close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

392.Вестник Томского государственного университета. Биология №2 2011

код для вставкиСкачать
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ВЕСТНИК
ТОМСКОГО
ГОСУДАРСТВЕННОГО
УНИВЕРСИТЕТА
БИОЛОГИЯ
Tomsk State University Journal of Biology
Научный журнал
2011
№ 2 (14)
Свидетельство о регистрации: ПИ № ФС 77-29499
от 27 сентября 2007 г.
Журнал «Вестник Томского государственного университета. Биология»
входит в «Перечень ведущих рецензируемых научных журналов
и изданий, в которых должны быть опубликованы
основные научные результаты диссертаций
на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук»
Высшей аттестационной комиссии
ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
НАУЧНО-РЕДАКЦИОННЫЙ СОВЕТ
ТОМСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА
Майер Г.В., д-р физ.-мат. наук, проф. (председатель); Дунаевский Г.Е., д-р техн.
наук, проф. (зам. председателя); Ревушкин А.С., д-р биол. наук, проф. (зам.
председателя); Катунин Д.А., канд. филол. наук, доц. (отв. секр.); Аванесов С.С.,
д-р филос. наук, проф.; Берцун В.Н., канд. физ.-мат. наук, доц.; Гага В.А., д-р
экон. наук, проф.; Галажинский Э.В., д-р психол. наук, проф.; Глазунов А.А.,
д-р техн. наук, проф.; Голиков В.И., канд. ист. наук, доц.; Горцев А.М., д-р техн.
наук, проф.; Гураль С.К., канд. филол. наук, проф.; Демешкина Т.А., д-р филол.
наук, проф.; Демин В.В., канд. физ.-мат. наук, доц.; Ершов Ю.М., канд. филол.
наук, доц.; Зиновьев В.П., д-р ист. наук, проф.; Канов В.И., д-р экон. наук,
проф.; Кривова Н.А., д-р биол. наук, проф.; Кузнецов В.М., канд. физ.-мат. наук, доц.; Кулижский С.П., д-р биол. наук, проф.; Парначев В.П., д-р геол.минер. наук, проф.; Петров Ю.В., д-р филос. наук, проф.; Портнова Т.С., канд.
физ.-мат. наук, доц., директор Издательства научно-технической литературы;
Потекаев А.И., д-р физ.-мат. наук, проф.; Прозументов Л.М., д-р юрид. наук,
проф.; Прозументова Г.Н., д-р пед. наук, проф.; Пчелинцев О.А., зав. редакционно-издательским отделом; Сахарова З.Е., канд. экон. наук, доц.; Слижов Ю.Г., канд. хим. наук, доц.; Сумарокова В.С., директор Издательства ТГУ;
Сущенко С.П., д-р техн. наук, проф.; Тарасенко Ф.П., д-р техн. наук, проф.;
Татьянин Г.М., канд. геол.-минерал. наук, доц.; Унгер Ф.Г., д-р хим. наук,
проф.; Уткин В.А., д-р юрид. наук, проф.; Шилько В.Г., д-р пед. наук, проф.;
Шрагер Э.Р., д-р техн. наук, проф.
РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ ЖУРНАЛА
«ВЕСТНИК ТОМСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА.
БИОЛОГИЯ»
Кулижский С.П., д-р биол. наук, проф., зав. каф. почвоведения и экологии почв,
директор Биологического института (председатель); Астафурова Т.П., д-р биол.
наук, проф., зав. каф. агрономии, директор Сибирского ботанического сада ТГУ
(зам. председателя); Гуреева И.И., д-р биол. наук, проф., зав. Гербарием
П.Н. Крылова (зам. председателя); Москвитина Н.С., д-р биол. наук, проф., зав.
каф. зоологии позвоночных и экологии (зам. председателя); Акимова Е.Е., канд.
биол. наук, старший преподаватель кафедры экологической и сельскохозяйственной биотехнологии Биологического института (отв. секретарь); Кривова Н.А., д-р биол. наук, проф., директор ОСП «НИИ ББ ТомГУ»; Бушов Ю.В.,
д-р биол. наук, проф., зав. каф. физиологии человека и животных; Данченко А.М., д-р биол. наук, проф., зав. каф. лесоведения и зеленого строительства;
Карначук Р.А., д-р биол. наук, проф., зав. каф. физиологии и биотехнологии растений; Пяк А.И., д-р биол. наук, проф., каф. ботаники; Свиридова Т.П., канд.
биол. наук, зам. директора Сибирского ботанического сада; Стегний В.Н., д-р
биол. наук, проф., зав. каф. цитологии и генетики.
© Томский государственный университет, 2011
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Томского государственного университета. Биология
2011
№ 2 (14)
СОДЕРЖАНИЕ
БОТАНИКА
Мякшина Т.А., Шауло Д.Н. Типы жизненных форм астрагалов секции Xiphidium
Bunge и их значение для систематики рода ........................................................................ 7
Филоненко А.В., Ефремов А.Н. Морфология и анатомия плодов представителей
рода Menodora (Oleaceae) ................................................................................................... 16
ЗООЛОГИЯ
Однокурцев В.А., Седалищев В.Т. Гельминтофауна соболя (Martes zibellina Linnaeus)
Якутии ................................................................................................................................... 22
Сибатаев А.К., Семенов С.Ю., Перевозкин В.П., Андреева Ю.В. Влияние гипоксии
и гиперкапнии на личинок кровососущих комаров ......................................................... 35
ФИЗИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ И БИОХИМИЯ
Ермошин А.А., Синенко О.С., Алексеева В.В., Киселева И.С., Рукавцова Е.Б.,
Буданцев А.Ю., Бурьянов Я.И. Исследование влияния гетерологичного гена hmg1
на мезоструктуру листа и устойчивость трансгенных растений табака
к Pseudomonas syringae ....................................................................................................... 46
Кулагина Ю.М., Головацкая И.Ф. Влияние селенита натрия на рост и развитие
растений пшеницы в зависимости от способа обработки ............................................... 56
ФИЗИОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА И ЖИВОТНЫХ
Бедарева А.В., Иванов В.И., Литвинова Н.А., Могилина А.А., Зубрикова К.Ю.
Особенности юношей с низкой и высокой чувствительностью к запахам
противоположного пола ...................................................................................................... 65
Замощина Т.А., Никифоров Л.А., Просекина Е.Ю., Томова Т.А. Биологическая
активность спиртовых извлечений из ряски малой (Lemna minor L.) в отношении
процесса воспаления ............................................................................................................ 73
Кривова Н.А., Заева О.Б., Ходанович М.Ю., Карелина О.А., Гуль Е.В.,
Зеленская А.Е. Состояние слизистой оболочки желудка, про- и антиоксидантной
активности и биохимических показателей крови у крыс после скармливания наноили микрочастиц диоксида титана ..................................................................................... 81
Кривова Н.А., Ходанович М.Ю., Замощина Т.А., Тухватулин Р.Т., Заева О.Б.,
Суханов Д.Я., Зеленская А.Е., Гуль Е.В., Микрюкова А.В. Влияние диоксида
титана на некоторые функции центральной нервной системы крыс ............................. 96
ЦИТОЛОГИЯ И ГЕНЕТИКА
Ильинских Н.Н., Козлова С.А., Ильинских И.Н., Ильинских Е.Н., Юркин А.Ю.
Цитогенетические изменения в костном мозге красной полевки (Clethrionomys
rutilus Pallas), обитающей на территории с повышенным природным
содержанием кадмия в окружающей среде (Республика Алтай) .................................. 110
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Русакова А.М., Артемов Г.Н., Стегний В.Н. Инверсионный полиморфизм
природных популяций малярийного комара (Anopheles messeae Fall.)
восточной части ареала ..................................................................................................... 117
ЭКОЛОГИЯ
Бабешина Л.Г., Рогова Н.С., Рыжакова Н.К., Зверев А.А., Меркулов В.Г.
Корреляционная зависимость между содержанием химических элементов
в сфагновых мхах и их экологическими оптимумами по трофности
и увлажнению .................................................................................................................... 122
Курбатский В.И., Кузнецов А.А. Влияние техногенного фактора на растительный
покров горно-лесного пояса республики Хакасии ......................................................... 132
Сивкова Е.Е., Прибыткова Е.В. Влияние рогоза широколистного (Typha latifolia L.)
и компонентов фильтрующей загрузки на эффективность удаления соединений азота
в системах почвенно-болотной очистки сточных вод ................................................... 141
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ .................................................................................................. 150
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Tomsk State University Journal of Biology
2011
№ 2 (14)
CONTENTS
BOTANY
Myakshina T.A., Shaulo D.N. Types of life forms and their importance for systematics
of the section Xiphidium bunge of the genus Astragalus L. .................................................... 7
Filonenko A.V., Efremov A.N. The morphology and anatomy of Menodora (Oleaceae)
genus fruits ............................................................................................................................. 16
ZOOLOGY
Odnokurtsev V.A., Sedalischev V.T. Helminthes fauna of sable (Martes zibellina Linnaeus)
in Yakutia ............................................................................................................................... 22
Sibataev A.K., Semyonov S.Yu., Perevozkin V.P., Andreeva Yu.V. The influence
of the hypoxia and hypercapnia on the blood-sicking mosquitoes larvae ............................. 35
PLANT PHYSIOLOGY AND BIOCHEMISTRY
Ermoshin A.A., Sinenko O.S., Alekseeva V.V., Kiselyova I.S., Rukavtsova E.B.,
Budantsev A.Yu., Buryanov Ya.I. Study of influence of heterologous HMG1 gene
on leaf mesostructure and resistance of the transgenic tobacco plants
to Pseudomonas syringae ...................................................................................................... 46
Kulagina Ju.M., Golovatskaya I.F. Influence of sodium selenite on growth and development
of wheat plants depends on the method of processing .......................................................... 56
HUMAN AND ANIMAL PHYSIOLOGY
Bedareva A.V., Ivanov V.I., Litvinova N.A., Mogilina A.A., Zubrikova K.U. Features
youths with low and high sensitivity to odors of opposite sex .............................................. 65
Zamoshchina T.A., Nikiforov L.A., Prosekina E.Ju., Tomova T.A. Biological activity
spirit extraction from the duckweed small (Lemna minor L.) concerning
inflammation process ............................................................................................................. 73
Krivova N.A., Zaeva O.B., Khodanovich M.Ju., Karelina O.A., Gul E.V.,
Zelenskaja A.E. Condition of the stomach mucous coat, pro- and antioxidant activity,
and biochemical blood indices in rats fed with nano- or microparticles
of titanium dioxide ................................................................................................................. 81
Krivova N.A., Khodanovich M.Ju., Zamoshchina T.A., Tuhvatulin R.T., Zaeva O.B.,
Suhanov D.J., Zelenskaja A.E., Gul E.V., Mikrjukova A.V. The influence of the
titanium dioxide on some functions of central nervous system of rats .................................. 96
CYTOLOGY AND GENETICS
Ilyinskikh N.N., Kozlova S.A., Ilyinskikh I.N., Ilyinskikh E.N., Yurkin A.Yu.
Cytogenetic aberrations in the bone marrow of red-backed voles (Clethrionomys rutilus
Pallas) living in an area of high cadmium content (Altai Republic) ................................... 110
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Rusakova A.M., Artemov G.N., Stegniy V.N. The inversion polymorphism of natural
populations of malarial mosquito (Anopheles messeae Fall.) in east part
of a specific areal ................................................................................................................. 117
ECOLOGY
Babeshina L.G., Rogova N.S., Ryzhakova N.K., Zverev A.A., Merkulov V.G.
Correlation dependence between content of chemical elements in sphagnum mosses
and their ecological optima for soil fertility and soil moisture factors ................................ 122
Kurbatsky V.I., Kuznetsov A.A. Influence of the technogenic factor on the vegetable
covering of a mountain-wood zone of Republic Khakasia .................................................. 132
Sivkova E.E., Pribytkova E.V. The effects of Typha latifolia and components
of filter media on ammonia nitrogen removal in constructed wetland treatment
systems ................................................................................................................................. 141
INFORMATION ABOUT THE AUTHORS ........................................................................ 150
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Типы жизненных форм астрагалов
7
Вестник Томского государственного университета. Биология. 2011. № 2 (14). С. 7–15
БОТАНИКА
УДК 581.4:582.736(571)
Т.А. Мякшина, Д.Н. Шауло
Центральный сибирский ботанический сад СО РАН (г. Новосибирск)
ТИПЫ ЖИЗНЕННЫХ ФОРМ АСТРАГАЛОВ СЕКЦИИ Xiphidium
Bunge И ИХ ЗНАЧЕНИЕ ДЛЯ СИСТЕМАТИКИ РОДА
Исследованы особенности жизненных форм астрагалов секции Xiphidium
Bunge, произрастающих на территории Азиатской части России. Большинство
видов секции Xiphidium представлены полукустарничками (7 видов и 1 подвид), несколько меньше – травянистыми растениями (5 видов) и кустарниками (3 вида).
У травянистых форм прослеживается тенденция перехода от травянистого типа к полутравянистому. На основе структурного анализа надземных и подземных
побегов все изученные виды разделены на 4 габитуальные группы.
Ключевые слова: жизненные формы; Astragalus; секция Xiphidium; Азиатская
часть России.
Изучение биологического разнообразия возможно при монографическом
исследовании отдельных таксонов. Секция Xiphidium Bunge, наиболее крупная в роде Astragalus L., включает около 120 видов, в большинстве своем
ограниченных в распространении горными поднятиями Средней Азии [1–
3]. Широкое распространение отдельных представителей этой секции по
территории Северной Азии и многообразие условий обитания способствовали появлению и становлению у них разнообразных вегетативных и репродуктивных структур. Однако до настоящего времени специальных исследований по морфологии большинства видов рода Astragalus секции
Xiphidium не проводилось. Отсутствуют представления и о морфологической эволюции этих таксонов.
История изучения рода Astragalus начинается с описания его Линнеем [4].
Согласно разработанной им системе, все астрагалы по строению побега распределены на группы: 1) c облиственным прямостоячим стеблем; 2) c облиственным развесистым стеблем; 3) c голым стеблем без листьев.
Изучение астрагалов в России начал академик П.С. Паллас. В капитальном труде [5] он дал описание всех известных в то время видов астрагалов
земного шара, включая растения, в дальнейшем выделенные в особый род
Oxytropis. Отдельно Паллас выделил род Phaca, который в настоящее время
причисляется к астрагалам в качестве подрода Phaca. В своей работе он не
только усовершенствовал описательный метод, но и дополнил его ценными
гравюрами растений.
П.С. Паллас дал подробное описание представителей секции Xiphidium –
A. arbuscula Pallas, A. suffruticosus DC, которые он отнес к фаланге – Astragali
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
8
Т.А. Мякшина, Д.Н. Шауло
onobrychoidei. В нее он включил полукустарники с верхушечным соцветием и
жесткими голыми бобами.
Около 140 лет назад известным ботаником А. Бунге [6, 7] на основе морфолого-географического метода была разработана система рода, которая в
настоящее время признана в своей основе наиболее удачной. Он описал
большую часть секций и значительное количество видов. Первая система
секции Xiphidium предложена Бунге в «Memoris Academi of Sciens» в 1868 г.
В ней он выделил подрод Cercidothrix, который, наряду с подродом Calycocystis, объединяет растения, опушенные двуконечными (мальпигиевыми) волосками. В состав этого подрода были включены 39 известных на то время
видов секции Xiphidium, 9 из которых, по его данным, встречаются на территории Сибири и Дальнего Востока.
Изучение видового состава и распространения видов секции Xiphidium в
Сибири и на Дальнем Востоке имеет длительную историю. Виды секции изучались при подготовке крупных («Флора Западной Сибири» [8], «Флора
СССР» [9], «Флора Средней Сибири» [10], «Флора Красноярского края» [11],
«Флора Центральной Сибири» [12], «Сосудистые растения советского Дальнего Востока» [13], «Флора Сибири» [14] и др.) и региональных («Определитель высших растений Якутии» [15], «Конспект флоры Алтайского края»
[16], «Определитель растений Республики Тывы» [17], «Конспект флоры Иркутской области» [18] и др.) флористических сводок.
Значительные изменения в систему рода внес Р.В. Камелин [3] при работе
над «Определителем растений Средней Азии». Из секции Xiphidium он выделил секцию Paraxiphidium R. Kam., в которую поместил виды с широколинейными бобами, разрывающими чашечку при созревании.
Изучением ареалов древесных растений флоры бывшего СССР занимался
Р.В. Камелин [19]. К полукустарникам он относит A. cornutus Pallas, отмечая,
что стебель одревесневает незначительно, редко до 0,5 м. К прямостоячим
кустарникам отнесен A. arbuscula, однако не указывается, что данный вид
встречается на территории России.
На территории Туркмении морфологические особенности рода Astragalus
изучались Л.Е. Ищенко [20]. Астрагалы этого региона представлены полукустарниками, полукустарничками, однолетними и многолетними травами.
На исследуемой территории секция Xiphidium представлена 14 видами, большинство из которых эндемики. Группу жизненных форм полукустарничков
автор разделяет на две более мелкие биоморфы – настоящие (9 видов) и примитивные (5 видов) полукустарнички. При анализе распространения астрагалов по поясам растительности в горных областях Л.Е. Ищенко установлено,
что многолетние виды обычно встречаются в 1–2 поясах, а однолетние, в силу своей экологической пластичности, регистрируются в большинстве из них.
Изучением морфологических особенностей жизненных форм астрагалов
Предкавказья занималась В.Н. Белоус [21]. В своей работе автор придерживается системы рода, разработанной Р.В. Камелиным [3]. Во флоре Предкавказья, по ее мнению, преобладают поликарпические травы, среди которых
наибольшую часть составляют стержнекорневые (каудексовые) виды астрагалов. Астрагалы Предкавказья представлены в основном длиннопобеговыми
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Типы жизненных форм астрагалов
9
длинностержнекорневыми растениями. Виды из секций Xiphidium (2 вида) и
Paraxiphidium (3 вида) отнесены к кустарникам и полукустарничкам. Встречающийся в Восточном Предкавказье A. cornutus отнесен к кустарникам.
На протяжении длительного времени изучением древесных растений занимается И.Ю. Коропачинский. В его работах [22–25] жизненные формы
древесных растений разделены на группы: деревья первой – второй величины; деревья третьей величины, кустарники; кустарнички; полукустарники и
лианы.
В первых работах по дендрофлоре Алтае-Саянской горной области [22,
23] к полукустарничкам был отнесен A. stenoceras C.A. Meyer, который в
дальнейшем [24] при изучении этой группы растений в Сибири перемещен в
группу полукустарников, а в последней публикации [25], так же как A. angarensis Turcs. ex Bunge и A. palibinii Polozhij, вовсе исключен из списка древесных растений. Помимо астрагала узкорогого изменилось первоначальное
мнение и о жизненной форме A. arbuscula как полукустарника, в настоящее
время он отнесен к высоким кустарникам [25]. A. suffruticosus, в отличие от
других видов астрагалов секции Xiphidium, всегда относился к группе кустарничков и полукустарников.
Для территории Азиатской России И.Ю. Коропачинский приводит европейско-казахстанский эндемик (Актюбинская область, горы Мугоджары)
A. mugodscharicus Bunge, а также восточноевропейско-казахстанский кустарник A. brachylobus Fisch. ex DC., который на юго-западной границе Челябинской области образует изолированный фрагмент ареала, удаленный на северо-восток от основной области распространения. Присутствие этих видов в
Азиатской части России сомнительно, их произрастание здесь требует подтверждения.
М.С. Князев в «Определителе сосудистых растений Оренбургской области» [26] включает A. mugodscharicus и A. brachylobus в состав флоры области.
Здесь проходит северо-восточная граница ареала.
Для флоры Челябинской области П.В. Куликов [27] указывает A. brachylobus, обращая внимание на то, что приведенные им местонахождения образуют здесь изолированный фрагмент ареала, значительно удаленный на северо-восток от основной области распространения. Достоверных данных о присутствии этих видов на территории Сибири нет.
В работе Д.П. Воробьева [28] приведены сведения о древесных растениях
Дальнего Востока. Для флоры этого района указывается A. suffruticosus, который помещен автором в группы кустарников и полукустарников.
Изучением морфогенеза и ритма развития A. ceratoides Bieb. в условиях
интродукции в г. Новосибирске занималась Г.В. Кузнецова [29]. Ею были
исследованы образцы с территории Юго-Восточного Алтая, собранные на
разнотравных каменисто-щебнистых остепненных склонах Курайского хребта в окрестностях с. Мёны (высота 1450 м над ур. м.). В результате исследования установлено, что полукустарничек A. ceratoides в естественных условиях имеет одревесневающую базальную часть до 2–4 см, а в интродукционном эксперименте (выращивание в условиях лесостепной зоны Западной Сибири, высота 120 м над ур. м.) одревеснение достигает 10–12 см.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
10
Т.А. Мякшина, Д.Н. Шауло
Весомый вклад в изучение астрагалов внесли исследования Р.Я. Пленник
[30] по морфологической эволюции бобовых Юго-Восточного Алтая. Большинство видов из секции Xiphidium, встречающихся на Алтае, отнесены ею к
полукустарничкам (A. macroceras C.A. Meyer, A. ceratoides, A. stenoceras,
A. tephrolobus Bunge), и лишь A. suffruticosus – к кустарникам.
Е.А. Лебедевым [31] в процессе изучения видов из родов Astragalus и
Oxytropis DC. выявлено, что в степных котловинах Хакасии достаточно
широко представлены травянистые поликарпики и значительно меньше
видов кустарников и полукустарничков. Во флоре этого региона секция
Xiphidium представлена пятью видами. При анализе жизненных форм автор придерживается систем, предложенных И.Г. Серебряковым [32] и
К. Раункиером [33]. На основании этих классификаций виды секции он
разделил на три типа жизненных форм: кустарники (A. suffruticosus), полукустарнички (A. macroceras, A. ceratoides, A. palibinii) и травянистые
растения (A. ionae Palibin).
При исследовании флоры и растительности Южного Зауралья Н.И. Науменко [34] кратко характеризует жизненные формы растений по схемам, разработанным И.Г. Серебряковым [32, 35–36], В.Н. Голубевым [37–39] и др.
