Использование биоиндикаторов в эколого-гигиенической оценке загрязнения территорий полихлорированными бифенилами (на примере Прибайкалья)

что эффективность формирования протопластов и регенерации их в бациллярную форму зависит от условий, а также от изучаемого штамма.

Целью данной работы явилось определение оптимального времени обработки лизоцимом клеток штаммов двух подвидов Bacillus thuringiensis для получения максимального количества протопластов и их эффективного восстановления на регенерационной среде.

В исследовании использовали штаммы B. thuringiensis: 49 ssp. dendrolimusи 2002 ssp. thuringiensis, полученные нами из коллекции Музея микробиологии Иркутского государственного университета. Клетки культуры, находящейся в логарифмической стадии роста, осаждали центрифугированием (5000 об./мин; 15 мин) и ресуспензировали в среде для протопластирования на основе фосфатного буфера с 7 % сахарозы. Добавляли лизоцим (2 мг/мл, Sigma, USA) и выдерживали при 37 °С. Эффективность протопластирования и регенерации протопластов определяли через 30, 45, 60, 75, 90, 105 мин как разность числа КОЕ/мл, образованных в обычных и гипертонических условиях, после разведения и высева на соответствующие плотные среды. Было проведено по 4 повторности эксперимента для каждого штамма.

В результате проведенного исследования было установлено, что эффективность протопластирования исследованных штаммов уже через 30 мин обработки лизоцимом превышала 80 % для клеток штамма 49 и 90 % — для штамма 2002. Далее она немного повышалась, а после 60 мин оставалась на одном уровне и составила 88,8 ± 0,33 для штамма 49 и 97,6 ± 0,87 для штамма 2002, не снижаясь и не достигая 100 % к концу наблюдения. Способность к регенерации в бациллярную форму была ниже, чем способность к образованию протопластов, и максимально достигала 70 % у штамма 49 и 90 % — у штамма 2002. В динамике эффективности регенерации наблюдали перелом в период от 60 до 75 мин экспозиции. До 60 мин экспозиции доля регенерировавших клеток не превышала 50 % у обоих штаммов. В период 60 — 75 мин она достигала максимума и колебалась от 65,1 % до 81,7 % для штамма 49 и 72,6 % до 97,4 % для штамма 2002 в разных экспериментах. При экспозиции 90 мин эффективность регенерации протопластов обоих штаммов резко снижалась и составляла всего 15 — 20 % как у штамма 49, так и у штамма 2002 и сохранялась на этом уровне в течение последних 15 мин экспозиции. Исходя из этого, экспозицию в лизоциме клеток исследованных штаммов в течение 60 — 75 мин можно считать наилучшей для получения протопластов. Лимитирующим фактором в выборе времени экспозиции является время, обеспечивающее наилучшие условия для регенерации клеточной стенки. Принадлежность к штамму сказывается только на доле формируемых и восстанавливающих клеточную стенку протопластов. Как видно из результатов, клетки штамма 49 более устойчивы к действию лизоцима, а протопласты обладают меньшей способностью к восстановлению клеточной стенки по сравнению со штаммом 2002.

В заключение следует отметить, что клетки двух исследованных штаммов, принадлежащих к подвидам dendrolimus и thuringiensis, имеют сходный характер в динамике формирования протопластов в присутствии лизоцима и их регенерации в исходную форму. Можно полагать, что существуют общие закономерности данных процессов у всех представителей группы Bacillus cereus, так как полученные нами результаты согласуются с данными по образованию протопластов и их регенерации у штаммов, принадлежащих к подвиду galleriae в иных условиях культивирования.

