Спосіб оцінки токсичності середовища в умовах забруднення автомобільним транспортом

Корисна модель відноситься до біоіндикації, екотоксикології, палінології, фітоценології, проблем атмосферного забруднення та може бути використаною для оцінки токсичного забруднення приземного шару атмосфери в умовах антропогенно трансформованого середовища, при нормуванні навантаження та дії наслідків використання автомобільного транспорту міського середовища. Використання результатів аналізу дозволяє визначати репродуктивну стратегію рослин у сучасних умовах забруднення урбанізованого середовища. На сучасному етапі у зв'язку із високими рівнями розвитку автомобільного транспорту особливо актуальними є питання визначення забруднення автомобільними викидами на рослини міського середовища. Особливою чуттєвістю до дії хімічних та фізичних факторів навколишнього середовища є процеси утворення та розвитку мікроспор (мікроспорогенез) та пилкових зерен (мікрогаметогенез) у пиляках [1-3]. Дані щодо впливу автомобільного транспорту на стан мікроспор у вітчизняній та закордонній літературі містяться у не багатьох публікаціях [4, 5]. Симптомами небажаного екологічного становища зазвичай вважаються хлорози, некрози, трансформація системи пагону, тобто ознаки здебільшого загальнофізіологічного характеру для усієї особини [69]. Чутливість клітин-мікроспор (та особливо у сильновакуолізованій фазі розвитку) до дії несприятливих факторів середовища може наблизити дослідження до розуміння та пояснення деяких механізмів шкідливої дії токсичних речовин на клітинному рівні до розробки методів прискореної діагностики ушкодження рослин. Існує спосіб диференціювання пилку за умов його фракціонування [10], спосіб визначення фертильності пилку квіткових рослин [11]. Відомі способи створення поживного середовища для оцінки життєздатності пилку кунжуту [12], способи збору та зберігання пилку рослин [13], що включають збір пилку, очистку, консервацію та зберігання, пилок з анамофільних рослин збирають механічно, а консервацію його проводять медом у певному співвідношенні при зниженій температурі. Існує також спосіб фітоіндикаційної оцінки токсичності ґрунтів важкими металами [14], де застосовують візуалізаційне порівняння картосхем за показником атипової мінливості пилкових зерен дикорослих травнистих рослин. Найбільш близьким за технічною сутністю і досягненням результату є спосіб визначення інтегрального ефекту впливу несприятливих факторів зовнішнього середовища, який оснований на здатності мутагенів підвищувати ступінь дефектності пилку (СДП) трав'янистих рослин природної флори внаслідок порушення процесів мейозу при формуванні пилкових зерен. Для індикації мутагенів ґрунту цим способом можуть бути використані тільки ті рослини, які розмножуються статевим шляхом та при оптимальних умовах існування мають мінімальну кількість дефектного пилку [15]. Недоліками цього способу є можливість лише загального оцінювання рівня мутагенної активності ґрунтів, при цьому не враховується рівень токсичного навантаження на аерополютосередовище, що суттєво трансформується в умовах дії автотранспорту. Спосіб не адаптовано під конкретні регіональні умови, де бажано враховувати флористичну репрезентативність та наявність видів-індикаторів. В основу корисної моделі поставлена задача встановлення можливості біотестування рівня токсичного навантаження середовища в умовах дії автотранспорту за показниками ступеня дефектності пилку трьох видів (Dactylis glomerata L., Bromus arvensis L. та Bromopsis mermis (Leys.) Holub), що відповідають вимогам амфіміктичних біоіндикаторів, тобто в стабілізованому природному середовищі утворюють статистичне однакові пилкові зерна за будовою та реакцією на барвники, а також найчастіше зустрічаються у районі дослідження, є фізіологічно толерантними до дії посилених факторів стресу. Спосіб адаптовано під регіональні. Поставлена задача вирішується тим, що спосіб оцінки токсичності середовища в умовах