A. cornutus характеризуется им как прямостоячий стержнекорневой полукустарник. К многолетним травянистым длинностержнекорневым растениям он
отнес A. macropus Bunge. На обследованной им территории встречается еще
один представитель секции Xiphidium, южноуральский эндемик A. austrouralensis Kulikov. По его данным, этот вид относится к прямостоячим
стержнекорневым полукустарничкам.
Целью нашей работы было изучение жизненных форм видов секции
Xiphidium Bunge на основе изучения их биологии и морфологии, сопоставлении полученных групп жизненных форм с системой рода, выделение общих
черт, характеризующих исходную модель таксона.
Основанием для изучения жизненных форм представителей секции
Xiphidium рода Astragalus в Азиатской России послужили материалы, собранные во время экспедиционных исследований в республиках Тыва, Хакасия и Алтай в 2009 г., а также гербарные коллекции БИН РАН, г. СанктПетербург (LЕ); Гербарий АлтГУ, г. Барнаул (ALTB); ЦСБС СО РАН, г. Новосибирск (NS, NSK); Гербарий им. П.Н. Крылова, г. Томск (TK).
Согласно классификации жизненных форм И.Г. Серебрякова [32, 36], изученные нами виды секции можно объединить в следующие группы: древесные (кустарники, кустарнички), полудревесные (полукустарнички) и поликарпические травы (схема).
Кустарники. У видов с достаточно широким ареалом в разных его частях
можно наблюдать значительные отличия в морфологическом строении, что
весьма затрудняет отнесение вида к определенной жизненной форме.
Ряд Viminei Vass. во флоре Азиатской России представлен двумя видами:
восточноевропейско-казахстанско-сибирским A. cornutus и сибирскоказахстанско-монгольским A. suffruticosus.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Типы жизненных форм астрагалов
11
Жизненные формы астрагалов секции Xiphidium Азиатской России
Отдел Древесные растения
Тип Кустарнички
Класс Кустарнички с полностью
одревесневающими
удлиненными побегами
п/кл Прямостоячие
A. suffruticosus
Тип Кустарники
Класс Кустарники с полностью одревесневающими удлиненными побегами
п/кл Прямостоячие
A. arbuscula
A. cornutus
A. suffruticosus
Отдел Полудревесные растения
Тип Полукустарники и полукустарнички
Класс Полукустарники и полукустарнички с удлиненными
несуккулентными побегами
п/кл Прямостоячие полукустарники и полукустарнички
Группа Прямостоячие полукустарнички
A. angarensis subsp. ozjorensis
A. austrouralensis
A. ceratoides
A. compressus
A. macroceras
A. macropus
A. pseudomacropus
A. stenoceras
Отдел Наземные травянистые растения
Тип Травянистые поликарпики
Класс Травянистые поликарпики с ассимилирующими побегами
п/кл Стержнекорневые каудексовые
Группа Длинностержнекорневые
Группа Короткостержнекорневые
A. angarensis
A. palibinii
A. ortholobus
A. tephrolobus
A. ionae
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
12
Т.А. Мякшина, Д.Н. Шауло
Типичный степной кустарник A. cornutus, так же как и представитель ряда
Arbusculi Vass. – A. arbuscula, в зависимости от условий местообитаний может принимать форму более низкого кустарника. У этих видов данное явление наблюдается в Северном Казахстане, в южной части их ареала, где они
растут на обедненных солонцеватых почвах в лугово-степных фитоценозах.
A. cornutus не получил широкого распространения на территории Сибири,
здесь его замещает более холодостойкий сибирский вид A. suffruticosus,
сходный с ним морфологически. Ареал астрагала кустарничкового охватывает не только горно-степную часть Западной и Средней Сибири, но и продвигается на северо-восток до Центральной Якутии. На всем протяжении ареала
A. suffruticosus встречается в разных экологических условиях. Как правило,
это открытые степные склоны гор и, значительно реже, заросли кустарников
и сосновые леса. Уход под полог леса или в заросли кустарников влечет за
собой появление более рослой жизненной формы кустарника. Такое явление
наблюдается в крайней северо-восточной части ареала, в Олекминском районе Якутии. В Якутии и Читинской области у A. suffruticosus преобладает
кустарниковая форма, для которой характерна большая площадь фотосинтетической поверхности, что свойственно видам в сомкнутых растительных
сообществах.
Полукустарнички. Данная группа в секции Xiphidium представлена низкорослыми растениями, близкими к травам по особенностям побегообразования, но отличающимися от них тем, что базальные части монокарпических
побегов древеснеют, а не отмирают.
Виды, относимые нами к полукустарничкам, предпочитают открытые местообитания с высокой инсоляцией и сухостью почвенного субстрата.
И.Ф. Гончаров [9] отнес A. ceratoides к ряду Macrotropidi Vass., в состав которого входят виды с жизненной формой многолетних травянистых растений.
По его мнению, этот вид является многолетним травянистым растением, хотя
им же было отмечено, что он может иметь стеблевые древеснеющие побеги.
Согласно системе жизненных форм И.Г. Серебрякова [32], A. ceratoides
имеет вегетирующие побеги около 30–40 см высотой, а многолетние одревесневающие (2–4 см) базисимподиальные участки побегов с почками возобновления обычно не выше 3,5–7 см. Однако, по нашему мнению, в связи с
высокой степенью одревеснения побегов его следует относить к полукустарничкам, а не к многолетним травам.
Другой представитель ряда Macrotropidi, типичный ксерофит A. stenoceras, имеет слабовыраженную древеснеющую нижнюю часть побегов (2 см).
Продвигаясь к южной и западной границам своего ареала (Монголия, Казахстан, Таджикистан), тяготеет к степным местообитаниям предгорий, произрастая на глинистых и щебнистых почвах. При этом в нижней части побегов
(4–5 см) наблюдается значительное одревеснение.
К отдельному ряду Virgatii Vass. относятся многолетние травы со слабо
одревесневающими побегами при основании. Однако как A. macropus Bunge,
так и A. pseudomacropus Knjasev et Kulikov, замещающий его в более южных
частях ареала, по степени одревеснения надземных многолетних побегов относятся к полукустарникам.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Типы жизненных форм астрагалов
13
Поликарпические травы. Травянистые многолетники среди астрагалов
ограничены по составу жизненных форм и представлены лишь каудексовой
экоморфой. У видов астрагалов этой группы побеги со временем погружаются
в почву, формируя каудекс. У некоторых близкородственных видов, представителей ряда Macrotropidi (A. angarensis, A. palibinii), наблюдается тенденция к
одревеснению нижней части побега (около 1 см), что можно рассматривать как
приспособленность к условиям среды. Их отличие от полудревесных растений
(полукустарников и полукустарничков), состоит в том, что они имеют однолетние одревесневающие монокарпические надземные побеги.
Короткостебельный ксерофит с толстым разветвленным каудексом –
A. ionae, является эндемиком островных степей Средней Сибири. На протяжении всего своего ареала он характеризуется приуроченностью к каменистым субстратам, встречаясь только по склонам гор и обрывов. Изменение
внешнего облика на протяжении всего ареала не прослеживается.
По характеру надземных и подземных побегов все изученные виды можно
подразделить на следующие габитуальные группы:
1. Стержнекорневые многоглавые безрозеточные мезосимподиальные кустарники с ортотропным направлением роста (A. cornutus, A. arbuscula). Хамефиты.
2. Корневищно-стержнекорневой безрозеточный мезосимподиальный кустарничек или кустарник с ортотропным направлением роста (A. suffruticosus).
Хамефит.
3. Стержнекорневые многоглавые поликарпические мезосимподиальные
(A. ceratoides, A. macropus, A. pseudomacropus) и базисимподиальные (A. macroceras, A. compressus Ledeb., A. stenoceras) полукустарнички с анизотропным
направлением роста. Хамефиты.
4. Длинностержнекорневые (A. angarensis, A. ortholobus Bunge, A. palibinii)
и короткостержнекорневые (A. tephrolobus Bunge, A. ionae) многоглавые базисимподиальные травянистые поликарпики с побегами анизотропного направления роста. Гемикриптофиты.
Проведенное исследование жизненных форм секции Xiphidium рода Astragalus показало, что на территории Азиатской России большинство видов этой
секции представлено полукустарничками (7 видов и 1 подвид), несколько
меньше травянистых растений (5 видов) и кустарников (3 вида). У некоторых
видов отмечен переход от травянистого типа к полутравянистому, т.е. у них
имеются однолетние древесные надземные побеги и многолетний древеснеющий каудекс (A. angarensis, A. palibinii). Установлено, что по жизненной
форме все виды секции объединяются в четыре габитуальные группы. Выявленные морфологические особенности изученных таксонов можно использовать как дополнительные признаки для внутрисекционного деления в систематике астрагалов секции Xiphidium.
Литература
1. Yakovlev G.P., Sytin A.K., Roskov Yu.R. Legumes of Northern Eurasia. Kew., 1996. P. 97–268.
2. Улзийхутаг Н. Род Astragalus L. // Растения Центральной Азии. СПб., 2000. Вып. 8в.
176 с.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
14
Т.А. Мякшина, Д.Н. Шауло
3. Камелин Р.В. Astragalus L. – Астрагал // Определитель растений Средней Азии. Ташкент: Изд-во «Фан» УзССР, 1981. Т. 6. С. 70–211.
4. Linnaeus C. Species plantarum. Ed. 1. Holmiae, 1753. Ed. 2. Holmiae. 1762–1763. 1762.
P. 1–784; 1763. P. 785–1684.
5. Pallas P.S. Species Astragalorum descriptae et iconibus coloratis illustratae // Lipsiae, 1800–
1803. 124 p.
6. Bunge A.A. Generis Astragali species gerontogeae. Pars 1. Claves diagnosticae. St. Petersbourg. 1868. T. 11, № 16. 140 p.
7. Bunge A.A. Generis Astragali species gerontogeae. Pars 2. Specierum enumeration. St. Petersbourg. 1869. T. 15, № 1. 254 p.
8. Крылов П.Н. Флора Западной Сибири. Томск, 1933. Вып. VII. С. 1630–1733.
9. Гончаров Н.Ф., Попов М.Г. Astragalus L. – Астрагал // Флора СССР. М.; Л., 1946. Т. 12.
С. 646–738.
10. Попов М.Г. Флора Средней Сибири. М.; Л., 1957. Т. 1. С. 334–335.
11. Положий А.В. Семейство Бобовые – Papilionaceae // Флора Красноярского края. Томск,
1960. Вып. VI. С. 20–41.
12. Пешкова Г.А. Семейство Fabaceae или Leguminosae – Бобовые // Флора Центральной
Сибири. Т. 2. Новосибирск, 1979. Т. 2. С. 594–606.
13. Павлова Н.С. Семейство Fabaceae // Сосудистые растения советского Дальнего Востока. Л.: Наука, 1989. Т. 4. 236 с.
14. Выдрина С.Н. Astragalus L. – Астрагал // Флора Сибири. Новосибирск, 1994. Т. 9. С. 20–74.
15. Перфильева В.И. Род Astragalus L. // Определитель высших растений Якутии. Новосибирск: Наука, 1974. С. 335–341.
16. Силантьева М.М. Конспект флоры Алтайского края. Барнаул: Изд-во Алтайского гос.
ун-та, 2006. 392 с.
17. Положий А.В., Шауло Д.Н. Семейство Fabaceae // Определитель растений Республики
Тывы. 2-е изд., испр. и доп. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2007. С. 304–316.
18. Чепинога В.В. Семейство Fabaceae // Конспект флоры Иркутской области (сосудистые
растения). Иркутск: Изд-во Иркут. гос. ун-та, 2008. С. 162–165.
19. Камелин Р.В. Astragalus L. – Астрагал // Ареалы деревьев и кустарников СССР. Л.:
Наука, 1986. Т. 3. 182 с.
20. Ищенко Л.Е. Астрагалы Туркмении. Ашхабад: Ылым, 1981. 184 с.
21. Белоус В.Н. Виды рода Astragalus L. и их роль в растительном покрове Предкавказья:
Автореф. дис. … канд. биол. наук. Ставрополь, 2005. 20 с.
22. Коропачинский И.Ю., Скворцова А.В. Деревья и кустарники Тувинской АССР. Новосибирск: Наука, 1966. 184 с.
23. Коропачинский И.Ю. Дендрофлора Алтае-Саянской горной области. Новосибирск:
Наука, 1975. 290 с.
24. Коропачинский И.Ю. Древесные растения Сибири. Новосибирск: Наука,1983. 384 с.
25. Коропачинский И.Ю., Встовская Т.П. Древесные растения Азиатской России. Новосибирск: Гео, 2002. 707 с.
26. Рябинина З.Н., Князев М.С. Определитель сосудистых растений Оренбургской области.
М.: Товарищество научных изданий КМК, 2009. С. 381–396.
27. Куликов П.В. Конспект флоры Челябинской области (сосудистые растения). Екатеринбург; Миасс: Геотур, 2005. С. 237–241.
28. Воробьев Д.П. Дикорастущие деревья и кустарники Дальнего Востока. Л.: Наука, 1968.
С. 153.
29. Кузнецова Г.В. Морфогенез и ритм развития астрагала рогового – Astragalus ceratoides Bieb.
// Комплексное изучение полезных растений Сибири. Новосибирск: Наука, 1974. С. 44–56.
30. Пленник Р.Я. Морфологическая эволюция бобовых Юго-Восточного Алтая / Отв. ред.
К.А. Соболевская. Новосибирск: Наука, 1970. 215 с.
31. Лебедев Е.А. Виды рода Astragalus L. и Oxytropis DC. (сем. Fabaceae) во флоре Хакассии и
вопросы охраны редких видов: Автореф. дис. … канд. биол. наук. Новосибирск, 1998. 18 с.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Типы жизненных форм астрагалов
15
32. Серебряков И.Г. Экологическая морфология растений: Жизненные формы покрытосеменных и хвойных. М.: Высш. шк., 1962. 377 с.
33. Raunkier C. The life forms of plants and statistical plant geography. Oxford: Clarendon Press,
1934, 632 c.
34. Науменко Н.И. Флора и растительность южного Зауралья. Курган: Изд-во Курганского гос.
ун-та, 2008. 512 с.
35. Серебряков И.Г. Морфология вегетативных органов высших растений. М.: Сов. наука, 1952.
392 с.
36. Серебряков И.Г. Жизненные формы высших растений и их изучение // Полевая геоботаника. М.; Л.: Изд-во АН СССР, 1964. Т. 3. С. 417–433.
37. Голубев В.Н. О морфогенезе и эволюции жизненных форм травянистых растений лесолуговой зоны // Бюллетень Московского общества испытателей природы. Отд. биол., 1957.
Т. 62, № 6. С. 35–57.
38. Голубев В.Н. Основы биоморфологии травянистых растений центральной лесостепи. Воронеж, 1962. 510 с.
39. Голубев В.Н. Эколого-биологические особенности травянистых растений и растительных
сообществ лесостепи. М.: Наука, 1965. 286 с.
Поступила в редакцию 28.09.2010 г.
Tatiana A. Myakshina, Dmitry N. Shaulo
Central Siberian Botanical Garden of Siberian Branch of Russian Academy of Sciences,
Novosibirsk, Russia
TYPES OF LIFE FORMS AND THEIR IMPORTANCE FOR SYSTEMATICS
OF THE SECTION Xiphidium Bunge OF THE GENUS Astragalus L.
Wide distribution of separate representatives of the section Xiphidium Bunge in the
area of North Asia and the diversity of habitat conditions encouraged the appearance
and formation of a variety of vegetative and reproductive structures. However, no special
research in morphology of most Astragalus L. species of the section Xiphidium has been
conducted up to now. Peculiarities of life forms of 16 Astragalus taxa growing in Asian Russia were studied. According to I.G. Serebryakov’s classification of life forms most of species of
the section Xiphidium are represented by dwarf semishrubs (7 species and 1 subspecies),
smaller number of herbaceous plants (5 species) and shrubs (3 species). Dwarf semishrubs
prefer open habitats with high insolation and dryness of soil substrate. A. austrouralensis Kulikov, A. ceratoides Bieb., A. compressus Ledeb., A. macroceras C. A. Meyer, A. macropus
Bunge, A. pseudomacropus Knjasev et Kulikov and A. stenoceras C.A. Meyer belong to them.
Herbaceous perennial plants are limited in the composition of life forms and only represented
by caudex ecomorph. In some herbaceous forms the trend is to pass to semiherbaceous type.
Their dissimilarity from semiarborescent ones (semishrubs and dwarf semishrubs) is that they
have annual lignified monocarpic overeground shoots. A. angarensis Turcs. ex Bunge and
A. palibinii Polozhij belong to such species.
Considerable distinctions of morphological structure may be observed in widespread
species in different parts of their ranges in connection with the habitat conditions.
A. cornutus Pallas and A. arbuscula Pallas are shrubs in the northern part of their area
and in the southern one where they grow on poor subsalsuginous soils in meadow-steppe
phytocoenoses they are represented by lower shrubs. Life form of A. suffruticosus DC.
with a wide area (from southern regions of West and Middle Siberia to Central Yakutia)
may change from dwarf shrub to shrub.
Key words: life forms; genus Astragalus; section Xiphidium; Asian Russia; habitual
groups.
Received September 28, 2010
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
А.В. Филоненко, А.Н. Ефремов
16
Вестник Томского государственного университета. Биология. 2011. № 2 (14). С. 16–21
УДК 582.931 (581.47 + 581.8)
А.В. Филоненко1, А.Н. Ефремов2
1
Московский педагогический государственный университет (г. Москва)
2
ЗАО «Проектный институт реконструкции и строительства
объектов нефти и газа» (г. Омск)
МОРФОЛОГИЯ И АНАТОМИЯ ПЛОДОВ
ПРЕДСТАВИТЕЛЕЙ РОДА Menodora (Oleaceae)
Представлены результаты изучения развития плодов и формирования перикарпия у трех представителей рода Menodora Bonpl. (Oleaceae). Показано, что
плоды Menodora развиваются из верхнего димерного синкарпного гинецея, а экстракарпеллярные элементы не принимают участие в формировании плода. Перикарпий четко дифференцирован на экзо-, мезо- и эндокарпий. Экзокарпий представлен однослойной эпидермой. Мезокарпий сформирован паренхимными клетками, в районе вскрывания преобладают клетки с незначительно утолщенными
клеточными стенками. Эндокарпий, так же как и экзокарпий, образован однослойной эпидермой. На основании полученных данных морфогенетический тип
плодов Menodora определен как коробочки Galanthus-типа. С привлечением карпологических признаков уточнено систематическое положение рода Menodora, обсуждены филогенетические связи.
Ключевые слова: перикарпий; морфогенез плодов; Menodora.
Введение
Род Menodora Bonpl. насчитывает около 20 видов кустарников, произрастающих в Северной и Южной Америке, а также в Южной Африке [1, 2].
Систематика рода Menodora довольно сильно запутана, несмотря на многочисленные попытки введения внутриродовых таксономических единиц, ревизии и региональные флористические обработки [3–5]. Во многом такое положение объясняется полиморфностью видов принимаемых в рамках рода
Menodora и их слабой морфологической обособленностью от видов рода
Jasminum L. [6–8]. В системе семейства Oleaceae род Menodora, совместно с
родом Jasminum, всегда занимал обособленное положение и рассматривался в
составе трибы Jasmineae подсемейства Jasminoideae [9–14]. Основным критерием для выделения данной трибы (а также подсемейства) послужил тот
факт, что плоды у Menodora и Jasminum явственно двулопастные, выглядящие как две сросшиеся в основании сферы. В соответствии с системой, предложенной J.A. Steyermark [1], род Menodora включает два подрода: subgen.
Menodora, объединяющий виды, лишенные колючек и имеющие трансверзально вскрывающиеся плоды, и subgen. Duogyne, включающий единственный вид – Menodora spinescens A. Gray, – имеющий выраженные шипы и
плоды, вскрывающиеся дорзально или нерегулярно.
Плоды Menodora неоднократно становились предметом специальных исследований [6, 7], однако J. Rohwer уделял большее внимание морфологиче-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Морфология и анатомия плодов
17
ским признакам плодов (цвет и консистенция перикарпия, характер вскрывания), а также анатомическому строению спермодермы (в особенности структуре саркотесты), нежели анатомии перикарпия. Вероятно, это связано с тем,
что перикарпий у представителей Menodora редко насчитывает более 10 слоев клеток, чаще всего 3–4, в то время как саркотеста может насчитывать до
20 слоев многообразных клеток.
Целью настоящего исследования явилось изучение морфологии и анатомии плодов и гистогенеза перикарпия некоторых представителей рода
Menodora.
Материалы и методики исследования
В рамках карпологического исследования представителей семейства Oleaceae
изучены в развитии морфология плодов и анатомия перикарпия трех видов рода
Menodora: M. spinescens A. Gray (subgen. Duogyne); M. africana Hook.,
M. mexicana A. Gray. (subgen. Menodora). Материал для исследования был получен из гербариев и карпологических коллекций: карпологической коллекции
Ботанического музея Ботанического института им. В.Л. Комарова РАН (БИН
РАН), Гербария БИН РАН (LE) (Санкт-Петербург, РФ), Миссурийского ботанического сада (MO) (Сент-Луис, США), Нью-Йоркского ботанического сада (NY)
(Нью-Йорк, США), Национального ботанического сада Кирстенбош (NBG)
(Кейптаун, ЮАР).
Перед проведением анатомического исследования сухие плоды выдерживали в смеси Страсбургера в течение 10–20 сут [15]. Свежий материал фиксировали в 70%-ном этаноле. Парафиновые блоки изготавливались без предварительной проводки. Срезы плодов толщиной 7–15 мкм выполнены с помощью салазочного микротома «МС-2» (Россия). Для выявления лигнифицированных участков в различных гистогенетических зонах перикарпия проводили реакцию с флороглюцином и соляной кислотой; гистохимические реакции выполнены по стандартным методикам [15]. Микрофотографии выполнены на сканирующем электронном микроскопе «Hitachi S–405A» (Япония).
Зарисовка гистологических препаратов сделана от руки методом прямой проекции. С целью определения характера гистогенеза перикарпия плоды изучались на разных стадиях развития: от опыленной карпеллы до зрелого плода.
