (увеличение 400): а — гетерозиготная инверсия плеча Е; б — гетерозиготная инверсия плеча Б

52

7а-й

б

Рис. 2. Примеры хромосомных аберраций (увеличение 400): а — гетерозиготная инверсия хромосомы СЭ; б — трисомия участка 5 — 7d одного гомолога хромосомы С

Из таблицы 1 видно, что частота встречаемости некоторых инверсионных последовательностей не зависит от концентраций исследуемых веществ. Однако число качественно различных последовательностей дисков увеличивается вслед за повышением концентраций, в част-

ности появляются новые гетерозиготная ^1а Е3) и гомозиготная ^1а 02) инверсии, растет количество последовательностей дисков плеча В. Мы смеем предположить, что данная тенденция — это результат воздействия солей тяжелых металлов на личинок в эмбриогенезе.

Основные параметры полиморфизма исследуемой природной популяции и экспериментальных личинок G. glaucus приведены в таблице 2.

Таблица 2

Полиморфизм природной популяции и экспериментальных личинок Є. glaucus

Параметр Сентябрь 2007 г. Контроль БеБО^ мг/л СиБО4, мг/ л

127 211 1127 1,5 3

Исследованные особи 42 30 15 15 15 15 15

Особи со стандартным кариотипом 0 0 0 1 0 2 0

Гетерозиготные инверсии на особь 0,97 0,83 1,6 0,6 1,13 0,86 1

Гетерозиготные и гомозиготные инверсии на особь 1,6 1,6 1,8 1,3 1,5 1,26 1,7

Инверсионные последовательности 14 10 10 9 10 8 11

Генотипические сочетания 14 6 5 6 11 6 9

Инверсионные последовательности на число генотипических сочетаний 1 1,6 2 1,5 0,9 1,3 1,2

Уровень инверсионного полиморфизма в природной популяции G. glaucus составил 0,97, что соответствует данным по ранее исследованным популяциям этого вида (0,7—1,25) [3, с. 247]. Анализ экспериментального материала показал высокий уровень полиморфизма для выборок из концентраций РеБ04 127 и 1127 мг/л (1,6 и 1,13 соответственно). В изученных выборках было обнаружено только 3 особи со стандартным кариотипом. Причиной отсутствия стандартных особей в большинстве выборок являлась последовательность gla В2.

Число инверсионных последовательностей и генотипических сочетаний в экспериментальных выборках увеличивается с возрастанием концентраций веществ. Однако наибольшими эти показатели оказались у личинок из выборки исследуемого водоема, что может свидетельствовать о токсическом воздействии тяжелых металлов на природную популяцию G. glaucus. Так, анализ ила из системы прудов Карасев-ка показал, что концентрации цинка превышены в 1,5, а меди — в 3 раза от предельно допустимых значений.

Данные таблицы 2 обнаруживают обратную зависимость отношения количества инверсионных последовательностей к количеству генотипических сочетаний от увеличения концентраций исследуемых веществ. Можно предположить, что это связано с изменением природных условий водоема, подвергающегося загрязнению соединениями тяжелых металлов. Поэтому кариофонд популяции, располагая ограниченным числом инверсионных последовательностей, будет использовать их все для формирования разнообразных генотипических сочетаний,

повышая свой адаптационный потенциал. Таким образом, подвергшаяся воздействию тяжелых металлов популяция будет идти в направлении формирования большего числа генотипов, что является материалом для отбора наиболее устойчивых к данному фактору генотипических сочетаний.

В целом исследованная природная популяция G. glaucus характеризуется высоким уровнем хромосомного полиморфизма в ней впервые обнаружены и описаны новые инверсионные последовательности в плечах О, Б, С. Впервые продемонстрирована реакция кариотипа личинок хирономид G. glaucus на воздействие тяжелых металлов в экспериментальных условиях.

Список литературы

1. Кикнадзе И. И., Истомина А. Г. Кариотип и хромосомный полиморфизм сибирских видов хирономид (Оіріега, CЫronomidae) / / Сибирский экологический журнал. 2000. № 4. С. 445 — 460.

2. Петрова Н. А., Винокурова Н. В., Данилова М. В., Маслова В. В. Сезонные изменения структуры кариотипа СЫгопотиэ рЫтоэиэ (Оіріега, CЫronomidae) из биотопа г. Калининграда // Цитология. 2007. Т. 49. № 10. С. 901—905.

3. Белянина С. И., Дурнова Н. А., Шобанов Н. А. Особенности кариотипа и морфологии G1yptotendipes эр. (Оіріега, Chironomidae) с хромосомным набором 2п = 4 // Зоол. журн. 1998. Т. 78. № 12. С. 243—251.

Об авторах

Винокурова Н. В., канд. биол. наук, доц., РГУ им. И. Канта, aidaspost@mai1.ru

Данилова М. В., асп., РГУ им. И. Канта, co1ex@1ist.ru

Шартон А. Ю., асп., РГУ им. И. Канта, anna_sharton@mai1.ru