забруднення автомобільним транспортом, що містить аналіз палінологічного матеріалу за показником ступеня дефектності пилку рослини-індикатора (СДП) та свідчення за даними обліку й статистичної обробки про наявність трансформуючого ефекту, згідно корисній моделі, проводять експрес-оцінку ступеня токсичного навантаження на природні системи в умовах наявності дії викидів автомобільного транспорту та в якості тест-індикаторів використовують види Dactylis glomerata L., Bromus arvensis L. та Bromopsis mermis (Leys.) Holub і розраховують інтегральний показник СДП токсичного навантаження на приземний шар атмосфери за трьома видами одночасно. Спосіб оснований на тому, що проводять експрес-оцінку ступеня токсичного навантаження на природні системи в умовах наявності дії викидів автомобільного транспорту та в якості тест-індикаторів використовують види Dactylis glomerata L., Bromus arvensis L. та Bromopsis mermis (Leys.) Holub і розраховують інтегральний показник СДП токсичного навантаження на приземний шар атмосфери за трьома видами одночасно. Приклад Матеріали для дослідження - пилкові зерна видів Dactylis glomerata L., Bromus arvensis L. та Bromopsis inermis (Leys.) Holub - багаторічних пухкочагарникових злаків. Досліджені рослини було зібрано протягом трьох вегетаційних сезонів (2004-2006 pp.) у п'яти екотопах: 1 - контрольна ділянка (парк ЛЕНКОМ м.Донецьк), де рівень загального токсичного навантаження опосередковано фоновий для м.Донецька, але навантаження на природні системи позбавлене безпосередньої локальної дії викидів автотранспорту), відстань від проспекту Мир у - 3км. 2 - відносно контрольна ділянка - на відстані 500м від проспекту Миру, м.Донецьк. 3 - дослідна ділянка на території, що безпосередньо стикається із автомагістраллю просп.Миру. 4 - дослідна ділянка на перехресті вулиці Щорса та проспекту Богдана Хмельницького, м.Донецьк, 5 - дослідна ділянка на перехресті вулиці Ар тема та проспекту Богдана Хмельницького, м.Донецьк. Обрані зони досліду характеризуються різним рівнем навантаження автомобільних шляхів (екотопи 3-5, тому що умовно 1 та 2 позбавлені безпосереднього контакту із автотранспортом). Згідно підрахунків кількості автомобільних одиниць за певні інтервали часу (900-1000, 1200-1300, 1600-1700), було отримано наступні результати (таблиця 1). Таблиця 1 Пробна площа 3 4 Кількість одиниць автомобільного транспорту, год 900-1000 1200-1300 1600-1700 956,6±12,25 853,6±19,97 791,0±17,13 1290,9±25,84 1254,0±24,10 1007,4±48,39 5 1588,2±38,15 1483,5±74,00 1398,0±57,19 У кожному екотопі обирали по 30 екземплярів рослин, 10 - кожного із зазначених видів у фенофазу цві тіння. З кожного зафіксованого колоску звільняли по одному пиляку. З кожного пиляка готували один тимчасовий давлений препарат за загальноприйнятою методикою із фарбуванням 4%-вим ацетокарміном [16]. Цитологічний аналіз отриманих зразків проводили на світовому мікроскопі. Умови збільшення: 64 та 320 разів. За умов фази розвитку мікроспори використовували періодизацію розвитку пиляка злаків із відповідними критеріями виділення фаз мікроспорогенезу та термінологією, розробленою Н.М. Кр угловою [17, 18]. Умови фракціонування пилкового матеріалу проводили за вимогами, розробленими М.А. Нечкиною та П.Г. Купріяновим [15]. Значення показника ступеня дефектності пилку (СДП) було зведено у сумаційну таблицю для кожного виду окремо, де зазначено тільки цілі частини цифрового матеріалу. Дані вірогідні на 95% рівні значущості (таблиця 2). Таблиця 2 Вид Dactylis glomerata Bromus arvensis Bromopsis inermis Сумаційний індекс за трьома видами Середнє значення Градієнт значення показника СДП Градієнт автомобільного навантаження 1 2 3 3 8 2,7 1 1 2 5 7 3 15 5,0 2 2 Пробні площі 3 4 23 24 19 30 16 29 58 83 19,3 27,7 3 4 3 4 5 39 48 32 119 39,7 5 5 Дані, представлені у таблиці 2, відносяться до зборів 2004р., при повторному експерименті у 2005-2006pp. принципова тенденція результатів та загальна залежність показника