Термины «экзокарпий», «мезокарпий» и «эндокарпий» используются ниже в
строго гистогенетическом смысле: как производные наружной эпидермы
карпеллы, мезофилла и внутренней эпидермы карпеллы соответственно [16].
Результаты исследования и обсуждение
В результате карпологического исследования установлено, что плоды
Menodora развиваются из верхнего димерного синкарпного гинецея, характерного для всех представителей семейства Oleaceae [13]. В каждом гнезде
завязи закладывается по 2 (subgen. Duogyne) или 4 анатропных семязачатка
(subgen. Menodora); плацентация субмаргинальная. Зрелые плоды двулопастные, сухие, вскрывающиеся дорзально (subgen. Duogyne) или трансверзально
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
18
А.В. Филоненко, А.Н. Ефремов
(subgen. Menodora). Число развитых семян обычно соответствует числу семязачатков.
Экзокарпий у всех изученных видов рода Menodora образован однослойной эпидермой, сложенной из мелких, незначительно уплощенных, тонкостенных клеток. К моменту созревания клетки экзокарпия, как правило,
сильно уплощаются. На поверхности экзокарпия обнаруживается мощная
кутикула (рис. 1, а, б, на вклейке).
Мезокарпий Menodora насчитывает 2–4 слоя тонкостенных, уплощенных
или изодиаметрических клеток на вентральных поверхностях и до 10 слоев
аналогичных клеток на латеральных поверхностях в районе вскрывания. На
дорзальных поверхностях карпелл в толще паренхимы мезокарпия обнаруживаются единичные клетки с утолщенными, но нелигнифицированными
стенками (рис. 2, а, б, на вклейке). В районе вскрывания плода такие клетки
наиболее многочисленны, при этом клетки внутренних слоев мезокарпия
имеют наиболее мощные утолщения (рис. 1, б, на вклейке; рис. 2, в, на
вклейке). Механическое напряжение, нарастающее по мере высыхания перикарпия, обусловливает вскрывание плодов. В толще паренхимы проходят
многочисленные проводящие пучки, лишенные механической обкладки.
Эндокарпий, так же как и экзокарпий, представлен однослойной эпидермой,
однако клетки эндокарпия более крупные и более сильно уплощенные
(рис. 2, а–в, на вклейке).
На основе полученных данных, в соответствии с принятой терминологией,
морфогенетический тип плодов Menodora соответствует коробочке Galanthus-типа [16]. Данный морфогенетический тип характеризуется полным отсутствием лигнификации тканей перикарпия. Плоды всех изученных видов
рода Menodora имеют общий с представителями рода Jasminum план строения и дифференциации тканей перикарпия, что подтверждает близкое родство данных родов. На близость этих таксонов также указывают морфологические [12], кариологические [11] и молекулярно-генетические данные [13].
Выявленные структурные особенности плодов изученных таксонов не позволяют четко разграничить роды Menodora и Jasminum, на что уже указывалось
ранее [18]. Напротив, анатомические признаки вскрывающихся плодов ряда
видов Jasminum дают основание рассматривать их как в составе рода Jasminum, так и в составе рода Menodora. В структуре плодов всех изученных видов Menodora выявлен однослойный паренхимный эндокарпий. Данный признак характеризует семейство Oleaceae наравне с таким важным систематическим признаком, как верхний димерный синкарпный гинецей [19, 20].
Основываясь на том, что при зрелых плодах Menodora сохраняется чашечка, высказывалось предположение об участии экстракарпеллярных элементов в формировании стенки плодов [1]. Однако выполненные исследования показывают, что стенка плода у всех изученных видов Menodora сформирована исключительно тканями карпелл. Хотя при плодах и сохраняется
чашечка, при этом весьма гипертрофированная, однако в процессе диссеминации она не участвует. Вероятно, чашечка выполняет защитную функцию,
предохраняя плоды от поедания, так как имеет интенсивное железистое опушение.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 1. Анатомическое строение перикарпия видов рода Menodora (СЭМ):
а – M. africana (× 300); б – M. africana (× 1000)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 2. Анатомическое строение перикарпия видов рода Menodora (× 250):
а – перикарпий M. africana на вентральной поверхности; б – перикарпий M. africana
на латеральной поверхности; в – перикарпий M. africana на дорзальной поверхности –
зона вскрывания (радиальный срез)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Морфология и анатомия плодов
19
Вскрывание плодов Menodora происходит в результате механического напряжения тканей перикарпия, происходящего при высыхании, что также является основной причиной вскрывания плодов у представителей различных
таксономических групп [21]. В случае с Menodora механическое напряжение
вызывается разнородностью клеток паренхимы мезокарпия. Наличие паренхимных клеток, сильно отличающихся по размерам и форме, а также присутствие в зоне вскрывания большого числа клеток с утолщёнными (но нелигнифицированными) стенками обеспечивают неравномерное сжатие перикарпия при высыхании, что в свою очередь провоцирует его разрыв. У таксонов,
характеризующихся регулярно вскрывающимися плодами, перикарпий имеет
четко очерченную зону гетероцеллюлярной паренхимы, которая и становится
зоной вскрывания. В случае нерегулярного вскрывания перикарпий, как правило, не имеет подобной зоны, а содержит диффузно распределенные клетки
с утолщенными стенками и группы мелких паренхимных клеток. Тот участок
перикарпия, где таких клеток больше, и будет местом вскрывания. Важно
отметить, что плоды Menodora, имеющие наиболее тонкий перикарпий (3–
5 слоев клеток) на вентральных поверхностях в дистальной части плодов,
практически никогда не вскрываются вентрально, напротив, у регулярно
вскрывающихся плодов вскрывание происходит в районе наиболее мощного
перикарпия (до 15 слоев клеток). Аналогичная ситуация наблюдается и у
представителей рода Jasminum [18, 22].
Механизм вскрывания плодов других представителей семейства (Forsythia
Vahl, Comoranthus Knobl., Schrebera Roxb. и Syringa L.) хотя и основан на тех
же принципах, что и у Menodora и Jasminum, однако более сложно организован
и оформлен в виде четко обособленной гистологической зоны. Такие структурные различия позволяют говорить о независимом возникновении вскрывающихся плодов в различных эволюционных ветвях семейства Oleaceae.
В качестве исходного типа плодов для семейства Oleaceae мы склонны рассматривать коробочки Forsythia-типа [16], характерные для Forsythia, Comoranthus, Schrebera и Syringa. От коробочек Forsythia-типа путем «стандартных»
морфогенетических преобразований выводятся пиренарии Olea-типа (с всевозможными модификациями: сочные с несколькими односемянными косточками, сочные с одной односемянной косточкой, сухие крылатые односемянные), характерные для подавляющего большинства представителей семейства
Oleaceae [19, 20]. «Стандартные» преобразования включают комплекс структурных изменений, направленный на формирование эффективной односемянной диаспоры, с различными адаптациями к диссеминации [23]. В рамках
«стандартных» модусов эволюционных преобразований плодов также лежат
преобразования коробочек Forsythia-типа в коробочки Galanthus-типа. В первом случае имеют место полимеризация слоев мезокарпия и усложнение структуры перикарпия, а во втором напротив – редукция слоев мезокарпия и упрощение структуры перикарпия. При этом сравнительно простая структура плодов Menodora вторична и носит адаптивный характер, и рассматривать ее как
показатель примитивности таксона некорректно.
Проведенные исследования позволяют заключить, что эволюционная
ветвь Menodora и Jasminum довольно сильно изолирована и весьма подвину-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
20
А.В. Филоненко, А.Н. Ефремов
та, что подтверждается также данными сравнительной морфологии, кариологии и сиквенса нуклеотидных последовательностей [11–14]. В связи с этим
рассмотрение Menodora и Jasminum в рамках трибы Jasmineae подсемейства
Jasminoideae представляется нам вполне оправданным.
Литература
1. Steyermark J. A revision of the genus Menodora // Annals of the Missouri Botanical Garden.
1932. Vol. 19. P. 87–176.
2. Turner B.L. An overview of North American species of Menodora (Oleaceae) // Phytologia.
1991. Vol. 71. P. 340–365.
3. Verdoorn I.C. The Oleaceae of Southern Africa // Bothalia. 1956. Vol. 6. P. 549–639.
4. Turner B.L. Menodora gypsophyla (Oleaceae), a new species from near Galeana, Nuevo Leon,
Mexico // Phytologia. 1995. Vol. 79. P. 8–9.
5. van Devender T.R., Turner B.L. A new species of Menodora (Oleaceae) from the Sierra
Madre Occidental in eastern Sonora, Mexico // Phytologia. 1997. Vol. 82. P. 269–272.
6. Rohwer J.G. Fruit and seed structures in Menodora (Oleaceae): a comparison with Jasminum
// Botanica Acta. 1995. Vol. 108. P. 163–168.
7. Rohwer J.G. The fruits of Jasminum mesnyi (Oleaceae), and the distinction between Jasminum and Menodora // Annals of the Missouri Botanical Garden. 1997. Vol. 84. P. 848–856.
8. Lee H.-L., Jansen R.K., Chumley T.W., Kim K.-J. Gene Relocations within Chloroplast Genomes of Jasminum and Menodora (Oleaceae) Are Due to Multiple, Overlapping Inversions
// Molecular Biology and Evolution. 2007. Vol. 24. P. 1161–1180.
9. Bentham G. Oleaceae // Genera plantarum / Eds. by G. Bentham, J.D. Hooker. London, 1876.
Vol. 2. P. 672–680.
10. Knoblauch E. Oleaceae // Die natürlichen Pflanzenfamilien / Eds. by A. Engler, K. Prantl.
Leipzig, 1895. IV, 2. P. 1–16.
11. Taylor H. Cyto-taxonomy and phylogeny of the Oleaceae // Brittonia. 1945. Vol. 5. P. 337–
367.
12. Johnson L.A.S. A review of the family Oleaceae // Contribution New South Wales National
Herbarium. 1957. Vol. 2. P. 396–418.
13. Wallander E., Albert V.A. Phylogeny and classification of Oleaceae based on rps 16 and trn
L-F sequence data // American Journal of Botany. 2000. Vol. 87, № 12. P. 1827–1841.
14. Green P.S. Oleaceae // The families and genera of vascular plants / Ed. by K. Kubitzki. Heidelberg, 2004. Vol. VII. P. 296–306.
15. O’Brien T.P., McCully M.E. The study of plant structure: principles and selected methods.
Melbourne: Termacarphy Pty. Ltd., 1981. 342 p.
16. Бобров А.В., Меликян А.П., Романов М.С. Морфогенез плодов Magnoliophyta. М.:
URSS, 2009. 400 с.
17. Rohwer J.G. Die frucht- und samenstrukturen der Oleaceae. Stuttgart: G. Borntraeger, 1996.
184 p.
18. Филоненко А.В., Бобров А.В. Сравнительная карпология и филогенетические связи
представителей родов Menodora и Jasminum (Oleaceae) // Материалы региональной
научной конференции «Ботанические исследования на Урале». Пермь, 2009.
С. 367–370.
19. Меликян А.П., Филоненко А.В. Морфология и анатомия плодов представителей рода
Olea L. (Oleaceae) // Материалы Международной научной конференции «Актуальные
проблемы ботаники в Армении». Ереван, 2008. С. 131–134.
20. Филоненко А.В. Морфология и анатомия плодов представителей рода Fraxinus L.
(Oleaceae) // Материалы Международной научной конференции «Биоразнообразие:
проблемы и перспективы сохранения». Пенза, 2008. С. 82–84.
21. Левина Р.Е. Способы распространения плодов и семян. М.: Наука, 1957. 359 с.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Морфология и анатомия плодов
21
22. Филоненко А.В., Меликян А.П. Морфология плодов и анатомия перикарпия Jasminum
azoricum L. (Oleaceae) // Материалы международной научной конференции «Актуальные проблемы ботаники и экологии». Каменец-Подольский, 2008. С. 263–264.
23. Тахтаджян А.Л. Основы эволюционной морфологии покрытосеменных растений. М.;
Л.: Наука, 1964. 236 с.
Поступила в редакцию 15.02.2011 г.
Andrew V. Filonenko1, Andrew N. Efremov2
1
Moscow Pedagogical State University, Moscow, Russia
JSC «Design Institute for Oil and Gas Projects Construction and Rehabilitation»,
Omsk, Russia
2
THE MORPHOLOGY AND ANATOMY OF Menodora (Oleaceae) GENUS FRUITS
The analysis of fruits ontogenesis and pericarp development of three representatives
of Menodora Bonpl. genus (Oleaceae) is presented in this article. This genus demonstrates quite close relationships with genus Jasminum L. and at the same time occupies a
rather isolated position within a family. That's how the goal of this research emerged.
The current sources quite commonly treat Menodora and Jasminum fruits as berries,
which is caused by incorrect interpretation of the nature of fleshy tissues fruits. We
showed that Menodora fruits develop from upper dimerous syncarpous gynoecium, but
extacarpellary elements don't participate in fruit formation. The pericarp of Menodora is
clearly differentiated into exo-, meso- and endocarp and consists of no more than 15 cell
layers. Earlier the pericarp parenchymal tissues were confused with massive sarcotesta,
which is 5 and more times thicker than pericarp. Exocarp consists of single-layer epidermis of mainly flattened thin-walled cells. Heterocellular mesocarp is formed mainly
by parenchymal cells, but in dehiscent area cells with slightly thickened walls prevail. As
the heterocellular parenchymal tissues of the mesocarp dry the mechanical stress increases and causes fruits dehiscence. Exocarp is presented by one-layered epidermis.
Mesocarp is formed by parenchymal cells, in the place of dehiscence cells with insignificant incrassation of cellular walls prevail. Endocarp as well as exocarp is formed by
one-layered epidermis. All Menodora species fruit structure we studied exhibit singlelayered parenchymal endocarp. This feature is characteristic for the Oleaceae family together with the important systematic feature such as upper dimerous syncarpous gynoecium. Based on the data we obtained the morphogenetic fruit type of Menodora is defined as capsules of Galanthus-type that can transform into nuts of Physena-type as they
lose the dehiscence mechanism. Bringing carpological features into consideration we refined the systematic position of the Menodora genus, discussed its phylogenetic relationships. From this we conclude that the evolutionary line of Menodora and Jasminum is
quite separate and developed. This is also confirmed by the data of comparative morphology, karyology, and nucleotide sequences. Therefore we suggest considering
Menodora and Jasminum as belonging to Jasminoideae subfamily.
Key words: pericarp; morphogenesis of fruits; Menodora.
Received February 15, 2011
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В.А. Однокурцев, В.Т. Седалищев
22
Вестник Томского государственного университета. Биология. 2011. № 2 (14). С. 22–34
ЗООЛОГИЯ
УДК 599.742.4(571.56-15)
В.А. Однокурцев, В.Т. Седалищев
Институт биологических проблем криолитозоны СО РАН (г. Якутск)
ГЕЛЬМИНТОФАУНА СОБОЛЯ (Martes zibellina Linnaeus) ЯКУТИИ
За период с 1981 по 2008 г. на заражённость гельминтами исследовано
1548 тушек соболя (Martes zibellina Linnaeus, 1758) в семи регионах Республики
Якутия (Южной Якутии – 347, Юго-Западной – 363, Западной – 217, Центральной – 138, Северо-Западной – 254, Колымо-Индигирской группе районов – 57 и Северо-Восточной Якутии – 172). Общая заражённость соболя в Якутии составила
46,0% (цестодами – 37,3%; нематодами – 12,6%). Обнаружено 8 видов гельминтов: три вида цестод Taenia martis (Zeder, 1803), Taenia mustelae Gmelin, 1790,
Mesocestoides lineatus (Goeze, 1782) и пять видов нематод Ascaris columnaris Leidy,
1856, Molineus patens (Duj., 1845), Capillaria putorii (Rudolphi, 1819), Soboliphyme
baturini Petrov, 1930, Syphacia obvelata (Rudolphi, 1802). Впервые для Якутии у соболя, обитающего в южных районах, обнаружена нематода Soboliphyme baturini.
Наиболее разнообразна гельминтофауна в Южной Якутии – восемь видов, наименее – в Колымо-Индигирской группе районов – четыре, в остальных зарегистрировано по шесть видов. Отмечена наибольшая заражённость зверьков цестодой
Taenia martis (29,8%) и нематодой Ascaris columnaris, 1856 (6,4%). Выявлены половые и возрастные различия зараженности: заражённость самцов (44,5%) ниже,
чем самок (48,1%). Экстенсивность инвазии молодых зверьков (50,0%) выше, чем у
взрослых (38,7%). Наиболее высокая зараженность (55,4%) отмечена при росте
поголовья и увеличении плотности соболя в 2003 г., а низкая (31,8%) – при снижении численности вида в 1995 г.
Ключевые слова: соболь; гельминтофауна; динамика зараженности; Якутия.
Введение
В результате запрета промысла 1930–1941, 1946–1950 гг., исскуственного
расселения (было произведено 49 выпусков и расселено около 5 тыс. зверьков) соболя в 1948–1958 гг. и охранных мер к 60-м гг. прошлого века соболь
освоил практически все таёжные территории Якутии [1]. С 1970-х гг. соболь – один из важнейших пушно-промысловых видов. Особенно велико его
значение для колымских, северо-восточных, северо-западных и западных
(вилюйских) районов Республики Якутия, где охота на соболя – основная
статья доходов населения. На долю этих регионов за период с 1971 по 1990 г.
приходилось от 63 до 75,2% всех заготовок соболиных шкурок [2]. Послепромысловая численность соболя в период 2000–2008 гг. в среднем по республике была в пределах 120 тыс. голов, а предпромысловая (при 35%-ном
приросте) составляла около 160 тыс. зверьков [3]. Среднегодовые заготовки
соболиных шкурок за период с 2000 по 2009 г. составили 39,9 тыс. шт.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Гельминтофауна соболя
23
В 2009 г. было заготовлено 49,8 тыс. соболиных шкурок, что в денежном выражении составило 82,6% от стоимости республиканских заготовок. По сравнению с периодом 1983–1985 [4] этот показатель увеличился на 37,5%.
Общеизвестно, что эндопаразиты могут выполнять функцию регуляторов
численности популяций соболя, снижая их репродуктивный потенциал и биологическую продуктивность [5–9]. Всё это свидетельствует о том, что вопросы,
связанные с изучением влияния гельминтов на состояние зверей и в целом на
их популяции, имеют не только теоретическое, но и практическое значение
[10]. Гельминтофауну соболя Якутии после его реакклиматизации до середины
60-х гг. прошлого века исследовал Н.М. Губанов [7], после которого этим вопросом длительное время никто не занимался. В начале 1980-х гг. сотрудники
Якутского отделения Всероссийского научно-исследовательского института
охотничьего хозяйства и звероводства при изучении экологии соболя Якутии
проводили сборы гельминтологического материала в семи регионах (зонах)
республики, за исключением тундровой зоны. Аналогичные работы проводились сотрудниками Института биологии ЯФ СО РАН в Западном Предверхоянье. По результатам обработки гельминтологического материала появились
публикации о зараженности гельминтами соболя, обитающего в различных
регионах Якутии [11–17]. Районы, сходные по климату, растительности и населению промысловых животных, были объединены в восемь регионов (зон)
[18]. При описании рельефа и климата территорий регионов использовались
материалы С.С. Коржуева [19] и Г.Н. Витвицкого [20].
В данной работе обобщены многолетние данные по зараженности соболя
глистными инвазиями с целью установить видовой состав гельминтов и степень поражения ими в настоящее время.
Материалы и методики исследования
Для изучения видового состава гельминтов и степени поражения ими соболя необходимо было изучить пространственно-временную динамику зараженности соболя гельминтами в условиях Якутии, а также выявить зависимость экстенсивности и интенсивности инвазии от пола, возраста и численности животного-хозяина. За период с 1981 по 2008 г. было исследовано на
заражённость гельминтами 1548 тушек соболя, из них самок – 636, самцов –
912, взрослых – 553 и молодых – 995. Материал для исследования собирался
у охотников из семи регионов Якутии. Вскрытие и исследование тушек на
заражённость эндопаразитами проводили по методике К.И. Скрябина [21] и
В.М. Ивашкина и др. [22]. Видовой состав обнаруженных гельминтов определяли по Д.П. Козлову [23]. Для оценки заражённости соболей были использованы показатели экстенсивности инвазии (Э.И. – доля заражённых особей в
процентах от общего числа обследованных зверьков), интенсивности заражения (И.И. – число гельминтов, встреченных у одного зверька), индекс обилия
(И.О. – число гельминтов на одну исследованную особь).
Результаты гельминтологических исследований соболя приведены по каждому региону в отдельности с указанием районов, где собирался биологический материал (тушки соболя).
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В.А. Однокурцев, В.Т. Седалищев
24
Результаты исследований и обсуждение
Южная Якутия (Алданский, Усть-Майский районы). Территория Южной
Якутии занимает Алданское плоскогорье, опоясанное с юга Становым хребтом и частично Лено-Алданским плато. Климат умеренный, в нагорьях холодный, в южной части избыточно влажный. Абсолютные минимумы для
г. Алдана –51ºС, для Чульмана –61ºС, а среднегодовая соответственно –6,3 и
–9,5ºС. В регионе выпадает наибольшее в Якутии количество осадков (в Алдане – 519 мм, в Чульмане – 494 мм). Площадь соболиных угодий равна
30559,8 тыс. га. За 2000–2009 гг. в среднем по региону заготавливалось
9,3 тыс. соболиных шкурок.
Исследовано 347 тушек соболя, из них заражена 171 (Э.И. 49,3%; И.И. 1–
12 экз.; средняя заражённость 2,7±0,1 экз.; И.О. 1,3±0,1 экз.). Обнаружено
восемь видов паразитических червей, относящихся к двум классам: три вида
цестод и пять видов нематод (табл. 1).