Б.А. Мамонтова, Е.Н. Тарасова, А.А. Мамонтов

использование биоиндикаторов в Эколого-гигиЕничЕской оценке загрязнения территорий полихлорированными бифенилами

Институт геохимии им. А.П. Виноградова СО РАН

Для полихлорированных бифенилов (ПХБ), как и для всех стойких органических загрязнителей (СОЗ), характерны высокая устойчивость в окружающей среде, перенос на большие расстояния от места их производства или использования и неблагоприятное воздействие на здоровье живых организмов, в том числе человека. В группу ПХБ входят 209 конгенеров с разной степенью токсичности для человека и животных и распространенностью в окружающей среде. ПХБ производились и использовались в электротехнической промышленности в разных странах под названиями совол и трихлорбифенил (ТХБ) (СССР), арохлор (США), фенохлор (Франция), фенхлор (Италия) и др. Общее количество ПХБ, произведенного в мире, оценивается в 1,3 — 1,5 млн т, в том числе в бывшем СССР около 180 000 т ПХБ (AMAP, 2000). Во многих странах в 1970-х годах производство и применение ПХБ было ограничено и/или запрещено. В России оборудование, содержащее ПХБ, еще продолжает использоваться и/или храниться на складах (AMAP, 2000). Кроме того, ПХБ образуются как побочные продукты хлорорганического синтеза. Особенно мощный и длительно действующий источник атмосферного загрязнения ПХБ в Иркутской области обнаружен ранее в районе г. Усолья-Сибирского, где расположен крупный химический комбинат «Усольехимпром» (Mamontov et al., 2000; Полихлорированные бифенилы..., 2005 и др.).

Основной путь миграции ПХБ в окружающей среде от источника образования или от места использования — через атмосферу с последующим осаждением на поверхность почвы и растительность. В воде и атмосферном воздухе отмечены очень низкие концентрации СОЗ. Более высокие уровни ПХБ наблюдаются в почве, донных осадках и биоте (AMAP, 1998). Проведение комплексной оценки загрязнения ПХБ территорий требует проведения большого количества анализов токсикантов в различных абиотических и биотических объектах окружающей среды и поэтому по-прежнему остается достаточно дорогостоящим мероприятием. Поэтому для оценки степени загрязнении территорий токсикантами предлагается использовать биоиндикаторы — «живые организмы, обладающие хорошо выраженной реакцией на внешнее воздействие» (Опекунова, 2004). Содержание СОЗ в тканях некоторые живых организмов может служить показателем загрязнения токсикантами атмосферного воздуха, почв и воды на территории их обитания, т.е. служить основой для специфической биоиндикации загрязнения окружающей среды этими соединениями (Опекунова, 2004). Такими организмами могут служить домашние животные и продукция животноводства. Молоко коров, которые кормятся только травой с пастбища, является показателем атмосферного поступления (McLachlan, 1993). Другим видом домашних животных, которые могут в значительной степени накапливать токсиканты, являются домашние птицы. Даже относительно низкие уровни загрязнения окружающей среды могут приводить к аккумуляции СОЗов в тканях птиц и яйцах. Птицы являются лучшими маркерами источников загрязнения СОЗами, чем млекопитающие, так как в организме птиц конгенерный состав изменяется в меньшей степени (Covaci et al., 2002). Кроме того, почва играет наиболее важную роль в поступлении этих токсикантов в организм птиц, так как птицам необходимо заглатывать мелкие камешки для переваривания пищи (Lovett et al., 1998). Высокое содержание жиров в яйцах птиц способствует накоплению СОЗ.

Отбор проб коровьего молока и куриных яиц на территории Прибайкалья производился в 2001 — 2005 гг. Коровье молоко собиралось весной и осенью на молочно-товарных фермах Прибайкалья и, при их отсутствии, в частных хозяйствах. Яйца кур отбирались осенью в частных хозяйствах в районе атмосферного влияния промышленных городов Усолья-Сибирского, Иркутска, Братска и в сельской местности. Почва отбиралась методом конверта на пастбищах, принадлежащих соответствующим фермам, и на территориях, прилегающих к изученным хозяйствам. Пробы транспортировались в институт геохимии СО РАН и хранились при температуре —20 °С до анализа. Анализ проводился методом, описанным в (Полихлорированные бифенилы..., 2005) в лаборатории института геохимии СО РАН, созданной в рамках международного гранта INTAS 2000-00140 и успешно прошедшей интеркаллибрацию с зарубежными лабораториями. ГХ/ДЭЗ анализ выполнялся на приборе HP 5860A.