СДП від рівня токсичного навантаження на приземний шар атмосфери зберігаються. Таким чином, доведено, що рівень СДП вказаних видів щільно корелює із рівнем навантаження автотранспортом та безпосередньо кількістю автомобільних одиниць для певної ділянки. Використання саме цих видів дозволяє отримати достовірні дані та виявити цільову тенденцію експерименту, інтегральний сумаційний показник дозволяє об'єктивніше оцінити тенденцію трансформованих процесів у рослинному організмі. Позитивний ефект проявляється у малих коштовни х ви тратах при проведенні моніторингових досліджень та експрес-аналізу рівня токсичного навантаження на природне середовище в умовах посиленої дії викидів автомобільного транспорту. Використання способу дозволяє диференційовано оцінювати рівень токсичного стану повітряних мас, проводити моніторингові дослідження великого промислового міста та означити стратегічні принципи інформативної поведінки рослин в умовах факторів неспецифічного стресу. Джерела інформації: 1. Портянко В.Ф., Попившая В.В., Костина А.Б. Влияние ультрафиолетовой радиации на прорастание и рост пыльцевых трубок // Физиология и биохимия культурных растений. - 1978. - Т.10. - №1. - С.86-92. 2. Бессонова В.П. Состояние пыльцы как показатель загрязнения среды тяжелыми металлами // Экология. 1992. - №4. - С.45-50. 3. Бессонова В.П., Грицай З.В., Юсыпива Т.И. Использование цитогенетических критериев для оценки мутагенности промышленных поллютантов // Цитология и генетика. - 1996. - Т.30. - №5. - С.70-76. 4. Веселова Т.Д., Гревцова Н.А., Джалилова Х.Х. О возможности выявления видов-индикаторов загрязнения окружающей среды на основании анализа состояния мужской генеративной сферы у цветковых растений // Бюлл. МОИП. Отд. биол. - 1996. - Т.101. - №4. - С.69-72. 5. Бондарь Л.М., Частоколенко Л.В. Микроспорогенез как один из возможных биоиндикаторов загрязняющего воздействия автотрассы // Биол. науки. - 1990. - №5. - С.79-84. 6. Desprez В., Chupeau Y., Bourgin J.-P. Preparation and fusion properties of protoplasts from mature pollen of Nicotiana tabacum // Plant Cell Repts. - 1995. - V.14. - №4. - P.199-203. 7. Brown H., Martin M.H. Pretreatment effect of cadmium on the root growth of Holcus lanatus L. // New Phytol. 1981. - V.89. - №1. - P.621-629. 8. Titov A.F., Talanova V. V., Boye va N.P. Growth responses of barley and wheat seedlings to lead and cadmium // Biol. Plant. - 1996. - V.38. - №1. - P.431-436. 9. Sanita T.L., Gabrielli R. Response to cadmium in higher plants // Environ. Exp. Bot. - 1999. - V.41. - №1. - P.105130. 10. А.с. 1704713 СССР МКИ А01Н1/02. Способ дифференциации пыльцы / Берман Н.Р., Баранов В.И., Розефельд С.А. - 1992. - №2. - 3с. 11. А.с. 906456 СССР МКИ А01Н1/02. Способ определения фертильности пыльцы цветковых растений / Смирнова-Гараева Н.В. - 1982. - №7. - 3с. 12. Пат. 75654 UA, МПК7 А01Н1/04. Поживне середовище для оцінки життєздатності пилку кунжуту. - В.В. Яценко, A.I. Сорока, В.О. Ля х - №20031211916; Заявл. 19.12.2003; Опубл. 15.05.2006. - Бюл. №5. - 3с. 13. Пат. 65754 UA, МПК7 А61К39/36. Спосіб збору та зберігання пилку рослин. - М.В. Роїк, М.Г. Савченко, В.Л. Теселько, М.О. Гордієнко - №2003043838; Заявл. 25.04.2003; Опубл. 15.04.2004. - Бюл. №4. - 3с. 14. Пат. 5845 UA, 7 A01G7/00. Спосіб фітоіндикаційної оціни токсичності ґрунтів антропогенно трансформованих екотопів. - A.I. Сафонов - №20040907413; Заявл. 10.09.2004; Опубл. 15.03.2005. - Бюл. №3. 14с. 15. А.с. 1725785 СССР МКИ А01Н1/00. Способ определения интегрального эффекта неблагоприятных факторов внешней среды / Нечкина М.А., Куприянов П.Г. - 1992. - №14. - С.10 (прототип). 16. Паушева З.П. Практикум по цитологии растений. - М.: Колос, 1988. - 304с. 17. Круглова Н.Н. Периодизация развития пыльника злаков // Известия РАН. Серия биологическая. - 1999. №3. - С.275-281. 18. Круглова Н.Н. Критические фазы развития пыльника злаков: к постановке проблемы // Цитология. - 2001. - Т.43. - №4. - С.356-357.