Таблица 1
Видовой состав гельминтов и зараженность соболя в Южной Якутии
Класс и вид гельминта
Цестоды
Taenia martis (Zeder, 1803)
Taenia mustelae Gmelin, 1790
Mesocestoides lineatus
(Goeze, 1782)
Нематоды
Ascaris columnaris Leidy, 1856
Molineus patens (Duj., 1845)
Capillaria putorii
(Rudolphi, 1819)
Sobolephyme baturini Petrov,
1930
Syphacia obvelata
(Rudolphi, 1802)
1–12
1–10
1– 3
Средняя
интенсивность
инвазии,
экз./особь
2,5±0,1
2,4±0,2
1,5±0,1
1,0±0,09
–
–
4,6
1– 9
2,5±0,5
–
37
22
1
10,6
6,3
0,3
1– 9
1– 6
2
2,5±0,3
2,0±0,2
–
0,3±0,05
–
–
11
3,2
1– 9
3,6±06
–
2
0,6
2–2
2
–
1
0,3
2
–
–
Кол-во зараженных
особей, шт.
Э.И.
И.И.
150
121
24
43,2
34,9
6,9
16
И.О.
Юго-Западная Якутия. Группа районов (Олёкминский и Ленский районы) занимает часть среднего течения р. Лена. В пределы этого региона заходят поднятия Средне-Сибирского плоскогорья, Олёкмо-Чарского нагорья и
Северо-Патамского нагорья, отроги которого здесь значительно сглажены.
Климат мягкий. Среднегодовая температура для Олёкминска –6,8ºС, для Ленска –6,3ºС, а абсолютные минимумы соответственно –59 и –58ºС. Высота
снежного покрова колеблется от 34 до 72 см, а годовое количество осадков
240–340 мм. Площадь соболиных угодий составила 22019,4 тыс. га. В среднем за период 2000–2009 гг. заготавливалось 7,5 тыс. шкурок соболя.
Исследовано 363 тушки соболя, из них было заражено 164 (Э.И. 45,2%;
И.И. 1–15 экз.; средняя заражённость 3,7±0,2 экз.; И.О. 1,7±0,1 экз.). Обнаружено шесть видов паразитических червей (табл. 2).
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Гельминтофауна соболя
25
Таблица 2
Видовой состав гельминтов и зараженность соболя в Юго-Западной Якутии
Класс и вид гельминта
Цестоды
Taenia martis (Zeder, 1803)
Taenia mustelae Gmelin,
1790
Mesocestoides lineatus
(Goeze, 1782)
Нематоды
Ascaris columnaris Leidy,
1856
Molineus patens (Duj., 1845)
Capillaria putorii
(Rudolphi, 1819)
1–12
1–9
Средняя
интенсивность
инвазии,
экз./особь
3,3±0,2
3,2±0,2
1,1±0,1
–
3,0
1– 7
3,9±0,6
–
8
2,2
1–12
4,1±1,4
–
66
18,2
1–15
3,3±0,3
0,6±0,09
31
8,5
1–4
1,9±0,1
–
10
2,7
1– 8
2,4±0,7
–
25
6,9
1–15
5,4±0,6
–
Кол-во зараженных
особей, шт.
Э.И.
И.И.
117
98
32,2
27,0
11
И.О.
Западная (вилюйская) группа районов (Верхневилюйский, Вилюйский,
Сунтарский, Нюрбинский, Мирнинский и Кобяйский – левобережье р. Лена)
занимают бассейн р. Вилюй и его притоки. Имеется множество озёр. Климат
умеренный и засушливый. Среднегодовая температура для Сунтар –7,9ºС,
Нюрбы –8,8ºС и Вилюйска –9,2ºС. Абсолютные минимумы соответственно
–63, –62 и –61ºС. Продолжительность безморозного периода колеблется от 55
до 100 дней. Снежный покров держится 210–215 дней. Высота снежного покрова к концу зимы на закрытых от ветра местах достигает 49–60 см. Годовая
сумма осадков 200–300 мм. Площадь соболиных угодий в регионе 37260,0 тыс.
га. За 2000–2009 гг. в среднем заготавливалось 5,7 тыс. соболиных шкурок.
Исследовано 217 тушек соболя, из них заражено 90 (Э.И. 41,5%; И.И. 1–
19 экз.; средняя заражённость 3,4±0,3 экз.; И.О. 1,4 ±0,2 экз.). Обнаружено
шесть видов паразитических червей (табл. 3).
Таблица 3
Видовой состав гельминтов и зараженность соболя в Западной Якутии
Класс и вид гельминта
Цестоды
Taenia martis (Zeder, 1803)
Taenia mustelae Gmelin,
1790
Mesocestoides lineatus
(Goeze, 1782)
Нематоды
Ascaris columnaris Leidy, 1856
Molineus patens (Duj., 1845)
Capillaria putorii
(Rudolphi, 1819)
1–6
1–6
Средняя
интенсивность
инвазии,
экз./особь
2,6±0,2
2,6±0,2
0,8±0,1
–
2,8
1–4
2,5±0,4
–
8
3,7
1–6
3,0±0,6
–
32
12
1
14,7
5,5
0,5
1–15
1–3
5
3,9±0,6
2,0±0,2
–
0,6±0,1
–
–
18
8,3
1–15
5,3±0,9
–
Кол-во зараженных
особей, шт.
Э.И.
И.И.
68
54
31,3
24,9
6
И.О.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В.А. Однокурцев, В.Т. Седалищев
26
Центральная Якутия (Амгинский, Горный, Усть-Алданский, МегиноКангаласский, Намский, Хангаласский, Чурапчинский и Якутский районы).
Регион занимает Центрально-Якутскую долину в среднем течении р. Лены до
устья р. Алдан. Средние высоты на Лено-Алданском междуречье не превышают 100–200 м и только в восточной части достигают 500 м. Климат резко
континентальный. Абсолютные минимумы достигают –64...–66ºС, а июльские максимумы +36...+39ºС. Среднегодовая температура Якутска –10,2ºС,
Амги –10,9ºС и Чурапчи –11,5ºС. Годовое количество осадков 190–220 мм, из
которых 60–75% выпадает в тёплое время года (с мая по сентябрь). Площадь
соболиных угодий равна 16953,7 тыс. га. За 2000–2009 гг. в среднем заготавливалось 4,8 тыс. соболиных шкурок.
Исследовано 138 тушек соболя, из них заражена 61 (Э.И. 44,2%; И.И. 1–
7 экз.; средняя заражённость 3,2±0,2 экз.; И.О. 1,4±0,2 экз.). Обнаружено
шесть видов паразитических червей (табл. 4).
Таблица 4
Видовой состав гельминтов и зараженность соболя в Центральной Якутии
Класс и вид гельминта
Цестоды
Taenia martis (Zeder, 1803)
Taenia mustelae Gmelin,
1790
Mesocestoides lineatus
(Goeze, 1782)
Нематоды
Ascaris columnaris Leidy,
1856
Molineus patens (Duj., 1845)
Capillaria putorii
(Rudolphi, 1819)
1–7
1–7
Средняя
интенсивность
инвазии,
экз./особь
3,0±0,2
3,0±0,3
1,0±0,1
–
5,1
1–3
2,3±0,5
–
2
1,4
4–7
5,5±1,5
–
21
15,2
1–6
3,0±0,4
0,5±0,1
12
8,7
1–4
2,3±0,3
–
2
1,4
1–2
1,5±0,5
–
7
5,1
3–6
4,7±0,6
–
Кол-во зараженных
особей, шт.
Э.И.
И.И.
44
35
31,9
24,4
7
И.О.
Северо-Западная Якутия (Оленекский и Жиганский районы) расположена в бассейне рр. Анабар, Оленёк и нижнего течения р. Лены. Климат холодный, а местами слабо засушливый. Продолжительность безморозного периода 47–74 дня. Снежный покров устанавливается в третьей декаде сентября
и разрушается в конце мая. Среднее количество осадков от 135 до 249 мм.
Средняя годовая температура для Оленька –13,3ºС, температурный минимум
–65ºС. Площадь соболиных угодий 42720,8 тыс. га. За период с 2000 по
2009 г. в среднем в год заготавливалось 2,6 тыс. соболиных шкурок.
Исследовано 254 тушки соболя, из них заражено 117 (Э.И. 46,1%; И.И. 1–
19 экз.; средняя заражённость 3,4±0,3 экз.; И.О. 1,5±0,2 экз.). Обнаружено
шесть видов паразитических червей (табл. 5).
Колымо-Индигирская группа районов (Верхнеколымский, СреднеКолымский и Абыйский районы) расположена в среднем течении рр. Колымы и Индигирки. Большая часть территории характеризуется низменным
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Гельминтофауна соболя
27
рельефом. В регионе много озёр. Температурный минимум для Зырянки –
61ºС, для Среднеколымска –60ºС. Годовое количество осадков около 200 мм.
Снежный покров держится более 220 дней. Площадь соболиных угодий
20064,4 тыс. га. За 2000–2009 гг. в среднем заготавливалось 6,3 тыс. соболиных шкурок.
Таблица 5
Видовой состав гельминтов и зараженность соболя в Северо-Западной Якутии
Класс и вид гельминта
Цестоды
Taenia martis (Zeder, 1803)
Taenia mustelae Gmelin,
1790
Mesocestoides lineatus
(Goeze, 1782)
Нематоды
Ascaris columnaris Leidy,
1856
Molineus patens (Duj., 1845)
Capillaria putorii (Rudolphi,
1819)
1–17
1–17
Средняя
интенсивность
инвазии,
экз./особь
3,0±0,2
3,1±0,3
1,2±0,1
–
4,3
1–4
2,0±0,3
–
6
2,4
1–4
2,1±0,5
–
21
8,3
1–16
4,3±0,9
0,3±0,1
12
4,7
1–3
2,0±0,2
–
3
1,2
2–7
4,0±1,5
–
6
2,4
5–16
9,0±2,1
–
Кол-во зараженных
особей, шт.
Э.И.
И.И.
102
88
40,1
34,6
11
И.О.
Исследовано 57 тушек соболя, из них заражено 28 (Э.И. 49,1%; И.И. 1–
8 экз.; средняя заражённость 2,6±0,4 экз.; И.О. 1,3±0,2 экз.). Обнаружено четыре вида паразитических червей (табл. 6).
Таблица 6
Видовой состав гельминтов и зараженность соболя
в Колымо-Индигирской группе районов
Класс и вид гельминта
Цестоды
Taenia martis (Zeder, 1803)
Taenia mustelae Gmelin,
1790
Mesocestoides lineatus
(Goeze, 1782)
Нематоды
Ascaris columnaris Leidy, 1856
Capillaria putorii
(Rudolphi, 1819)
1–8
1–8
Средняя
интенсивность
инвазии,
экз./особь
2,5±0,4
2,7±0,4
1,1±0,2
–
10,5
1–6
2,0±0,8
–
1
1,7
1
–
–
3
2
5,3
3,5
1–6
1–1
2,6±1,6
–
0,1±0,1
–
1
1,7
6
–
–
Кол-во зараженных
особей, шт.
Э.И.
И.И.
26
19
45,6
33,3
6
И.О.
Фауна гельминтов соболя из Колымо-Индигирских районов в видовом отношении бедней по сравнению с видовым составом гельминтов, встречающихся у особей соболя на территории Южной Якутии (см. табл. 1).
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В.А. Однокурцев, В.Т. Седалищев
28
Северо-Восточная Якутия (Верхоянский и Кобяйский районы – правобережье р. Лена) – это горный регион, расположенный в бассейнах рр. Яна и
Индигирка. Климат континентальный. Температурный минимум для Верхоянска –68ºС, для Оймякона –71ºС. Продолжительность периода со снежным
покровом 210–230 дней. Годовое количество осадков 150–300 мм. Площадь
соболиных угодий 42066,2 тыс. га. За 2000–2009 гг. в среднем заготавливалось 3,4 тыс. соболиных шкурок.
Исследовано 172 тушки соболя, из которых заражена 81 (Э.И. 47,1%; И.И.
1–9 экз.; средняя заражённость 2,3±0,2 экз.; И.О. 1,1 ±0,1 экз.). Обнаружено
шесть видов паразитических червей, относящихся к двум классам (табл. 7).
Таблица 7
Видовой состав гельминтов и зараженность соболя в Северо-Восточной Якутии
Класс и вид гельминта
Цестоды
Taenia martis (Zeder, 1803)
Taenia mustelae Gmelin,
1790
Mesocestoides lineatus
(Goeze, 1782)
Нематоды
Ascaris columnaris Leidy,
1856
Capillaria putorii
(Rudolphi, 1819)
Syphacia obvelata
(Rudolphi, 1802)
1–5
1–5
Средняя
интенсивность
инвазии,
экз./особь
2,1±0,1
2,1±0,1
0,8±0,09
–
10,5
1–4
1,8±0,2
–
6
3,5
1–5
2,3±0,6
–
15
8,7
1–9
3,1±0,6
0,3±0,08
9
5,2
1–6
2,5±0,5
–
5
2,9
1–9
4,6±1,4
–
1
0,6
1
–
–
Кол-во
зараженных
особей, шт.
Э.И.
И.И.
70
47
40,7
27,3
18
И.О.
При исследовании гельминтофауны соболя Якутии по каждому региону
была установлена степень зараженности. Наиболее высокая средняя интенсивность инвазии (3,7±0,2) выявлена в Юго-Западной, а низкая (2,3±0,2) – в
Северо-Восточной Якутии. В целом по Якутии этот показатель составил
3,1±0,1 экз. (рис. 1).
Видовой состав гельминтов, обнаруженных как нами, так и другими исследователями, и степень заражения ими соболя приведены в табл. 8, из которой
видно, что в 50-х гг. прошлого века у соболя в легких и желудочно-кишечном
тракте было обнаружено 13 видов гельминтов. В наших сборах отсутствовали
шесть видов нематод – Mastophorus muris (Gmelin, 1790), Physaloptera sibirica
Petrow et Gorbunow, 1931, Uncinaria stenocephala (Railliet, 1854), Filaroides martis (Werner, 1782), Sobolevingylus petrovi Romanov, 1952, Mustelivingylus skrjabini
Romanov et Kontrimavichus, 1962 и один вид скребня – Moniliformis clarki Van
Cleave, 1924. Не исключено, что эти эндопаразиты были привезены в Якутию
вместе с реакклиматизантами из других регионов России. С 1951 по 1956 г. в
южных и северовосточных районах Якутии было расселено 3 356 соболей [24],
из которых 100 особей были завезены из Хабаровского края (Бурейский рай-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Гельминтофауна соболя
29
он), а остальные – из Иркутской области (Бодайбинский и Киренский районы).
Однако в сборах Н.И. Губанова [7] не были обнаружены нематоды Soboliphyme
baturini и Syphacia obvelata. Следует отметить, что нематода Syphacia obvelata –
это типичный паразит мышевидных грызунов [25]. Обнаружение его у соболя
мы считаем случайным, так как этот гельминт мог попасть в организм соболя
вместе с его жертвой (грызуном).
Сравнение видового состава гельминтов соболей, добытых в южных районах (см. табл. 1), с особями из северных районов (см. табл. 6) показывает,
что у последних фауна эндопаразитов бедней. Аналогичные данные были
получены ранее у соболей, обитающих в Камчатской области [26], и, видимо,
это связано с отсутствием промежуточных хозяев для этих гельминтов. Наиболее массовыми видами гельминтов по встречаемости являются цестоды
T. martis, T. mustelae и нематоды A. columnaris, C. putorii. Остальные виды
гельминтов встречаются редко, инстенсивность инвазии низкая.
4,5
Средняя интенсивность инвазии, экз.
4
3,5
3
2,5
2
1,5
1
0,5
ии
по
Я
ку
т
бщ
ая
С
ев
ер
о-
О
Во
с
то
чн
а
я
иг
ир
оИ
нд
Я
ку
т
ия
ск
ая
ти
я
ку
Я
Ко
лы
м
С
ев
ер
о-
За
па
дн
а
я
Я
ку
ти
я
ия
ль
на
я
тр
а
Ц
ен
За
п
ад
на
я
За
п
го
Ю
ад
на
я
Я
ку
Я
на
я
Ю
ж
Я
ку
т
ти
я
ку
ти
я
0
Рис. 1. Средняя интенсивность инвазии соболя по регионам
Таблица 8
Видовой состав гельминтов и зараженность соболя в Якутии
По Губанову (1964)
(n = 1124)
Вид гельминта
ЗараСред%
И.И.
жено
няя
1
2
3
4
5
Цестоды
Taenia martis (Zeder, 1803) 70
6,2
1–9
2
Taenia mustelae Gmelin,
54
4,8
1–9
2
1790
Mesocestoides lineatus
21
1,9 1–38
4
(Goeze, 1782)
Наши данные (n = 1548)
Заражено
6
%
И.И.
7
8
Средняя
9
И.О.
10
462
29,8
1–17 2,8±0,1 08±0,04
83
5,4
1–7
47
3,0
1–12 2,9±0,3 0,08±0,01
2,1±0,1 0,1±0,01
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В.А. Однокурцев, В.Т. Седалищев
30
О к о н ч а н и е т а б л. 8
1
Ascaris columnaris Leidy,
1856
Mastophorus muris
(Gmelin,1790)
Physaloptera sibirica
Petrow et Gorbunow, 1931
Molineus patens (Duj.,
1845)
Uncinaria stenocephala
(Railliet, 1854)
Filaroides martis (Werner,
1782)
Sobolevingylus petrovi
Romanov, 1952
Mustelivingylus skrjabini
Romanov et Kontrimavichus, 1962
Capillaria putorii
(Rudolphi, 1819)
Soboliphyme baturini
Petrov, 1930
Syphacia obvelata
(Rudolphi, 1802)
2
3
4
5
Нематоды
6
7
8
22
2,0
1–6
1
0,08
8
0,7
9
10
1
100
6,4
1–6
1
1
–
–
–
–
–
1–10
3
–
–
–
–
–
2,0±0,1 0,1±0,01
0,03±0,0
2,7±0,5
1
22
2,0
1–10
3
17
1,1
1–8
1
0,08
1
1
–
–
–
–
–
83
7,3
1–50
4
–
–
–
–
–
15
1,3
1–4
2
–
–
–
–
–
6
0,5
1–3
2
–
–
–
–
–
14
73
4,7
1–16 5,3±0,4 02±0,03
113
11,0 1–228
–
–
–
–
2
0,1
2–2
–
–
–
–
2
0,1
2–2
–
–
–
0,002±
0,001
0,002±
2,0±0,0
0,001
2,0±0,0
Скребни
Moniliformis clarki
Van Cleave, 1924
1
0,08
1
1
–
–
Экстенсивность инвазии у самок (n = 306) на 3,6% выше (48,1±2,8% против
44,5±2,4%), чем у самцов (n = 406). Эти различия статистически не достоверны
(t = 0,97). По другим показателям половые различия незначительны. Например,
интенсивность инвазии у самцов варьировала от 1 до 17 экз., а у самок – от 1 до
19 экз., средняя зараженность 3,1±0,1 экз., индекс обилия 1,4±0,07 у самцов против 1,5 ±0,09 у самок. Однако цестодами самки заражены (Э.И. 40,5±2,8%) сильнее самцов (Э.И. 35,0±2,4%), а нематодами – самцы (13,3±1,7%) больше самок
(10,8±1,8%), но эти различия статистически не достоверны (t =1,5 и 0,97).
Заметна большая разница в экстенсивности заражения молодых (исследовано 995 особей, из них заражено 498) и взрослых (исследовано 553 особей,
из них заражено 214) соболей. Экстенсивность заражения молодых зверьков
(50,0±2,2%) была выше, чем у взрослых (38,7±3,3%) на 11,3% (t = 2,82). Интенсивность инвазии у молодых и взрослых особей различна. С возрастом
наблюдается снижение интенсивности инвазии гельминтами, паразитирующими в кишечнике. Молодые зверьки чаще оказывались зараженными цестодами (Э.И. 41,6±2,2% против 29,5±3,1%; t = 2,45). Средняя зараженность цестодами молодых зверьков была равна 2,8±0,09 экз., И.О. 1,2±0,06 экз., а
взрослых особей соответственно 2,6±0,2 и 0,7±0,07 экз. Заражённость нематодами была одинаковой как у молодых, так и у взрослых зверьков (12,6%;
И.И. 1–16 экз.; средняя заражённость 3,5±0,03 экз.; И.О. 0,4 ±0,05 экз. против
12,5 %; И.И. 1–10 экз.; средняя заражённость 3,0±0,2 экз.; И.О. 0,4±0,05 экз.).
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Гельминтофауна соболя
31
Вероятно, это связано со специализацией соболей разного пола и возраста
на добывание определенного вида корма. По Н.Н. Бакееву и др. [27], более
крупным самцам осенью и зимой требуется больше пищи, чем самкам. Поэтому самки могут удовлетворять свои потребности в животной пище быстрее, чем самцы, поедая мелких грызунов и специализируясь на их добывании.
Взрослые самцы и самки в два раза чаще поедают белок и птиц. Разница в
частоте поедания взрослыми и молодыми соболями мышевидных грызунов
хотя и небольшая, но все же есть. Поэтому молодые соболи (сеголетки) чаще
заражаются гельминтами при поедании насекомых, моллюсков, червей, мелких млекопитающих и птиц, которые являются промежуточными или резервуарными хозяевами паразитов.
Изменения общей зараженности соболя по годам на протяжении наших
исследований (1982–2008 гг.) отражены на рис. 2. Минимальная заражённость соболя эндопаразитами была зарегистрирована в 1995 г. и составила
31,8%, а максимальная – в 2003 г. – 55,4%.
60
Зараженность, %
Зараженность,%
50
40
30
20
10
20
08
20
06
20
04
20
02
20
00
19
98
19
96
19
94
19
92
19
90
19
88
19
86
19
84
19
82
0
Годы
Рис. 2. Динамика общей зараженности соболя гельминтами на территории Якутии
Следует отметить, что послепромысловая численность соболя в Якутии в
марте–апреле 1993 и 1994 гг. была самой низкой и оценивалась в 105 и
80 тыс. голов [28], а послепромысловая численность вида с 2004 по 2008 г.
находилась в пределах 140 тыс. голов [3]. Общая заражённость соболя в
2004–2008 гг. по сравнению с периодом 1994 и 1995 гг. была высокой
(51,2%), т.е. при высокой численности вида процент заражённости увеличился на 19,4%.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
32
В.А. Однокурцев, В.Т. Седалищев
Заключение
У соболя, обитающего в районах Южной Якутии, на данный период времени обнаружено восемь видов гельминтов, относящихся к двум классам:
три вида цестод – T. martis, T. mustelae, M. lineatus и пять видов нематод –
A. columnaris, M. patens, C. putorii, S. baturini, S. obvelata. У соболей, исследованных в районах Юго-Западной, Западной, Центральной, Северо-Западной и
Северо-Восточной Якутии, отсутствовали два вида нематод (Sobolephyme
baturini, Syphacia obvelata).