Наибольшие концентрации ПХБ в почвах, в осеннем коровьем молоке и куриных яйцах обнаружены в зоне влияния атмосферных выбросов промышленных предприятий Усолья-Сибирского (Mamontova et al., 2004, 2006, 2007). Наименьшие величины — в сельскохозяйственных районах (Качугский и др.) и в районе среднего и северного Байкала.

Распределение содержания СОЗ в молоке, отобранном весной, отличалось от такого в осеннем молоке. Большие концентрации в весеннем молоке могут быть результатом зимнего кормления (например, добавление корнеплодов, загрязненных частицами почвы, в корма животных и т.д.) и возможные источники ПХБ (например, поврежденные ПХБ-содержащие трансформаторы или другое электротехническое оборудование) на фермах. При изучении взаимосвязи концентраций ПХБ в молоке и в почвах в рассмотрении брались конгенеры медленно метаболизируемые в организме коров конгенеры ПХБ, к которым относятся конгенеры с замещением атомов водорода атомами хлора в пара-положении молекулы ПХБ (McLachlan, 1993; Covaci et al., 2002). Доля этих конгенеров (ПХБ-74, 99, 85, 118, 153, 138, 158, 183, 180, 190/170) в суммарном ПХБ составляет 53-92 %. Достоверная сильная корреляция была получена между содержанием ПХБ в почве пастбищ и в осеннем молоке. Слабая связь величин ПХБ в почве пастбищ и в весеннем молоке найдена во всех случаях, при условии, что концентрации в осеннем молоке выше, чем в весеннем.

Распределение гомологов ПХБ в яйцах кур, произведенных на территории Иркутской области, соответствует распределению гомологов в соволе или его аналоге Арохлоре 1254 (Ivanov, Sandell, 1992). Исключение составляет проба куриных яиц из пос. Тельмы, в которых больше доля низкохлорированных ПХБ, что, возможно, связано с другой технической смесью ПХБ — ТХД. Средняя и сильная корреляционная связь получена для суммы стабильных конгенеров ПХБ в яйцах кур и в почве. Для низкохлорированных ПХБ взаимосвязь концентраций в яйцах и в почве сильная и достоверная (ПХБ-28 — г = 0,99, p = 0,002, ПХБ-74 - г = 0,98, p = 0,016, ПХБ-95/66 - г = 0,99, p = 0,004).

Коровье молоко занимает второе место в поступлении ПХБ в организм человека после рыбы (25 % в среднем по Иркутской области). Значение коровьего молока и куриных яиц в поступлении ПХБ в организм человека изменяется в зависимости от района производства. Так, если в среднем по области в организм чело -века поступает 11 нг/день, что составляет 2 % от суточной дозы, то при потреблении куриных яиц из частного хозяйства в пос. Тельма суточное поступление только индикаторных ПХБ уже составит 430 нг/день, что уже соответствует 1/3 референтной дозы всей суммы ПХБ при потреблении всех видов продуктов.

Таким образом, распределение ПХБ в почвах региона и в организме сельскохозяйственных животных обусловлено наличием значительного источника атмосферного поступления в районе г. Усолья-Сибирского. Изученные объекты (коровье молоко и яйца домашних кур) могут быть показателями загрязнения почв и атмосферы на определенной территории СОЗами при условии существования ис-

точника их атмосферной эмиссии и при содержании животных, обеспечивающим их контакт с почвой (например, выпас скота на пастбищах).

Работа выполнена при финансовой поддержке грантов INTAS 2000-00140, РФФИ № 07-05-00697 и проекта № 133 Лаврентьевского конкурса молодежных проектов СО РАН.