Сравнение наших данных с литературными [7] показывает, что после завершения реакклиматизационного периода у соболя не обнаружено ранее
паразитирующих шести видов нематод (M. muris, P. sibirica, U. stenocephala,
F. martis, S. petrovi, M. Skrjabini) и одного вида скребня (M. clarki). Вероятно,
что эти виды гельминтов были привезены в Якутию вместе с реакклиматизантами из других регионов России. Впервые для Якутии у соболя обнаружена нематода S. baturini, которая паразитирует только у зверьков, обитающих в южных районах.
Общая зараженность соболя в Якутии, исследованного за последние
28 лет, составляет 46,0%, что на 10,0% выше, чем в первые годы после его
реакклиматизации. Увеличение экстенсивности инвазии могло произойти по
ряду причин: увеличение численности соболя, освоение им новых территорий обитания за счет повышения экстенсивности инвазии мышевидных грызунов, которые являются основным объектом питания соболя и промежуточными хозяевами гельминтов, в частности тениид. Наиболее высокая экстенсивность инвазии соболя (49,3±3,8%) отмечена в районах Южной Якутии, а
самая низкая (41,5±5,2%) – в Западной Якутии (t = 1,2).
Низкая зараженность соболей, добытых в первые годы после реакклиматизации [7], легочными нематодами – F. martis, S. petrovi, M. skrjabini, и отсутствие
этих видов в последующем, видимо, связано с низкой численностью промежуточных хозяев (моллюсков), а также с суровыми климатическими условиями, изза которых яйца гельминтов не могут пройти полный цикл развития.
Отмечены половые и возрастные различия в экстенсивности заражения и
интенсивности инвазии у соболя. У самок эти показатели несколько выше
(48,1%), чем у самцов (44,5%). У молодых зверьков они выше (50,0%), чем у
взрослых (38,7%), т.е. с возрастом эти показатели снижаются. Максимальная
зараженность соболя в Якутии была отмечена в 2003 г., когда была высокая
послепромысловая численность соболя, и составила 55,4%, а минимальная –
в 1995 г. (низкая послепромысловая численность) – 31,8%.
Литература
1. Тавровский В.А., Егоров О.В., Кривошеев В.Г. и др. Млекопитающие Якутии. М.: Наука,
1971. 660 с.
2. Седалищев В.Т., Попов А.Л. Ресурсы соболя в Якутии и проблемы его охраны // Рациональное использование ресурсов соболя в России: Матер. IV Всерос. научн.-производ.
конф. Красноярск, 2001. С. 46–53.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Гельминтофауна соболя
33
3. Седалищев В.Т. Состояние пушнопромысловых животных в Якутии и их использование //
Альманах современной науки и образования. № 11 (30). Ч. 1. Тамбов, 2009. С. 177–181.
4. Поляков А.В., Седалищев В.Т. О состоянии охотничьего промысла в Якутии // Совершенствование хозяйственного механизма в охотничьем хозяйстве. Иркутск, 1989.
С. 73–75.
5. Петров А.М. Глистные болезни пушных зверей. М.: Международная книга, 1941. 219 с.
6. Романов И.В. Зависимость гельминтофауны соболей Красноярского края от окружающей среды // Зоологический журнал. 1959. Т. 38, вып. 9. С. 195–201.
7. Губанов Н.М. Гельминтофауна промысловых млекопитающих Якутии М.: Наука, 1964.
115 с.
8. Контримавичус В.Л. Гельминтофауна куньих и пути её формирования. М.: Наука, 1969.
132 с.
9. Монахов В.Г. О заболевании филяроидозом соболей разного пола и возраста // Биология
и патология пушных зверей: Тез. докл. Петрозаводск, 1981. Ч. 2. С. 51–53.
10. Туманов И.Л. Биологические особенности хищных млекопитающих России. СПб.: Наука, 2003. 437 с.
11. Сафронов В.М., Николаев А.Н., Однокурцев В.А. Очерк зимней экологии соболя (Martes
zibellina L.) в Западном Предверхоянье // Фауна и экология млекопитающих Якутии.
Якутск: ЯФСОАНСССР, 1985. С. 24–55.
12. Однокурцев В.А. Глистные инвазии соболя в Якутии // II Межрегион. науч. конф. паразитологов Сибири и Дальнего Востока. Новосибирск, 2005. С. 152–153.
13. Однокурцев В.А., Седалищев В.Т. Гельминтофауна куньих Якутии // Современные проблемы природопользования, охотоведения и звероводства: Матер. междунар. науч.практ. конф. Киров, 2007. С. 323.
14. Однокурцев В.А., Седалищев В.Т. К гельминтофауне соболя Центральной Якутии
// Современная экология – наука ХХI века: Междунар. науч.-практ. конф. Рязань, 2008.
С. 379–382.
15. Однокурцев В.А., Захаров Е.С. Заражённость соболя гельминтозными заболеваниями в
Якутии // Теория и практика борьбы с паразитарными болезнями: Материалы научн.
конф. Вып. 9. М., 2008. С. 339–340.
16. Седалищев В.Т., Однокурцев В.А., Охлопков И.М. Материалы по экологии соболя
(Martes zibellina L.) Центральной Якутии // Вестник охотоведения. 2007. Т. 4, № 2.
С. 115–123.
17. Седалищев В.Т., Однокурцев В.А. Гельминтофауна Соболя (Martes zibellina L., 1758)
Западной Якутии // Биологические науки Казахстана. Павлодар, 2009. № 3–4. С. 87–92.
18. Седалищев В.Т. Районирование охотничьего промысла Якутии // География Азиатской
России на рубеже веков. Матер. ХI науч. совещ. географов Сибири и Дальнего Востока. Иркутск, 2001 С. 164–165.
19. Коржуев С.С. Рельеф и геологическое строение // Якутия. М.: Наука, 1965. С. 29–114.
20. Витвицкий Г.Н. Климат // Якутия. М.: Наука, 1965. С. 115–143.
21. Скрябин К.И. Метод полевых гельминтологических вскрытий позвоночных, включая
человека. М., 1928. 48 с.
22. Ивашкин В.М., Контримавичус В.Л., Назарова Н.С. Методы сбора и изучения гельминтов наземных млекопитающих. М.: Наука, 1971. 124 с.
23. Козлов Д.П. Определитель гельминтов хищных млекопитающих СССР. М.: Наука,
1977. 276 с.
24. Тавровский В.А., Иванов Д.У., Корнилов Н.А. Первые итоги реакклиматизации соболя в
Южных и Восточных районах Якутии // Труды Ин-та биологии ЯФАН СССР. Вып. 4.
Якутск, 1958. С. 3–49.
25. Губанов Н.М., Федоров К.П. Фауна гельминтов мышевидных грызунов Якутии // Фауна Сибири. Новосибирск: Наука, 1970. С. 18–47.
26. Транбенкова Н.А. Мониторинг и регуляция пресса глистных инвазий соболя // Рациональное использование ресурсов соболя. Красноярск, 1992. С. 78–81.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
34
В.А. Однокурцев, В.Т. Седалищев
27. Бакеев Н.Н., Монахов Г.И., Синицын А.А. Соболь. 2-е изд. Вятка, 2003. 336 с.
28. Седалищев В.Т. Состояние численности соболя в Якутии в новых экономических условиях // Рациональное использование ресурсов соболя в России. Красноярск, 2001.
С. 54–56.
Поступила в редакцию 10.09.2010 г.
V.A. Odnokurtsev, V.T. Sedalischev
Institute of Biological Problems of Cryolithozone
Siberian Branch of Russian Academy of Sciences, Yakutsk, Russia
HELMINTHES FAUNA OF SABLE
(Martes Zibellina Linnaeus, 1758) IN YAKUTIA
The Sable dwelled practically all taiga zones in Yakutia to 60-s of the last century
resulting the hunt prohibition, artificial distribution and conservation measures. From
70-s, Sable became one from main hunt for fur species in Republic.
Many-years data (1981–2008) on infestation of Sable with helminthes invasion are
generalized with the goal to establish the helminthes species composition and infestation
degree at the present. The tasks of researching were: to study space and time dynamics
of Sable infestation with helminthes and to reveal dependence degree of invasion extensiveness and intensity from an owner sex, age and number in Yakutia conditions.
1548 Sables from seven regions of Yakutia were examined for helminthes infestation
in the shown period (south Yakutia – 347, south-western –363, western – 217, central –
138, north-western – 254, Kolyma-Indigirka district – 57 and Northeastern Yakutia –
172). Common infestation rate of the Yakutia sable made up 46,0%. Eight helminthes
species were found – Taenia martis (Zeder, 1803), Taenia mustelae Gmelin, 1790, Mesocestoides lineatus (Goeze, 1782), Ascaris columnaris Leidy, 1856, Molineus patens (Duj.,
1845), Capillaria putorii (Rudolphi, 1819), Soboliphyme baturini Petrov, 1930, Syphacia
obvelata (Rudolphi, 1802) belonging to two classes – cestodes and nematodes. There
were 3 cestodes species – Taenia martis, Taenia mustelae, Mesocestoides lineatus with
total infestation rate – 37,3%; and five nematodes – Ascaris columnaris, Molineus patens, Capillaria putorii, Soboliphyme baturini, Syphacia obvelata with total infestation
rate 12,6%. Nematode Soboliphyme baturini was found in Sable inhabiting the southern
areas firstly in Yakutia. Two nematodes species recorded for Sables of South Yakutia
(Sobolephyme baturini, Syphacia obvelata) are absent in the rest of districts of Yakutia.
Studied 1548 specimens of Sables were infested mostly with cestodes – Taenia martis
(29,8%) and nematodes – Ascaris columnaris (6,4%). Sex and age differences in infestation of Sables were revealed: male infestation (44,5±3,6%) is lower as compared to females (48,1±2,7%). However, this difference is not significant statistically (t=0,9). Invasion extensiveness of young animals (50,0±2,2%) is greater than in adults (38,7±3,3%).
This difference is statistically significant (t=2,8). Top infestation (55,4±5,7%) is reported
in 2003 with the population growth of sable and the lowest one (31,8±7,0%) at the species number decrease in 1995. The difference is statistically significant (t=2,6).
Key words: sable; helminthes fauna; infestation; Yakutia.
Received September 10, 2010
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Влияние гипоксии и гиперкапнии на личинок
35
Вестник Томского государственного университета. Биология. 2011. № 2 (14). С. 35–45
УДК 576.895
А.К. Сибатаев1,2, С.Ю. Семенов1,2, В.П. Перевозкин2, Ю.В. Андреева2
2
1
Биологический институт Томского государственного университета (г. Томск)
Обособленное структурное подразделение «Научно-исследовательский институт
биологии и биофизики Томского государственного университета» (г. Томск)
ВЛИЯНИЕ ГИПОКСИИ И ГИПЕРКАПНИИ
НА ЛИЧИНОК КРОВОСОСУЩИХ КОМАРОВ
Работа выполнена при поддержке ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры
инновационной России» 2009–2013 гг. (ГК № 02.740.11.0278).
Приведены результаты экспериментального исследования влияния гипоксии и
гиперкапнии на личинок комаров родов Anopheles, Aedes и Culex. Установлено, что
личинки комаров рода Aedes являются самыми устойчивыми к гипоксии при полном отсутствии кислорода. При высокой концентрации растворенного кислорода
в воде большая жизнеспособность характерна для личинок малярийных комаров
Anopheles beklemishevi и An. atroparvus II возраста. Личинки комаров родов Aedes и
Culex проявили большую устойчивость к гипоксии и гиперкапнии в сравнении с
Anopheles. Дано объяснение различий в реакциях на указанные факторы, основанное на морфологических отличиях дыхательного аппарата личинок комаров родов
Anopheles, Culex и Aedes.
Ключевые слова: кровососущие комары; регуляция численности; гипоксия;
гиперкапния.
Введение
Кровососущие комары семейства Culicidae являются переносчиками возбудителей ряда эпидемических трансмиссивных заболеваний [1, 2].
Для уничтожения кровососущих комаров на различных стадиях развития
используют физические, биологические, химические и генетические методы
[3, 4]. Активное использование парижской зелени (Cu(CH3COO)2·3Cu(AsO2)2)
в первой половине ХХ столетия против личиночной стадии привело к снижению численности кровососущих комаров на территории бывшего Советского
Союза [1], а также к уничтожению Anopheles gambiae Giles, 1902 в СевероВосточной Бразилии [5, 6] и Anopheles arabiensis Patton, 1905 в Египте [7].
В последние годы основные усилия по регуляции численности комаров направлены на уничтожение их имагинальной стадии. Такой подход, вероятно,
обусловил заметный рост случаев трансмиссивных заболеваний как в Российской Федерации, так и в других странах, особенно в связи с усложнившейся демографической и экологической обстановкой в мире. По-видимому,
истребление комаров на преимагинальной стадии является более эффективным противоэпидемическим мероприятием.
Применение ядовитых веществ химической или биологической природы
для уничтожения комаров противоречит задачам защиты окружающей среды
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
36
А.К. Сибатаев, С.Ю. Семенов, В.П. Перевозкин, Ю.В. Андреева
от загрязнения, а использование различных организмов в биологической
борьбе против комаров серьезно затруднено в связи с их ограниченным диапазоном условий обитания в отличие от жертв. Поэтому применение различных токсинов для регуляции численности комаров остается пока основным
методом. Однако при многократно повторяющейся обработке химическими
или биологическими инсектицидами популяции насекомых становятся устойчивыми к используемому препарату, что требует или увеличения дозы
препарата, или его смены.
Для снижения численности переносчиков возбудителей эпидемических
трансмиссивных заболеваний сегодня требуется разработка безопасных, эффективных и экономичных процедур, которые будут оказывать наименее неблагоприятное воздействие на окружающую среду и не вызовут резистентности у насекомых.
Из известных способов регуляции численности личинок комаров наименее вероятно формирование устойчивости к методам, основанным на асфиксии. Использование для этого нефти, различных масел и жирных спиртов [1],
образующих пленку на поверхности воды, – очень эффективный, но не экологичный подход, так как при этом вносятся загрязняющие вещества, длительное время нарушающие экологическое равновесие в водоеме. Существенно более чистым является предложенный недавно способ с использованием углекислого газа и неорганических восстановителей, которые быстро превращаются в безвредное для биоты водоема вещество [8]. Метод предусматривает одно- или многократную обработку водоема в зависимости от результата, зафиксированного после обработки. Очевидно, что знание степени устойчивости различных групп (возрастных, видовых) к асфиксии и экзогенной
гиперкапнии позволит заранее рассчитывать требуемую кратность обработки
в зависимости от состава и структуры заселенности водоема преимагинальными стадиями комаров и разработать более эффективные способы уничтожения личинок комаров. Выяснению влияния гипоксии, гиперкапнии и их
сочетания на выживаемость личинок комаров разного возраста родов
Anopheles, Culex и Aedes посвящена эта работа.
Материалы и методики исследования
Материалом для экспериментов послужили личинки кровососущих комаров родов Anopheles, Aedes и Culex. Род Anopheles был представлен тремя видами: An. messeae Fall., 1926, An. beklemishevi Stegnii et Kabanova, 1976 и An.
atroparvus Van Thiel, 1927. Личинки первых двух видов выведены 15.07–
21.07.2009 г. в лабораторных условиях из кладок самок, отловленных
12.07.2009 г. в с. Тегульдет Томской области. Комары An. atroparvus взяты из
лабораторной линии, длительно содержащейся в ОСП «НИИ биологии и
биофизики ТомГУ» (г. Томск). Личинки и куколки Aedes vexans Meigen, 1818
отловлены 06.05.2009 г. в естественном водоеме в окрестностях г. Томска.
Комары Culex pipiens molestus Forskal, 1775 были выловлены в подвальных
помещениях г. Томска. Опыты проводились в лабораторных условиях с использованием отстоянной водопроводной воды через сутки после отлова.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Влияние гипоксии и гиперкапнии на личинок
37
В каждом эксперименте, где исключался доступ личинок к атмосферному воздуху, применялись прозрачные пластмассовые флаконы объемом
27 мл с плотно прилегающими пробками. Сосуды наполнялись до краев водой и закрывались крышками таким образом, чтобы не было воздушных
пузырьков. Измерялось время с момента изоляции от атмосферного воздуха
до гибели личинок в емкости. В каждой повторности опытов в один флакон
помещались 10 личинок комаров одного вида и возраста. Концентрации
растворенного кислорода задавались путем внесения расчетного количества
раствора сульфита натрия и аэрирования воды с помощью аквариумного
компрессора. Концентрацию кислорода определяли оксиметром HI 9143
«Hanna» (Германия).
В экспериментах с углекислым газом использовался открытый стеклянный
сосуд объемом 700 мл, в который наливали 200–250 мл воды. Углекислый газ на
поверхность воды подавали из углекислотного огнетушителя. Опыты в разных
сериях проводились при температурах воды: +10, +20 и +23ºС.
В экспериментах с личинками C. p. molestus IV возраста использовалась
схема, представленная в табл. 1. Повторность опытов: от двух до пяти.
Таблица 1
Варианты условий экспериментов с личинками Culex pipiens molestus
№ серии
опытов
1
2
3
4
5
6
Концентрация в воде O2,
мг/л
7,5
8,3
1,5
1,5
0
0
Температура, ºС
23
10
23
10
23
10
Способ изоляции
от атмосферы
Крышка
Крышка
Крышка
Крышка
СО2
СО2
Статистическая обработка результатов экспериментов выполнена в программе StatSoft Statistica 6.0. Результаты экспериментов представлены в виде
средней с доверительным интервалом с учетом t-критерия Стьюдента для
95%-ного уровня значимости. Статистическую значимость различий определяли с учетом этого же критерия (р<0,05) [9].
Результаты исследования и обсуждение
В серии предварительных постановочных опытов определяли влияние на
личинок комаров II, III и IV возрастов родов Anopheles и Culex отсутствия
растворенного в воде кислорода в режимах с доступом к атмосферному воздуху и с заменой воздуха углекислым газом. Установлено, что личинкам
вполне достаточно только атмосферного кислорода. Гибель личинок не наблюдается. Время восстановления равновесной концентрации кислорода в
воде флаконов – 3 ч. При внесении углекислого газа на поверхность воды с
концентрацией растворенного кислорода, близкой к равновесной, от 20 до
60% личинок впадают в оцепенение и опускаются на дно сосуда, остальные
остаются на поверхности в состоянии гиперкапнии. Легкое механическое
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
А.К. Сибатаев, С.Ю. Семенов, В.П. Перевозкин, Ю.В. Андреева
38
воздействие на плавающую личинку приводит к тому, что она тонет. Тем не
менее через 30–40 мин до 80% личинок поднимается на поверхность, где к
этому времени восстанавливается нормальный газовый состав атмосферы.
Повторное введение углекислого газа увеличивало долю погибших личинок
до 50%.
В серии опытов с личинками комаров рода Anopheles изучалась их способность находиться под водой при двух альтернативных концентрациях растворенного в ней кислорода (рис. 1, 2). Во флаконы помещали личинок I, II,
III возрастов An. messeae, An. beklemishevi, An. atroparvus. Личинки IV возраста были представлены An. atroparvus.
Полученные результаты свидетельствуют о том, что личинки младших
возрастов отличаются большей жизнеспособностью при высокой концентрации кислорода в воде, а при уменьшении его количества гибнут быстрее,
чем особи старших возрастов. Известно, что покровное дыхание у личинок
старших возрастов менее выражено [1]. Видимо, такие физиологические
различия объясняют особенности поведения личинок разного возраста. Наблюдения за поведением личинок в открытых сосудах с отстоянной водой
показали, что для особей I и II возрастов свойственна малая восприимчивость к вспугиванию, например на внешнее движение, резкое затенение или
колебание воды. При этом для них характерны длительные перемещения в
толще воды (в наших экспериментах десятки минут на глубине до 4–5 см),
несмотря на обилие плавающей на поверхности пищи и без видимых раздражителей.
50
Летальное время, мин
45
40
35
Mes
Bek
Atr
30
25
20
15
10
5
I
II
III
IV
Возраст личинок
Рис. 1. Среднее значение времени гибели 100% личинок Anopheles от асфиксии
при концентрации растворенного кислорода в воде 0 мг/л: Mes – An. messeae,
Bek – An. beklemishevi, Atr – An. atroparvus
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Влияние гипоксии и гиперкапнии на личинок
39
Рис. 2. Среднее значение времени гибели 100% личинок Anopheles от асфиксии при концентрации растворенного кислорода в воде 8,3 мг/л: Mes – An. messeae,
Bek – An. beklemishevi, Atr – An. atroparvus
Личинки III и IV возрастов в спокойном состоянии находятся на поверхности воды, но при малейшем вспугивании резко ныряют и через несколько
секунд (иногда десятков секунд) выныривают на небольшом удалении от
места погружения.
Из трех видов Anopheles наибольшая устойчивость к кислородному голоданию в двух альтернативных вариантах опыта установлена для личинок
An. atroparvus. Два других вида, в целом, продемонстрировали меньшую жизнеспособность в условиях гипоксии. Выявленные незначительные различия в
реакции личинок I возраста разных видов на недостаток кислорода, растворенного в воде, по-видимому, отражают индивидуальные характеристики
особей, связанные, в частности, с гетерохронностью развития личинок в опыте внутри стадии и соответствующим возрасту уровнем интенсивности газообмена. Во время развития личинок у всех насекомых наблюдаются периодические изменения газообмена в каждом личиночном возрасте. После линьки,
отделяющей один возраст от другого, интенсивность дыхания падает, а в период подготовки к новой линьке газообмен вновь повышается [10]. Об этом,
в частности, свидетельствует неожиданно высокая устойчивость к кислородному голоданию отдельных личинок An. atroparvus и An. beklemishevi II возраста при концентрации кислорода 8,3 мг/л (см. рис. 2). Зафиксировано, что
80–90% личинок этой стадии погибало в 1,5–2 раза быстрее, чем оставшиеся
10–20%. Очевидно, индивидуальные особенности устойчивости к асфиксии
проявляются у личинок при времени нахождения в этих условиях более суток
и нивелируются при сильном воздействии фактора, приводящего к относительно быстрой гибели особей.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
А.К. Сибатаев, С.Ю. Семенов, В.П. Перевозкин, Ю.В. Андреева
40
В экспериментах с личинками IV возраста Aedes vexans получены следующие результаты: среднее значение времени гибели 100% личинок от асфиксии коррелирует с количеством исходной концентрации кислорода в воде – чем больше растворенного кислорода, тем дольше сохраняют жизнеспособность личинки (рис. 3). По-видимому, покровное дыхание позволяет им
значительно увеличить время нахождения под водой.
Летальное время, мин
120
100
80
60
40
20
0
10
21,5
3
7,5
Концентрация растворенного кислорода в воде, мг/л
Рис. 3. Зависимость среднего значения времени гибели 100% личинок IV возраста
Aedes vexans от концентрации растворенного в воде кислорода
В условиях отсутствия растворенного кислорода и в присутствии углекислого газа над поверхностью воды при температуре воздуха 20ºС около 30%
личинок IV возраста C. p. molestus перестали подавать признаки жизни не
менее чем через 20 мин, гибель всех личинок наступила только через 33 мин.
Для поддержания устойчивого эффекта приходилось трижды вносить углекислый газ (рис. 4).
В серии опытов с личинками C. p. molestus IV возраста (см. табл. 1) установлено, что температура оказывает существенное влияние на время их жизни как в условиях гипоксии разной степени (рис. 4), так и в условиях сочетания гиперкапнии и гипоксии. При температуре воды 23ºС для гибели всех
личинок потребовалась двукратная обработка углекислым газом, а при 10ºС –
трехкратная.
Личинки представителей рода Anopheles на появление углекислого газа на
поверхности воды реагируют двумя способами. Часть личинок мгновенно
впадает в оцепенение и остается на поверхности воды. Другая, большая
часть, погружается на дно сосуда и через некоторое время погибает.
Все личинки комаров родов Aedes и Culex на внесение диоксида углерода
реагируют нырянием и активным движением в толще воды либо сразу после
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Влияние гипоксии и гиперкапнии на личинок
41
его внесения, либо через 5–10 с. Через некоторое время личинки всплывают
и, обнаружив наличие газа, опять погружаются в толщу воды. Через 10–
20 мин часть личинок впадает в оцепенение и опускается на дно сосуда. За
это время (20 мин) слой углекислого газа, контактирующий с поверхностью
воды, растворяется в ней, поэтому требуется его дополнительное внесение.
При повторном (при температуре воды 10ºС – трехкратном) внесении диоксида углерода погибают остальные личинки.
Летальное время, мин
600
500
400
23 °С
10 °С
300
200
100
0
1
2
3
4
Опыты
5
6
Рис. 4. Зависимость среднего значения времени гибели 100% личинок IV возраста комаров
C. p. molestus от температуры и концентрации растворенного кислорода:
1, 2 – концентрация кислорода 8,4–8,6 мг/л; 3, 4 – концентрация кислорода 0 мг/л;
5, 6 – концентрация кислорода 0 мг/л и добавлен углекислый газ
Такое поведение личинок, скорее всего, обусловлено существенным отличием в строении дыхательного аппарата представителей рода Anopheles от
родов Culeх и Aedes. У более продвинутых в эволюционном плане комаров
Aedes и Culex на последнем сегменте брюшка расположена сифональная
трубка со стигмальной пластинкой на конце, посредством которой личинки
удерживаются силой поверхностного натяжения воды, при этом тело находится в толще воды в «подвешенном» положении под определенным углом
(рис. 5, 6).
Наличие дыхательной трубки у представителей родов Aedes и Culex ограничивает действие мышц только в одном направлении, параллельном
продольной оси сифона, вследствие этого хитиновые элементы стигмальной пластинки приобретают более дифференцированное, чем у рода
Anopheles, строение, обеспечивающее в этих условиях точную координацию их движения [13], что, возможно, влияет на быстроту реакции и обусловливает большую скорость замыкания стигм при внесении углекислого
газа.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
42
А.К. Сибатаев, С.Ю. Семенов, В.П. Перевозкин, Ю.В. Андреева
Рис. 5. Способы удержания у поверхности воды личинок Anopheles (А) и Culex (Б):
1 – стигмальная пластинка; 2 – анальные жабры; 3 – голова; 4 – грудь;
5 – брюшко; 6 – сифон [11]
Рис. 6. Стигмальная пластинка личинок кровососущих комаров.
А – Aedes; Б – Culex pipiens; В – Anopheles maculipennis: 1– стигма (дыхальце) [12]
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Влияние гипоксии и гиперкапнии на личинок
43
Для личинок рода Anopheles характерно отсутствие дыхательной трубки.
Вместо нее имеется специальное образование, поддерживающее стигмальную пластинку и гомологичное сифону [13].
При нырке личинки лопасти стигмальной пластинки закрывают дыхальца.
Однако замыкание никогда не бывает полным. Между передней и боковыми
лопастями образуется воздушная полость. Вода не может попасть в дыхальца
и вытеснить оттуда воздух из-за несмачиваемости стигмальной пластинки,
которая периодически смазывается секретом слюнных желез [13].
Дыхание личинок кровососущих комаров осуществляется с помощью трахейной системы открытого типа. От задней пары дыхалец отходят два главных
трахейных ствола. Главные стволы разветвляются в каждом сегменте. Самые
мелкие разветвления – трахеолы – заканчиваются на поверхности клеточных
мембран. Дыхание совершается путем диффузии кислорода из атмосферы или
воды в трахеи благодаря разнице в его парциальном давлении [10].
По всей видимости, личинки рода Anopheles практически мгновенно впадают в оцепенение при появлении углекислого газа на поверхности воды в
связи с близостью дыхальца к трахейным стволам и трахеолам. У представителей родов Culex и Aedes между дыхальцем и системой трахеол имеется достаточно длинная трубка, на конце которой, по-видимому, находятся рецепторы газового состава атмосферы. Поэтому для поступления углекислого газа к
трахеолам требуется значительно больше времени, и личинки успевают закрыть дыхальца и погрузиться в воду. Отсутствие в воде растворенного кислорода вынуждает личинок через несколько минут выныривать и, при наличии в атмосфере опасных концентраций диоксида углерода, опять погружаться в воду.
При нырке или пассивном погружении в воду все личинки, не впавшие в
оцепенение, захватывают пузырек газа. Личинки комаров рода Anopheles захватывают углекислый газ в заметно большем, достаточном для засыпания
количестве, так как площадь их стигмальной пластинки больше, чем у представителей родов Culex и Aedes, а скорость ее замыкания ниже. Личинкам
комаров Culex и Aedes для засыпания требуется большее время контакта с
углекислым газом, которое достигается дробно, за счет нескольких выныриваний.
Таким образом, в результате экспериментов выявлена различная устойчивость представителей разных родов к изменению концентрации растворенного в воде кислорода. Личинки комаров рода Aedes являются самыми устойчивыми к гипоксии при полном отсутствии кислорода. Личинки комаров родов
Aedes и Culex проявили большую устойчивость к гипоксии и гиперкапнии, по
сравнению с Anopheles. Большая жизнеспособность комаров родов Aedes и
Culex в условиях сочетания гипоксии и экзогенной гиперкапнии определяется, по-видимому, наличием дыхательной трубки, устройством стигмальной
пластинки и замыкательного аппарата. Устойчивость к гипоксии личинок
комаров всех трех рассматриваемых родов в наибольшей степени связана с
температурой воды, определяющей интенсивность метаболизма.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
А.К. Сибатаев, С.Ю. Семенов, В.П. Перевозкин, Ю.В. Андреева
44
Литература
1. Беклемишев В.Н. Экология малярийного комара (Anopheles maculipennis Mgn). M.: Медгиз., 1944. 299 с.
2. Eldridge B.F., Edman J.D. Surveillance for arthropod-borne diseases, in Medical entomology:
a textbook on public health and veterinary problems caused by arthropods. Kluwer Academic: Dordrecht; Boston, 2000. 659 p.
3. Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы СанПиН 3.5.2.1376-03 «Санитарно-эпидемиологические требования к организации и проведению дезинсекционных
мероприятий против синантропных членистоногих». М., 2003. Регистрационный
№ 4756.
4. Becker N., Petric D., Zgomba M., Boase C., Dahl C., Madon M., Kaiser A. Mosquito and their
control. 2nd ed. 2010. 577 p.
5. Soper F.L., Wilson D.B. Anopheles gambiae [sic] in Brazil 1930 to 1940. N.Y.: The Rockefeller Foundation, 1943. 262 p.
6. Killeen G.P., Fillinger U., Kiche I., Gouagna L.C., Knols B.G.J. Eradication of Anopheles
gambiae from Brazil: lessons for malaria control in Africa? // Lancet Infectious Diseases.
2002. № 2. P. 618–627.
7. Shousha A.T. Species-eradication: The eradication of Anopheles gambiae from Upper Egypt
1942–1945 // Bulletin of the World Health Organization. 1948. № 1. P. 309–353.
8. Пат. 2370952 С1 РФ, А01М 1\20 (2006.01). Способ уничтожения личинок комаров / Семенов С.Ю., Сибатаев А.К., Перевозкин В.П.; заявитель и патентообладатель,
ГОУВПО Томский государственный университет. 2008133300/12, заявл. 13.08.2008,
опубл. 27.10.2009.
9. Лакин Г.Ф. Биометрия: Учеб. пособие для биол. спец. вузов. М.: Высшая школа, 1990.
352 с.
10. Тыщенко В.П. Физиология насекомых. М.: Высш. шк., 1986. 303 с.
11. Генис Д.Е. Медицинская паразитология. М.: Медицина, 1979. 341 с.
12. Montschadsky A. Die Stigmalplatten der Culiciden-Larven // Zoologische Jahrbücher. Abteilung für Systematik. 1930. B. 58. P. 541–636.
13. Гуцевич А.В., Мончадский А.С., Штакельберг А.А. Комары. Семейство Culicidae // Фауна СССР. Новая серия № 100. Насекомые двукрылые. Т. 3, вып. 4. Л.: Наука, 1970.
384 с.
Поступила в редакцию 17.02.2011 г.
Anuarbek K. Sibataev1, 2, Sergei Yu. Semyonov1, 2, Valerii P. Perevozkin1, 2,
Yulia V. Andreeva2
1
Biological Institute of Tomsk State University, Tomsk, Russia
Research Institute of Biology and Biophysics of Tomsk State University, Tomsk, Russia
2
THE INFLUENCE OF THE HYPOXIA AND HYPERCAPNIA
ON THE BLOOD-SICKING MOSQUITOES LARVAE
In this article we are present the results of study of the influence of the hypoxia and hypercapnia on the larvae of blood-sucking mosquitoes of Anopheles, Culex and Aedes genera. The ability of Anopheles larvae to be alive under water of different temperature and
oxygen concentration was analyzed. The larvae of the early developmental stages at decrease of oxygen concentration in the water were died faster than older individuals. The
An. atroparvus larvae are characterized by the greatest stability to hypoxia. Surprisingly,
larvae of An. atroparvus and An. beklemishevi II age are highly resistant to oxygen starvation at oxygen concentration 8,3 mg/L. The experiments with carbon dioxide were spent at
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Влияние гипоксии и гиперкапнии на личинок
45
two variants of water temperature: +10ºС and +23ºС. Death of all larvae occur after twofold entry of carbon dioxide at the water temperature +23ºС, and after threefold entry at
the water temperature +10ºС. The longevity of C. p. molestus larvae IV stage correlates
with water temperature. The differences of viability of Culex and Aedes from Anopheles
most likely, are caused by the morphological differences of respiratory system.
The larvae of Aedes and Culex genera in the last segment of the abdomen have a siphon with a stigmal plate on the apex. Anopheles mosquitoes are characterized by a lack
of siphon. Apparently, the larvae of Anopheles almost instantly fall into a stupor when a
carbon dioxide entry on the water because the spiracles are close located to the tracheal
trunks and tracheoles. The larvae of Aedes and Culex between the spiracle and the system tracheoles have a sufficiently long tube, at the end of which, probably, there are
gaseous composition receptors. Therefore, for the inflow of carbon dioxide to tracheoles
requires significantly more time and larvae have time to close the spiracles.
For members of different genera were found different resistance to change in the
concentration of dissolved oxygen. Mosquito larvae of Aedes genus are resistant to complete absence of oxygen for a longer time. At the same time, the larvae of mosquitoes An.
beklemishevi and An. atroparvus II age characterized by more vitality at a high concentration of dissolved oxygen in the water. Mosquito larvae genera of Aedes and Culex are
more resistant to hypoxia and hypercapnia, compared with Anopheles. The more viability of Culex and Aedes mosquitoes by the combination of hypoxia and exogenous hypercapnia, are caused by the presence of respiratory tube, a structure of stigmal plate and
closing apparatus. The resistance to hypoxia of mosquito larvae, all three considered
genera, to the greatest extent on water temperature, which determines the intensity of
metabolism.
Key words: blood-sucking mosquitoes; abundance control; hypoxia; hypercapnia.
Received February 17, 2011
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
А.А. Ермошин, О.С. Синенко, В.В. Алексеева и др.
46
Вестник Томского государственного университета. Биология. 2011. № 2 (14). С. 46–55
ФИЗИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ И БИОХИМИЯ
УДК 581.1:581.2:58.084.1
А.А. Ермошин1, О.С. Синенко1, В.В. Алексеева2, И.С. Киселева1,
Е.Б. Рукавцова2, А.Ю. Буданцев3, Я.И. Бурьянов2
1
Уральский государственный университет им. А.М. Горького (г. Екатеринбург)
2
Филиал Института биоорганической химии им. академиков
М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН (г. Пущино)
3
Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН (г. Пущино)
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ГЕТЕРОЛОГИЧНОГО ГЕНА hmg1
НА МЕЗОСТРУКТУРУ ЛИСТА И УСТОЙЧИВОСТЬ ТРАНСГЕННЫХ
РАСТЕНИЙ ТАБАКА К Pseudomonas syringae
Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ № 09-04-00980 и ФЦП «Научные
и научно-педагогические кадры инновационной России»
(ГК № П2364, № П1301 и № 14.740.12.0820).
Проведено исследование влияния экспрессии гетерологичного гена hmg1 в прямой и обратной ориентациях относительно конститутивного промотора CaMV
35S на параметры мезоструктуры листа трансгенных растений табака Nicotiana
tabacum L. и их устойчивость к Pseudomonas syringae. Обнаружены изменения в
содержании суммы стеринов листьев трансгенных линий табака. До цветения
растений листья смысловых линий содержали стеринов больше, чем в контроле.
Снижение количества стеринов в листьях антисмысловых линий трансгенных
растений табака по сравнению с контролем наблюдалось во время цветения. Исследование мезоструктуры листа показало, что в листе антисмысловых форм
растений упаковка клеток мезофилла более плотная, чем в контроле за счет
уменьшения толщины листа и увеличения количества клеток. Более плотная упаковка клеток, чем в контроле, обнаружена и в листьях растений смысловых линий
С2 и С4, но не в линии С1. Снижение толщины листа в растениях линий С2 и С4
сопровождалось увеличением объема клеток столбчатого мезофилла. Между тем
толщина листьев растений линии С1 не изменялась. Ткань листа этих растений
оказалась более рыхлой, чем в контроле. Выявлена корреляция между анатомией
листа смысловых форм трансгенных растений табака с геном hmg1 и их устойчивостью к биотическому стрессу. Устойчивость трансгенных растений табака
зависела от уровня экспрессии гена hmg1.
Ключевые слова: Nicotiana tabacum L.; трансгенные растения; ген hmg1; фитостерины; Pseudomonas syringae; мезоструктура листа.
Изопреноиды являются одним из самых многочисленных классов природных соединений растений. Они участвуют как в регуляции роста, развития и
размножения растений, так и в процессах взаимодействия растений с абиотическими условиями среды и другими организмами – насекомыми, бактериями, грибами. Биосинтез изопреноидов в растениях происходит при участии
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Исследование влияния гетерологичного гена hmg1
47
двух метаболических путей – метилэритритолфосфатного, локализованного в
хлоропластах [1], и мевалонатного, находящегося в цитоплазме [2]. Цитоплазматический синтез изопреноидов начинается с конденсации трех молекул ацетил CoA, которые с помощью фермента 3-окси-3-метилглутарил-КоА
редуктазы превращаются в мевалоновую кислоту. Фермент 3-окси-3-метилглутарил-КоА редуктаза кодируется геном hmg1 [3]. При участии данного
пути биосинтеза образуются такие изопреноиды, как брассиностероиды, фитостерины, некоторые фитоалексины, изопреноидные фрагменты цитокининов и убихинонов [4]. Можно предположить, что усиление биосинтеза мевалоновой кислоты приведёт к росту уровня фитогормонов, стеринов и фитоалексинов, что в свою очередь может сказаться на структуре тканей листа и
устойчивости растений к фитопатогенам.
Цель работы – изучение у модельного объекта Nicotianа tabacum L. эффектов введения гетерологичного гена hmg1 в разных ориентациях относительно промотора на структуру листа и устойчивость к биотическому стрессу, вызванному биотрофным фитопатогеном Ps. syringae, распространение
которого происходит по межклеточному пространству в мезофилле.
Материалы и методики исследования
Объектом исследования служили трансгенные растения табака сорта Самсун, содержащие гетерологичный ген hmg1 из Arabidopsis thaliana (L.) Heynh.
под контролем конститутивного двойного промотора CаMV 35S вируса мозаики цветной капусты [5]. Линии растений с антисмысловой копией гена
hmg1 (антисмысловые формы) обозначены как А1 и А2, а линии растений со
смысловой формой гена hmg1 (смысловые формы) – С1, С2 и С4. Растения
размножали в условиях in vitro на среде МС [6] с добавлением 50 мг/л сульфата канамицина и в возрасте 3–4 недель пересаживали в грунт. Далее растения выращивали в условиях закрытого грунта на станции искусственного
климата «Биотрон». В работе использовали штамм Pseudomonas syringae1546, полученный из Всероссийской коллекции микроорганизмов Института
биохимии и физиологии микроорганизмов РАН. Мезоструктуру листа определяли согласно методике Мокроносова и Борзенковой [7, 8] с использованием программного обеспечения Siams Mesoplant. Определение стеринов проводили колориметрическим методом [9] с небольшими модификациями, измеряя количество стеринов по реакции неомыляемого остатка растительных
экстрактов с реактивом Бурхарда–Либермана. Для разделения стеринов на
пластинках Silufol использовали систему «гексан : диэтиловый эфир : уксусная кислота» (70 : 30 : 2).
Оценку устойчивости к биотическому стрессу проводили на листьях
среднего яруса 8-недельных растений табака. Для этого листовые диски
диаметром 20 мм выдерживали 3 мин в ночной культуре Ps. syringae либо в
воде, после чего инкубировали 42 ч при температуре 24–26°С во влажной
камере. Оценивали такие показатели стресса, как уровень перекисного
окисления липидов (ПОЛ) [10], активность пероксидазы [11], содержание
свободного пролина [12] и флавоноидов [13]. Статистическая обработка и
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
48
А.А. Ермошин, О.С. Синенко, В.В. Алексеева и др.
построение графиков выполнено в программе StatSoft Statistica 8.0 и MS
Excel 2003. Все данные представлены как средние значения и их стандартные ошибки. Статистическая обработка данных проведена с использованием критерия Манна–Уитни. Различия статистически значимы при p ≤ 0,05.
Корреляционный анализ проведён с вычислением коэффициента корреляции Пирсона.
Результаты исследования и обсуждение
Трансгенные растения со смысловой копией гена hmg1 в геноме являются
моделью для исследования влияния усиления мевалонатного пути биосинтеза
изопреноидов в растениях, тогда как трансгенные линии с антисмысловой
копией гена hmg1 позволяют моделировать его ослабление. Полученные нами ранее трансгенные растения табака с геном hmg1 в разных ориентациях по
отношению к промотору (линии А1, А2, С1, С2, С4) создают возможность
наблюдать эффекты, связанные с изменением цитоплазматического биосинтеза изопреноидных соединений.
Морфология растений. Отличий в высоте, скорости роста и времени начала цветения между контрольными и трансгенными растениями табака нами
не обнаружено. Согласно данным других исследований, мутанты по гену
hmg1 отличались низкой высотой растений и задержкой цветения [14]. В нашем случае отсутствие различий в ростовых показателях может быть объяснено недостаточной супрессией гена hmg1 при использовании технологии
антисмысловых РНК.
Анализ стеринов. Большинство стеринов растений являются компонентами мембран, отвечая за ее текучесть и проницаемость. Некоторые стерины
или продукты их превращений могут служить сигнальными молекулами в
процессах роста и развития растений [15]. Механизм, отвечающий за гомеостаз стеринов в растениях, изучен недостаточно, однако показано, что активность 3-окси-3-метилглутарил-КоА редуктазы табака возрастает при уменьшении эндогенных стеринов [16].
В листьях исследованных нами растений суммарное содержание стеринов
изменялось в зависимости от фазы развития. До цветения количество стеринов в листьях контрольных и антисмысловых форм растений не отличалось,
тогда как листья смысловых линий растений содержали на 43–57% стеринов
больше (рис. 1).