М.В. Оскорбина, Г.Г. Суворова

экологические особенности некоторых структурных и функциональных характеристик фотосинтетического аппарата хвойных

Сибирский институт физиологии и биохимии растений СО РАН

Фотосинтез — единственный биологический процесс, на основе которого осуществляется экологически безопасное использование солнечной энергии в глобальных, общепланетарных масштабах. Поэтому управление фотосинтезом, повышение его эффективности в естественных растительных экосистемах является одной из приоритетных задач экологического развития производительных сил человеческого общества.

В Средней Сибири огромные территории занимают лесные экосистемы, в которых преобладают хвойные породы деревьев. Именно поэтому является необходимым изучение взаимосвязи структурных и функциональных особенностей фотосинтетического аппарата хвойных для изучения механизмов устойчивости и продуктивности в экстремальных условиях произрастания.

Цель работы — изучение структурной организации фотосинтетического аппарата и ее связи с ассимиляционной активностью двух видов хвойных (Ртш sylvestris L., Р^еа obovata L.) в условиях Средней Сибири.

Поглощение углекислотного газа охвоенными побегами прошлого года регистрировали многоканальной установкой, смонтированной на основе ИК-газоанализатора «Инфралит-4» [2]. В опытах использовали три дерева каждого вида. Структурные особенности фотосинтетического аппарата изучали анатомоморфологическим методом, используя хвою второго года вегетации [1]. По условиям развития хвои и расположения в кроне, по воздействию факторов среды выбранные деревья были максимально приближены к тем, на которых регистрировали фотосинтетическую активность хвои. Сравнение данных о структуре и фотосинтетической активности хвои проводили на основе экспериментальных исследований 2004 г.

При анализе парциального соотношения тканей хвои на поперечном срезе выявлено, что структура ассимилирующих органов у сосны обыкновенной и ели сибирской существенно различны. В хвое ели на долю мезофилльной ткани приходится 80 %, а на все остальные ткани (структурные, проводящие и покровные) — 20 %. Напротив, мезофилльная ткань сосны занимает 50 %, а структурные и проводящие ткани — 35 %.

Анализируя особенности фотосинтеза хвойных, было выявлено, что ель, как мезофит, очень чувствительна к погодным условиям и для оптимального функционирования требует высокого уровня почвенного увлажнения. Сосна как ксерофит, не предъявляет к условиям произрастания таких конкретных требований, сохраняя фотосинтетическую активность на более стабильном уровне. Установлено, что при благоприятных по увлажненности условиях вегетационного периода 2004 г., сезонная продуктивность фотосинтеза на 1 грамм сухого веса хвои у сосны обыкновенной составила 3,48 г СО2, в то время как у ели сибирской — 4,23 г СО2 . При пересчете на единицу площади хвои продуктивность фотосинтеза этих видов была примерно равная.

При сопоставлении структурных и функциональных признаков хвои изучаемых видов рассчитали фотосинтетическую активность только ассимилирующей ткани. Оказалось, что сезонная продуктивность фотосинтеза 1 м2 мезофилла хвои сосны значительно выше (15,9 моль СО2), чем 1 м2 мезофилла хвои ели (10,79 моль СО2), т.е., хвоя сосны обыкновенной содержит меньшее, по сравнению с елью, количество мезофилла, но при этом фотосинтетическая продуктивность его выше. У ели, при большей площади мезофилла, эффективность работы его ниже.

Таблица 1

Сезонная фотосинтетическая продуктивность в расчете на массу хвои (I), поверхность (II) и площадь мезофилла (III) сосны обыкновенной и ели сибирской

II III

Вид хвойных г СО2 г-1 моль С02 м-2 моль С02 м-2

сосна 3,48 8,897 15,9

ель 4,23 8,828 10,7

Таким образом, изучаемые нами хвойные обладают различным соотношением мезофилла и неассимилирующих тканей. Фотосинтетическая ткань сосны обыкновенной защищена от неблагоприятных