Во время цветения содержание стеринов у контрольных и смысловых линий растений выравнивалось, а в листьях антисмысловых форм растений было на 13–20% ниже. В корнях различий между вариантами по уровню стеринов не обнаружено. Методом ТСХ в экстрактах обнаружено четыре компонента, два из которых определены как ситостерин и стигмастерин. Соотношение между этими стеринами в идентичных органах всех исследуемых линий растений не отличалось. Для выяснения более полной картины изменения состава стеринов в трансгенных растениях планируется проведение их
анализа методами газожидкостной хроматографии и хромато-массспектрометрии.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Исследование влияния гетерологичного гена hmg1
49
Рис. 1. Содержание стеринов в листьях табака
до цветения растений. По оси абсцисс – линии растений табака:
контроль – нетрансформированные растения; А1 – трансгенные растения
табака с антисмысловой формой гена hmg1; С1, С2, С4 – линии трансгенных
растений табака со смысловой формой гена hmg1
Мезоструктура листа. Под мезоструктурой листа подразумевают организацию фотосинтетического аппарата растений на клеточном и тканевом
уровнях. Исследование показало, что у антисмысловых линий растений происходило уменьшение толщины листа на 16% (рис. 2) и увеличение количества клеток мезофилла на 59% по сравнению с контролем (рис. 3). При этом
размеры клеток столбчатого и губчатого мезофилла изменялись незначительно (линия А1) или увеличивались (линия А2) (рис. 4). Такое изменение данных параметров может свидетельствовать о более плотной упаковке клеток в
листе антисмысловых форм растений. У смысловых растений наблюдали
различия между линиями. В линии С1 отличий от контроля в толщине листа
не было, а листья линий С2 и С4 были на 18–19% тоньше (рис. 2). Количество клеток мезофилла во всех линиях смысловых растений достоверно не изменялось (рис. 3). Объем клеток столбчатого мезофилла увеличивался во всех
линиях смысловых растений (рис. 4). Таким образом, в растениях смысловых
линий С2 и С4 упаковка клеток в листе более плотная, чем в контроле.
Ткань листа растений линии С1 более рыхлая по сравнению с контролем.
Это подтверждается расчетными данными доли мезофилла в объеме листа и
индексом поверхности наружных мембран клеток, представленными в таблице. Удельная поверхностная плотность листьев у антисмысловых линий не отличалась от контроля, тогда как у смысловых линий она была выше на 8–30%
(рис. 5). Это может свидетельствовать как об увеличении степени васкуляризации листа смысловых форм растений, так и об увеличении толщины кутикулы
листа. Возможно, в растениях со смысловой формой гена hmg1 повышен уровень брассиностероидов, которые стимулируют развитие элементов ксилемы в
листе и стебле, либо уровень изопреноидов, входящих в состав кутикулы. В настоящее время проводится проверка данного предположения.
Наблюдаемые различия в плотности упаковки клеток листа могут быть
одним из факторов изменения устойчивости трансгенных растений к биоти-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
50
А.А. Ермошин, О.С. Синенко, В.В. Алексеева и др.
ческому стрессу, возможно, за счёт изменения скорости распространения патогена по тканям растений.
Рис. 2. Толщина листа у контрольных и трансгенных растений табака
с геном hmg1
Рис. 3. Количество клеток мезофилла в листьях табака
Рис. 4. Объем клеток мезофилла в листьях табака
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Исследование влияния гетерологичного гена hmg1
51
Рис. 5. Удельная поверхностная плотность листьев (УППЛ)
Расчётные показатели мезоструктуры листа
Линия растений табака
Индекс мембран клеток
Контроль
А1
С1
С2
С4
1,9
3
1,9
2,5
2,3
Доля мезофилла
в объёме листа
0,3
0,46
0,25
0,4
0,51
Устойчивость к биотическому стрессу. Цитокинины и брассиностероиды, синтез которых связан с мевалонатным путем, играют значительную роль
в адаптации растений к стрессам [17, 18]. Кроме того, через этот путь синтезируются и некоторые фитоалексины, которые в семействе пасленовых представлены сесквитерпеноидами [19]. К факторам, влияющим на устойчивость
к заболеваниям, помимо гормонов и фитоалексинов относят строение покровных тканей и анатомические особенности листа. В связи с этим изучение
устойчивости полученных трансгенных растений к биотическому стрессу
представляет значительный интерес. В качестве фитопатогена использовали
бактерии Pseudomonas syringae. После воздействия бактерией Ps. syringae
ПОЛ у растений смысловых линий С2 и С4 не изменился, что свидетельствовало об отсутствии у этих линий стресса (рис. 6). В контроле, растениях антисмысловых линий и линии С1 в тех же условиях этот показатель возрос на
40–70%.
Во всех исследуемых вариантах произошло возрастание содержания свободного пролина (рис. 7), но наиболее значительно – у смысловых линий (на
300%), что говорит о высокой сопротивляемости данных растений к действию биотического стресса. На усиление стресса у растений антисмысловых
форм и в линии С1 указывало повышение активности гваяколовой пероксидазы (рис. 8). При этом в контрольных и растениях смысловых линий С2 и С4
активность фермента не изменялась, свидетельствуя об отсутствии накопления в них перекиси при данном стрессе.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
52
А.А. Ермошин, О.С. Синенко, В.В. Алексеева и др.
Рис. 6. Уровень перекисного окисления липидов в листьях контрольных
и трансгенных растений табака с геном hmg1 после инкубации с Ps. syringae.
По оси ординат – содержание продуктов ПОЛ, реагирующих
с тиобарбитуровой кислотой (ТБК-РП)
Рис. 7. Содержание пролина в тканях табака после инкубации
с Ps. syringae
Рис. 8. Активность гваяколовой пероксидазы в листьях растений табака
после воздействия Ps. syringae. По оси ординат – активность фермента,
выраженная в мкМ окисленного за 1 мин гваякола/1 мг белка
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Исследование влияния гетерологичного гена hmg1
53
Содержание флавоноидов в листьях антисмысловых форм растений повысилось на 12–19%, а в смысловых линиях С2 и С4 – снизилось на 25–29%.
В контроле и в линии С1 этот параметр уменьшился на 13 и 15% соответственно. Это может свидетельствовать о росте сопротивляемости растений
смысловых линий С2 и С4 к действию патогена за счёт активации синтеза
лигнина и тушения активных форм кислорода [20].
На седьмые сутки эксперимента на листовых дисках контрольных и антисмысловых линий растений проявлялись признаки хлороза, указывая на поражающее действие патогена, при этом экспланты смысловых форм растений, в особенности линий С2 и С4, оставались зелёными.
Корреляционный анализ взаимосвязи плотности упаковки листа и физиологических показателей стресса для контрольных растений и линий С1, С2 и
С4 подтверждает, что плотность упаковки листа играет значительную роль в
формировании устойчивости к исследованному фитопатогену. Показаны
сильная обратная корреляция (r = –0,9) между долей мезофилла листа в этих
растениях и уровнем ПОЛ в них после воздействия патогена, а также средняя
обратная корреляция (r = –0,7) между долей мезофилла листа и активностью
пероксидазы. Для антисмысловых линий табака корреляции между данными
признаками не выявлено. Все эти факты говорят о повышенной устойчивости
к биотическому стрессу растений смысловых линий С2 и С4 и о снижении
устойчивости у растений табака с антисмысловой копией гена hmg1. Можно
сделать вывод, что экспрессия гена hmg1 вызывает повышение устойчивости
трансгенных растений к действию биотического стресса. Для объяснения пониженной устойчивости к нему смысловой линии С1 в настоящее время проводится анализ уровня экспрессии гена hmg1.
Таким образом, исследована экспрессия гена hmg1 в различных ориентациях по отношению к промотору в трансгенных растениях табака. Показаны
изменения в содержании суммы стеринов листьев растений, появление отличий в анатомии листа и повышение устойчивости некоторых трансгенных
растений к Pseudomonas syringae.
Авторы выражают благодарность кандидату биологических наук Н.В. Чукиной (Уральский государственный университет им. А.М. Горького, г. Екатеринбург) за помощь в приготовлении срезов листьев.
Литература
1. Rohmer M. The discovery of a mevalonate-independent pathway for isoprenoid biosynthesis in
bacteria, algae and higher plants // Nat. Prod. Rep. 1999. Vol. 16. P. 565–574.
2. Bach T.J., Boronat A., Campos N., Ferrer A., Vollack K.U. Mevalonate biosynthesis in plants
// Crit. Rev. Biochem. Mol. Biol. 1999. Vol. 34. P. 107–122.
3. Newman J.D., Chappell J. Isoprenoid biosynthesis in plants: сarbon partitioning withing the
cytoplasmic pathway // Crit. Rev. Biochem. Mol. Biol. 1999. Vol. 34. P. 95–106.
4. Chappell J. Biochemistry and molecular biology of the isoprenoid biosynthetic pathway in
plants // Ann. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. 1995. Vol. 46. P. 521–547.
5. Поройко В.А., Рукавцова Е.Б., Орлова И.В., Бурьянов Я.И. Фенотипические изменения
трансгенных растений табака с антисмысловой формой гена hmg1 // Генетика. 2000.
Т. 36. С. 1200–1205.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
54
А.А. Ермошин, О.С. Синенко, В.В. Алексеева и др.
6. Murasige T., Skoog F.A. Revised medium for rapid growth and bioassays with tobacco tissue
cultures // Physiol. Plant. 1962. Vol. 15. P. 473–497.
7. Мокроносов А.Т., Борзенкова Р.А. Методика количественной оценки и функциональной
активности фотосинтезирующих тканей и органов // Труды по прикладной ботанике,
генетике и селекции ВНИИ растениеводства. 1978. Т. 61. С. 119.
8. Борзенкова Р.А., Храмцова Е.В. Определение мезоструктурных характеристик фотосинтетического аппарата растений: Руководство к лабораторным занятиям большого спецпрактикума по физиологии и биохимии растений. Екатеринбург: Изд-во Уральского
ун-та, 2006. 27 с.
9. Кандюк Р.П. Методы определения стеринов в морских объектах // Экология моря. 2002.
Вып. 5. С. 87–90.
10. Uchiyama M., Mihara M. Determination of malonaldehyde precursor in tissue by thiobarbituric acid test // Analytic. Biochem. 1978. Vol. 86. P. 287–297.
11. Chance B., Maehly A.C. Assays catalase and peroxidase. Methods in Enzymology. N.Y.:
Academic Press, 1955. P. 764–775.
12. Bates L.S. Rapid determination of free proline content for waterstress studies // Plant Soil.
1973. Vol. 39. P. 205–207.
13. Тютерев С.Л., Кудрявцева В.П., Тарлаковский С.А. и др. Применение методов биохимии в исследованиях по защите растений. Л.: ВАСХНИЛ, Всесоюзный НИИ защиты
растений, 1976. 134 с.
14. Suzuki M., Kamide Y., Nagata N. et.al. Loss of function of 3-hydroxy-3-methylglutaryl coenzyme A reductase 1 (HMG1) in Arabidopsis leads to dwarfing, early senescence and male
sterility, аnd reduced sterol levels // Plant J. 2004. Vol. 37. P. 750–761.
15. Clouse S.D. Plant development: a role for sterols in embryogenesis // Curr. Biol. 2000.
Vol. 10. Р. 601–604.
16. Wentzinger L.F., Bach T.J., Hartmann M-A. Inhibition of squalene synthase and squalene
epoxidase in tobacco cells triggers an up-regulation of 3-hydroxy-3-methylglutaryl coenzyme
A reductase // Plant Physiol. 2002. Vol. 130. P. 334–346.
17. Khripach V., Zhabinskii V., de Groot A. Twenty Years of Brassinosteroids: Steroidal Plant
Hormones Warrant Better Crops for the XXI Century // Ann. Bot. 2000. Vol. 86. P. 441–447.
18. Кулаева О.Н. Цитокинины, их структура и функции. М.: Наука, 1973. 263 с.
19. Плотникова Л.Я. Иммунитет растений и селекция на устойчивость к болезням и вредителям / Под ред. Ю.Т. Дьякова. М.: КолосС, 2007. 359 с.
20. Полесская О.Г. Растительная клетка и активные формы кислорода: Учеб. пособие / Под
ред. И.П. Ермакова. М.: КДУ, 2007. 140 с.
Поступила в редакцию 03.12.2010 г.
Alexander A. Ermoshin1, Olga S. Sinenko1, Valeriya V. Alekseeva2, Irina S. Kiselyova1,
Elena B. Rukavtsova2, Arcady Yu. Budantsev3, Yaroslav I. Buryanov2
1
Ural State University, Department of Plant Physiology and Biochemistry, Ekaterinburg, Russia
Branch of Institute of Bioorganic Chemistry of Russian Academy of Sciences, Pushchino, Russia
3
Institute of Theoretical and Experimental Biophysics of Russian Academy of Sciences,
Pushchino, Russia
2
STUDY OF INFLUENCE OF HETEROLOGOUS hmg1 GENE ON LEAF
MESOSTRUCTURE AND RESISTANCE OF THE TRANSGENIC TOBACCO
PLANTS TO Pseudomonas Syringae
Isoprenoids are one of the most numerous classes of natural plant compounds. Cytoplasmic synthesis of isoprenoids begins from the formation of mevalonic acid by the enzyme 3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA reductase encoded by the hmg1 gene. Transgenic
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Исследование влияния гетерологичного гена hmg1
55
tobacco plants Nicotiana tabacum L. variety Samsun, containing the heterologous hmg1
gene from Arabidopsis thaliana (L.) Heynh. in forward (lines C1, C2, C4) and reverse
(lines A1, A2) orientations towards double constitutive cauliflower mosaic virus promoter CaMV 35S were obtained. The effects of heterologous hmg1 gene expression on
leaf mesostructure and resistance of transgenic tobacco plants to Pseudomonas syringae
were studied. There was a change in total amount of leaf sterols in transgenic tobacco
plants associated with the proposed modification of isoprenoid compounds synthesis in
these plants. Before plant flowering leaves of transgenic plants with sense hmg1 gene
contained significantly more sterols compared to control. Reducing of sterol amount in
leaves of antisense transgenic tobacco lines compared to control was observed during
flowering. Study of leaf mesostructure has shown that mesophyll cells package in antisense plant lines is more dense than in control due to the reducing of leaf thickness and
increase in cells number. More dense leaf cells package in leaves of plant sense lines C2
and C4, but not in line C1, compared to control was found. Reducing of leaf thickness in
C2 and C4 plant lines was accompanied by an increase in palisade cell volume. Meanwhile, the leaf thickness of C1 plants line did not change. The leaf tissue of these plants
was more porous than in control. The density of leaf cells package may affect the rate of
pathogens’ spreading under biotic stress. After exposure of leaf disks to phytopathogen
Pseudomonas syringae the level of lipid peroxidation in plants of lines C2 and C4 was
not changed, indicating that they have no stress. It increased by 40–70% in control
plants, antisense lines and line C1. There was an increase in proline level after stress in
all plants, but most significantly – in sense plant lines (up to 300%). In addition, the increase of guaiacol peroxidase activity indicated increase of stress in antisense plants and
in plants of C1 line. As the enzyme activity didn’t change in control plants and in plants
of sense lines C2 and C4 under the stress, testifying the absence of peroxide accumulation in them.
Correlation between leaf tissue structure and resistance to biotic stress in sense
transgenic hmg1 gene plant lines was revealed. The resistance of transgenic tobacco
plants depended on the hmg1 gene expression level.
Key words: Nicotiana tabacum L.; transgenic plants; hmg1 gene; phytosterols;
Pseudomonas syringae; leaf mesostructure.
Received December 3, 2010
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Ю.М. Кулагина, И.Ф. Головацкая
56
Вестник Томского государственного университета. Биология. 2011. № 2 (14). С. 56–64
УДК 581.14:581.133.8
Ю.М. Кулагина, И.Ф. Головацкая
Биологический институт Томского государственного университета (г. Томск)
ВЛИЯНИЕ СЕЛЕНИТА НАТРИЯ НА РОСТ И РАЗВИТИЕ
РАСТЕНИЙ ПШЕНИЦЫ В ЗАВИСИМОСТИ
ОТ СПОСОБА ОБРАБОТКИ
Исследование выполнено при финансовой поддержке ФЦП «Научные
и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009–2013 гг.
(ГК № П283 от 23.07.2009).
Исследовано влияние селенита натрия на рост и развитие растений пшеницы
сорта Новосибирская-15 в зависимости от способа обработки микроэлементом.
Изучены ростовые и биохимические показатели растений в 2 фазах онтогенеза.
Выявлено стимулирующее действие селенит-иона на растяжение листовой поверхности и стебля растений, накопление сухой биомассы и хлорофилла а (наиболее эффективна двойная обработка). Внекорневая и двойная обработки увеличивали содержание каротиноидов во флаговом листе, а предпосевная – содержание
редуцирующих сахаров в листе. Селен ускорял развитие растений пшеницы и повышал их продуктивность. Определены оптимальные способы обработки растений пшеницы селеном.
Ключевые слова: Triticum aestivum L.; селенит натрия; фотосинтетические
пигменты; редуцирующие сахара; рост; развитие; продуктивность растений.
Введение
Вопрос о значении селена в регуляции жизнедеятельности растений остается недостаточно изученным [1–3], но особенно актуальным для пищевых
культур. В литературе встречаются в основном работы по изучению антиоксидантных свойств селена в растении [4–5], в патентах акценты расставлены
на отдельные способы обработки селеном для разных культур с целью их
обогащения селеном [6], и отсутствует комплексный анализ всех возможных
способов с учетом сельскохозяйственной практики, а именно повышения
продуктивности растений.
Целью нашей работы было исследование влияния селенит-иона на рост и
развитие растений пшеницы сорта Новосибирская-15 в зависимости от способа обработки микроэлементом.
Материалы и методики исследования
Объектом исследования служила почвенная культура яровой пшеницы
Triticum aestivum L. сорта Новосибирская-15, патентообладателем которого
является ГНУ СИБНИИРС СО Россельхозакадемии (г. Новосибирск). Исследуемый сорт относится к ранним, так как вегетационный период составляет
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Влияние селенита натрия на рост и развитие растений
57
75–83 дня. Данный сорт устойчив к полеганию, среднезасухоустойчив, используется в хлебопечении. Сорт включён в Госреестр селекционных достижений, допущенных к использованию с 2003 г. по Уральскому и ЗападноСибирскому регионам.
Выращивание растений в открытом грунте позволило изучить рост и развитие растений пшеницы в процессе онтогенеза. Известно, что различные скорость
и соотношение ростовых реакций у растений разного возраста меняют требование к минеральным элементам. В связи с этим проведены различные способы
обработки селенитом натрия, позволившие изменить содержание элемента селена в растении на различных этапах его индивидуального развития. Растения выращивали с использованием предпосевной, внекорневой и двойной обработок
селенитом натрия. Контролем служили растения, не обработанные селеном.
Предпосевную обработку семян селеном осуществляли методом замачивания их
в растворе селенита натрия (80 мг/л). Данная обработка обеспечивала влияние
элемента на стадии прорастания семян и роста проростков. Внекорневая обработка осуществлялась методом опрыскивания вегетирующих растений раствором селенита натрия с концентрацией 7 мг/л, которая обеспечивала поступление
элемента в растение на более поздних этапах его развития. Комплексная обработка (двойная обработка) включала последовательное введение элемента: сначала на стадии прорастания семян, затем в фазе 3 листьев. В ходе полевых исследований растения пшеницы выращивали мелкоделяночным способом на дерново-подзолистой почве в Томской области. Анализ ростовых параметров растений проводили в период их активной вегетации (в фазе 3 листьев – 29 сут), перед
внекорневой обработкой и в период колошения (54 сут). Оценивали силу роста
проростков, линейные и количественные ростовые параметры, накопление биомассы. Содержание фотосинтетических пигментов и редуцирующих сахаров
определяли спектрофотометрически [7, 8].
Статистическая обработка и построение графиков выполнены в программе
StatSoft Statistica 8.0 и MS Excel 2003. На рис. 1–5 данные представлены в виде
средних арифметических ростовых (n = 50) и биохимических (n = 5) параметров
с доверительными интервалами с учетом критерия Стьюдента для 95%-ного
уровня значимости [9]. При сравнении групп растений, различающихся по способу обработки селенитом натрия, выявили статистически значимые отличия
изученных параметров по сравнению с контролем (p < 0,05).
Результаты исследования и обсуждение
Современные сорта сельскохозяйственных культур обладают высоким потенциалом продуктивности, которая не всегда реализуется в открытом грунте. Для повышения продукционного процесса растений в практике растениеводства используют методы обработки семян и растений регуляторами роста
и микроэлементами, которые вызывают активизацию метаболических процессов в растительном организме в исключительно малых дозах и способны
защитить растение от стрессовых воздействий, что является очень важным
для формирования урожая. Режим минерального питания как средство регуляции физиологических процессов оказывает существенное влияние на ак-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Ю.М. Кулагина, И.Ф. Головацкая
58
тивность фотосинтеза и дыхания, а как результат – на активность ростовых
процессов. В связи с этим рост как интегральный процесс является одним из
ведущих в реализации наследственной программы организма, обеспечивая
его морфогенез и онтогенез. Изучение ростовых эффектов в конечном итоге
позволяет оценить агротехнические воздействия на продуктивность растений, включающую накопление биомассы и формирование урожая.
Для обработки растений T. aestivum L. селеном использовали селенит натрия, что было связано с его большей эффективностью встраивания в органические соединения по сравнению с селенатом натрия. Именно органическая
форма селена наиболее усвояема для животных и человека.
Предпосевная обработка селенитом натрия семян пшеницы изменила скорость их прорастания. Это выражалось в более ранних (на 1–1,5 сут) и дружных всходах опытных растений по сравнению с контрольными.
В вегетативную стадию стимулирующее действие селена на накопление
сухой биомассы листьев и стебля составило 34% по сравнению с контролем.
В процессе последующего развития растений (на стадии колошения) различия по биомассе увеличились на 60 и 68% соответственно для листьев и стебля (рис. 1). Накопление биомассы происходило за счёт веществ, синтезированных в процессе растяжения и увеличения числа элементов структуры побега (рис. 2) и, прежде всего, за счет увеличения количества побегов кущения
и их ярусов. Опытные растения выносили колос из пазухи верхнего листа
раньше, чем контрольные растения. Более активное формирование новых
метамеров под действием селенит-иона отмечено нами также и для двудольных растений – горчицы [10].
Сухая биомасса, г
4
Контроль
Предпосевная обработка
Внекорневая обработка
Двойная обработка
2
*
*
*
*
*
0
Лист
Стебель
Рис. 1. Сухая биомасса структурных элементов побега 54-дневных растений
пшеницы в зависимости от способа обработки селенитом натрия.
* Здесь и далее статистически значимые отличия от контроля (р < 0,05)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Влияние селенита натрия на рост и развитие растений
Количество, шт
30
Контроль
Предпосевная обработка
Внекорневая обработка
Двойная обработка
*
59
*
*
20
10
* *
*
0
Количество
побегов
Побеги
Количество
ярусов
Ярусы
Рис. 2. Количество побегов кущения и их ярусов у 54-дневных растений
пшеницы в зависимости от способа обработки селенитом натрия
Поступление селена в растение в различные фазы онтогенеза определяло
разное распределение ростовых процессов между ярусами. Так, поступление
селена на стадии прорастания семян (предпосевная обработка) вызывало увеличение площади общей фотосинтезирующей поверхности (рис. 3, а) за счет
растяжения первых трёх листьев всех побегов кущения, в том числе в 3,3 и
1,4 раза (первый лист и второй и третий лист соответственно) (рис. 3, б).
Двойная обработка увеличила рост и развитие преимущественно листа
третьего яруса растений, снизив прирост листа первого и второго ярусов по
сравнению с предпосевной обработкой селенитом натрия. Таким образом,
селен, введенный через корень, определял рост первого и второго листа, тогда как активация роста третьего листа происходила за счет аддитивного действия селена, поступившего через корень и лист.
Селенит натрия, применяемый при двойной обработке, ускорял накопление сухой биомассы и повышал чистую продуктивность фотосинтеза растений пшеницы в большей степени, чем при однократной обработке. Это могло
быть связано с динамикой эндогенного селена в онтогенезе растений, поддерживающей метаболизм на достаточно высоком уровне.
Продукционный процесс растений во многом определяется интенсивностью фотосинтеза. В первую очередь, сформированностью самого фотосинтетического аппарата (площадью листьев и содержанием фотосинтетических
пигментов), во вторую – продуктивностью фотосинтеза (не только величиной
сухой биомассы, но и уровнем углеводов).
Детальный анализ пигментной системы позволил охарактеризовать потенциальные возможности фотосинтеза.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Ю.М. Кулагина, И.Ф. Головацкая
60
400
(а)
Площадь листьев, см2
*
300
*
200
*
100
0
а
120
*
(б)
Контроль
Предпосевная обработка
*
Внекорневая обработка
Площадь листьев, см2
*
80
*
Двойная обработка
*
*
*
40
* *
*
*
*
* *
0
1
2
3
Номер яруса
4
5
б
Рис. 3. Общая площадь листьев (а) и распределение ростовых процессов между
ярусами (б) всех побегов кущения у 54-дневных растений пшеницы
сорта Новосибирская-15 в зависимости от способа обработки селенитом натрия
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Влияние селенита натрия на рост и развитие растений
61
Так, в результате наших исследований показано, что содержание фотосинтетических пигментов в листьях опытных растений зависело от способа обработки растений селенитом натрия (рис. 4). Содержание хлорофилла а в
опытных растениях при внекорневой и двойной обработке превышало в 2–
2,5 раза, а при предпосевной обработке – на 50% содержание фотосинтетических пигментов в контрольных растениях.
Контроль
Предпосевная обработка
Внекорневая обработка
Двойная обработка
2
2
Содержание, мг/дм
Содержание,
мг/дм
4
*
3
*
*
2
*
*
*
1
*
0
Хла
Хла
Хлb
Хлb
Кар
Рис. 4. Содержание фотосинтетических пигментов в листьях 54-дневных растений
пшеницы в зависимости от способа обработки селенитом натрия:
Хла – хлорофилл а, Хлb – хлорофилл b, Кар – каротиноиды
Количество хлорофилла b в листьях растений пшеницы с предпосевной
обработкой селенитом натрия увеличивалось в 2,5 раза относительно контрольных растений (рис. 4). При этом существенно не изменилось содержание каротиноидов. Вероятно, это было связано со сниженным уровнем эндогенного селена в верхних листьях в результате неполной реутилизации элемента. Сделанное нами предположение основывалось на общности метаболизма селена и серы в организмах.
Внекорневая обработка селеном двукратно увеличивала содержание каротиноидов относительно контрольных растений, что обусловливало сохранение пула хлорофилла b в листьях. Полученные нами данные по динамике каротиноидов согласуются с данными других авторов [11]. В связи с этим можно полагать, что обогащение растений селеном способствовало сохранению
уровня хлорофилла а за счет поддержания определенного уровня каротиноидов. Известно, что наряду со светособирающей каротиноиды выполняют и
светозащитную функцию, заключающуюся в предохранении хлорофилла а от
фотоокисления активными формами кислорода [12].
При двойной обработке рост пула каротиноидов не успевал за ростом пула хлорофилла а, и, возможно, вследствие этого ослабевала их защитная
функция и происходил рост пула окисленного хлорофилла – хлорофилла b.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Ю.М. Кулагина, И.Ф. Головацкая
62
Содержание, мг/г сухой массы
Содержание, мг/г сухой массы .
Одной из функционально активных групп углеводов являются редуцирующие сахара, которые обладают способностью восстанавливать окисные
соединения в закисные и включают все моносахариды, часть дисахаридов
(мальтоза, лактоза и др.). Содержание редуцирующих сахаров в верхних листьях как опытных, так и контрольных вегетирующих растений (29-е сут)
было одинаково высоким (рис. 5).
В фазу колошения (54-е сут), когда функции листьев менялись и самые
верхние листья (флаговые) участвовали в формировании колоса, наблюдали
50 и 15%-ное увеличение содержания редуцирующих сахаров во флаговом
листе опытных растений, выросших при предпосевной обработке и внекорневой и двойной обработке соответственно. Возможно, это соответствовало
активности функционирования флаговых листьев или скорости оттока питательных веществ из них в колос.
5
4
*
3
*
*
Контроль
Предпосевная обработка
Внекорневая обработка
Двойная обработка
2
1
0
29
54
Возраст, сут
сут
Возраст,
Рис. 5. Содержание редуцирующих сахаров в листьях растений пшеницы сорта
Новосибирская-15, выросших при разных способах обработки селенитом натрия
Заключение
В результате исследований установлено, что все предлагаемые нами способы обработки селенитом натрия (предпосевная, внекорневая и двойная)
оказывали стимулирующее действие на растяжение листовой поверхности и
стебля растений пшеницы в почвенной культуре. Селен независимо от способа обработки повышал содержание основного фотосинтетического пигмента
хлорофилла а, ускорял развитие растений пшеницы сорта Новосибирская-15
и увеличивал их сухую биомассу. Предпосевная и двойная обработки увеличивали содержание хлорофилла b, а внекорневая и двойная – увеличивали
содержание каротиноидов. Предпосевная обработка растений селенитом натрия увеличивала содержание редуцирующих сахаров во флаговом листе.
Полученные данные позволяют рекомендовать обработку семян селенитом
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Влияние селенита натрия на рост и развитие растений
63
натрия для ускорения развития и повышения продуктивности растений пшеницы сорта Новосибирская-15.
Литература
1. Блинохватов А.Ф., Денисова Г.В., Ильин Д.Ю. и др. Селен в биосфере. Пенза: РИО
ПГСХА, 2001. 324 с.
2. Гмошинский И.В., Мазо В.К. Селен в питании: краткий обзор // Medicina Altera. 1999.
№ 4. С. 18–22.
3. Голубкина Н.А. Аккумулирование селена зерновыми культурами России // Доклады
Российской Академии сельскохозяйственных наук. 2007. № 5. С. 6–9.
4. Djanaguiraman M., Devi D.D., Shanker A.K. et al. Selenium – an antioxidative protectant in
soybean during senescence // J. Plant and Soil. 2005. Vol. 272. P. 77–86.
5. Скрыпник Л.Н., Чупахина Г.Н. Микроэлемент селен и антиоксидантный статус растительной пищи: Сб. статей 7-й Междунар. науч.-практ. конф. Пенза: РИО ПГСХА, 2007.
192 с.
6. Гинс В.К., Голубкина Н.А., Коненков П.Ф. Обогащение клубеньков стахиса селеном.
Современные достижения биотехнологии: Материалы Всерос. конф. Ставрополь, 1996.
С. 12–13.
7. Lichtenthaler H.K. Chlorophyles and carotenoids: pigments of photosynthetic biomembranes
// Methods in enzymology. 1987. Vol. 148. P. 350–382.
8. Ермаков А.И., Арасимова В.Б., Смирнова-Иконникова М.И. и др. Методы биохимического исследования растений. Л.: Колос, 1972. 456 с.
9. Лакин Г.Ф. Биометрия: Учеб. пособие для биол. спец. вузов. М.: Высшая школа, 1990.
352 с.
10. Головацкая И.Ф., Семенова Н.М., Карначук Р.А., Кулагина Ю.М., Шипицына Н.В. Рострегулирующая роль селена в растении // Регуляция роста, развития и продуктивности
растений: Материалы VI Междунар. науч. конф. (Минск, 28–30 октября 2009 г.).
Минск, 2009. С. 36.
11. Пузина Т.И., Прудников П.С., Якушкина Н.И. Влияние селена на гормональный баланс
и фотосинтетическую деятельность растений картофеля // Доклады Российской академии сельскохозяйственных наук. 2005. №6. С. 7–9.
12. Карнаухов В.Н. Биологические функции каротиноидов. М.: Наука, 1988. 240 с.
Поступила в редакцию 21.12.2010 г.
Julia M. Kulagina, Irina F. Golovatskaya
Biological Institute of Tomsk State University, Tomsk, Russia
INFLUENCE OF SODIUM SELENITE ON GROWTH AND DEVELOPMENT
OF WHEAT PLANTS DEPENDS ON THE METHOD OF PROCESSING
Selenium is considered an essential trace element for humans and animals because of
its nutritional and clinical value, including its special relevance in cancer prevention,
and thus selenium is at present used in biofortification programmes. However, possible
effects of selenium application on plant growth and development are still not clear. Now
scientists study the agriculture technologies increasing assimilation of selenium by plants
and regulating their vital activity. It is especially important for food cultures. In the experiment we studied the influence of selenium on the growth and development of plants
Triticum aestivum L. Novosibirskaya-15 variety depending on the method of processing
by trace element. During field researches we cultivated wheat plants test plot method on
sod-podzolic soil in the Tomsk range. We applied three methods of processing by solu-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
64
Ю.М. Кулагина, И.Ф. Головацкая
tion of sodium selenite: processing of seeds, processing of plants in the 3 leave phase
and double processing (seeds and plants). To control we used the plants untreated by selenium. We estimated a growing energy of sprouts, linear and quantitative growth parameters and accumulation of a biomass. The content of photosynthetic pigments and reducing Saccharums were determined by the spectrophotometry method.
Presowing treatment of seeds by solution of sodium selenite conduced to more early
shoots in the experiment in comparison with control. Photosynthetic intensity substantially determines productional process of plants. First of all it is the formation of the
most photosynthetic apparatus (the area of leaves and the content of photosynthetic pigments), secondly – the productivity of the photosynthesis (dry weight, level of carbohydrates). Accumulation of biomass occured due to the substances synthesized during an
elongation and increase in the quantity of tillering shoots and their storeys. Experiments
showed, that selenite-ion influenced on leaf and stem expansion and on chlorophyll a
content. Our researches have shown, that the content of photosynthetic pigments in
leaves of trial plants depend on a method of processing plants selenite of sodium. The
processing of leaf and double processing increased the content of carotenoids and processing of seeds – the content of reducing sugars in the uppermost leaf. Selenium accelerated development of wheat plants and raised their dry weight. We recommended processing seeds by solution of sodium selenite for increase in wheat plants Novosibirskaya-15
variety productivity.
Key words: wheat; selenite of sodium; photosynthetic pigments; reducing sugar;
growth; development; plants productivity.
Received December 21, 2010
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Особенности юношей с низкой и высокой чувствительностью к запахам
65
Вестник Томского государственного университета. Биология. 2011. № 2 (14). С. 65–72
ФИЗИОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА И ЖИВОТНЫХ
УДК: 574.24: 57.026: 57.017.55
А.В. Бедарева, В.И. Иванов, Н.А. Литвинова,
А.А. Могилина, К.Ю. Зубрикова
Кемеровский государственный университет (г. Кемерово)
ОСОБЕННОСТИ ЮНОШЕЙ С НИЗКОЙ И ВЫСОКОЙ
ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬЮ К ЗАПАХАМ
ПРОТИВОПОЛОЖНОГО ПОЛА
Выявлены особенности индивидуальной чувствительности к запахам противоположного пола. У юношей изучены свойства нервной системы, выполнено генотипирование HLA-DRB1 и проведено анкетирование по определению сексуального опыта. Результаты исследования показали, что юноши обладают меньшей
чувствительностью к запахам противоположного пола, чем девушки. Чувствительные к запахам противоположного пола юноши имеют более высокие значения
по силе нервных процессов, являются только гетерозиготами по HLA-DRB1 генам
и характеризуются высоким половым опытом и наличием постоянных отношений
с одной девушкой.
Ключевые слова: запаховая чувствительность; человек; половое поведение; HLA.
Важность восприятия запахов человеком обычно сильно недооценивается.
Считается, что меньшее количество клеток, содержащих ольфакторные рецепторы, приводит к уменьшению их роли в поведении человека. Тем не менее многочисленные исследования показывают, что восприятие запахов вносит большой вклад в формирование репродуктивного и социального поведения [1–3]. Исследования, выполненные на людях, показали, что ольфакторная
оценка привлекательности особей противоположного пола зависит от генетической принадлежности и доноров, и реципиентов хемосигналов [4]. В частности, это экспериментально доказано для генов главного комплекса гистосовместимости (HLA у человека). Их влияние на субъективную оценку запаха определяется не столько самим генотипом мужчины – донора запаха,
сколько его отличием от генотипа женщины – реципиента запаха [5–7]. Известно, что гомозиготность по гену HLA DRB1 у мужчин является неблагоприятным фактором для репродуктивного успеха [8].
Таким образом, на формирование индивидуальной чувствительности к
запахам людей противоположного пола могут влиять различные индивидуально-типологические особенности, генетические и социальные факторы [1, 3, 9]. В связи с этим целью настоящего исследования стало изучение индивидуальной чувствительности юношей к запахам девушек.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
66
А.В. Бедарева, В.И. Иванов, Н.А. Литвинова и др.
Материалы и методики исследования
Исследование выполнено в 2007–2009 гг. Донорами и реципиентами запахов явились девушки (n=19) в возрасте 19–21 года и юноши (n=13) в возрасте
17–20 лет, студенты биологического факультета Кемеровского государственного университета. Все испытуемые принимали участие в обследовании добровольно. В группе испытуемых не было людей с заболеваниями ЛОРорганов. Образцы пота собирали на фильтровальные диски с 10 до 12 ч местного времени. При выборе области тела для сбора запаха исходили из современных представлений о ведущей роли подмышечной впадины в формировании хемосигналов у человека. Флаконы с образцами запахов хранили в холодильнике при –20ºС [10, 11]. За 3 сут до взятия запаховых образцов испытуемых просили воздержаться от употребления пищи, содержащей чеснок, острые соусы и другие сильно пахнущие специи, а также не пользоваться парфюмерией, дезодорантами и ароматизированными гелями для душа.
Утром перед посещением лаборатории для сбора образцов пота испытуемые принимали душ и надевали чистое белье. Сбор образцов пота и их ольфакторное тестирование было проведено в соответствии с методикой, описанной в работах М.П. Мошкина [12, 13]. Испытуемым выдавали чистые белые хлопчатобумажные футболки, у которых в области подмышечных впадин были пришиты фильтровальные диски площадью около 15 см2. Сотрудник, обеспечивающий эту часть эксперимента, пришивал диски хлопчатобумажными нитками, будучи в разовых полиэтиленовых перчатках, белом халате и маске. Затем футболку помещали в чистый герметично закрытый пакет. Испытуемые сами вскрывали пакеты и надевали футболки так, чтобы
фильтровальные диски плотно прилегали к телу. Каждому пакету с футболкой был присвоен соответствующий номер, который в дальнейшем соответствовал номеру донора. В течение 60 мин юноши и девушки находились в
этих футболках, затем снимали их и помещали в индивидуальные пакеты.
Перед вскрытием каждого пакета экспериментатор обрабатывал перчатки,
пинцет и ножницы 96%-ным спиртом, ждал, пока спирт высохнет, затем
вскрывал пакет. При срезании он держал фильтровальные диски пинцетом и,
не прикасаясь к диску руками, помещал его в чистый сухой стеклянный флакон (20 мл), который плотно закрывал обернутой в алюминиевую фольгу резиновой пробкой. Все работы с запаховыми пробами выполняли в разовых
полиэтиленовых перчатках (фирмы Grifon) и медицинских масках (двухслойных). За 3 дня до этих работ экспериментаторы также не пользовались парфюмерией, дезодорантами и ароматизированными гелями для душа.
Ольфакторное тестирование проводили в предварительно проветренном
помещении общей площадью 24 м², в котором находились только реципиент
запаховых проб и экспериментатор, который, как и реципиент, не использовал парфюмерию в течение 3 дней до проведения тестов. Пробы с образцами
пота, извлеченные из холодильника, доводили до комнатной температуры
(22–24°С). Во время тестирования экспериментатор оставался на дистанции
не менее 1,5 м от девушки или юноши, тестирующих образцы запахов. При
этом экспериментатор и реципиент запаховых проб были одного и того же
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Особенности юношей с низкой и высокой чувствительностью к запахам
67
пола. Вскрытие флакона с фильтровальными дисками осуществлялось самим
реципиентом, который подносил открытый флакон к носу на расстояние около 1 см и нюхал исходящий из него запах. Все манипуляции с образцами запаха реципиенты производили в одноразовых пластиковых перчатках. Время
тестирования одной пробы занимало не более 15 с. Образцы запаха давали в
случайном порядке.
У всех юношей забирали буккальный эпителий с внутренней поверхности
щеки. Для выделения ДНК методом фенол-хлороформной экстракции образцы растворяли в 10 мМ Tris/1 EDTA ph 8,0 и ДНК хранили при температуре
–20°С [14]. Генотипирование HLA-DRB1 проводили с помощью коммерческой тест-системы HLA-ДНК-ТЕХ (фирма «НПФ ДНК-технология», Россия).
Двухэтапную полимеразно-цепную реакцию проводили на амплификаторе
«Терцик» («НПФ ДНК-технология», Россия) по программам, рекомендованным производителем набора. Детекцию продуктов амплификации проводили
при помощи электрофореза в 3%-ном агарозном геле. Прибор для электрофореза: Источник питания Эльф-4 («ДНК-Технология», Россия).
Для оценки психофизиологических показателей применен авторский автоматизированный комплекс «Статус ПФ», позволяющий исследовать нейродинамические особенности юношей, такие как подвижность, уравновешенность и работоспособность головного мозга, по методике Н.В. Макаренко
(1984) [15]. Перед исследованием студенты, участвующие в эксперименте,
заполняли анкету со следующими вопросами: наличие хронических заболеваний; частота половой жизни, которую оценивали по 4 градациям (0 – отсутствие полового опыта; 1 – единичный опыт; 2 – частота половой жизни не
более 1 раза в неделю; 3 – более одного раза); наличие постоянного партнера;
успех у представительниц противоположного пола. Статистическая обработка результатов выполнена в программе Statsoft Statistica for Windows 6.0. Для
качественных показателей она включала вычисление χ2, точного теста Фишера и t-критерия Стьюдента для долей, для количественных и порядковых показателей U-критерия Манна–Уитни (в статье приведены соответствующие
ему значения Z-критерия) [16].
Результаты исследования и обсуждение
При оценке чувствительности юношей и девушек к запахам противоположного пола выявлено, что в среднем юноши восприняли 76% из предложенных им проб запахов, а девушки – 86% проб (рис. 1).
Как видно из рис. 1, чувствительность девушек к запахам противоположного пола достоверно выше, чем чувствительность юношей, что подтверждают и литературные данные [17].
Однако детальный анализ индивидуального восприятия запахов девушками (рис. 2, А) и юношами (рис. 2, Б) показал, что подавляющее большинство
первых способно ощутить более 70% проб, тогда как вторые представляют
собой более гетерогенную группу. Юноши по своей индивидуальной чувствительности к запахам значимо отличаются друг от друга (χ2 = 146;
p < 0,0001), а девушки достоверно не отличаются (χ2 = 21; p = 0,18).
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
А.В. Бедарева, В.И. Иванов, Н.А. Литвинова и др.
68
Воспринятые пробы
запаха, %
100
90
*
80
70
60
50
чувствительность юношей
чувствительность девушек
Рис. 1. Чувствительность юношей и девушек к запахам противоположного пола
* р = 0,02 (t-тест Стьюдента)
45
40
40
Юноши-реципиенты, %
Девушки-реципиенты, %
45
35
30
25
20
15
10
30
25
20
15
10
5
5
0
35
0
10
20
30
40
50
60
70
Воспринятые пробы, %
А
80
90
100
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Воспринятые пробы, %
Б
Рис. 2. Процент воспринятых проб запаха девушками (А) и юношами (Б)
Учитывая, что все юноши оценивали одни и те же запахи, не имели заболеваний ЛОР-органов и центральной нервной системы, не отличались по возрасту и образу жизни, то можно говорить об отсутствии влияния этих факторов на их обонятельные способности. По рис. 2, Б можно выделить юношей,
которые имеют низкий уровень чувствительности к запахам (смогли оценить
менее 60% проб запаха девушек), и тех, которые имеют высокий уровень чувствительности (смогли оценить более 70% проб запаха девушек). Юноши
последней группы воспринимали запахи противоположного пола так же, как
и подавляющее большинство девушек.
Таким образом, сформировалось две группы юношей с разной чувствительностью к запахам девушек. К первой группе юношей относятся те, кто
воспринял менее 70% предложенных проб запаха, а ко второй – те, кто смог
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Особенности юношей с низкой и высокой чувствительностью к запахам
69
оценить более 70% проб. Было выявлено, что данные группы юношей отличаются друг от друга по ряду показателей. Одним из таких показателей, который достоверно отличался в представленных группах, был генотип по генам главного комплекса гистосовместимости (HLA). При этом вторая группа
юношей с высокой чувствительностью к запахам девушек состояла на 100%
из гетерозигот, а в первой группе было только 50% гетерозигот (Точный тест
Фишера; р = 0,04).
Следующим значимым показателем явился половой опыт юношей – реципиентов запахов (Z = 2,54; р = 0,01). Юноши первой группы указывают в
анкетах, что не имеют полового опыта либо имеют единичный половой
опыт (рис. 3), а также у них нет постоянных отношений с противоположным полом (Z = 2,17; р = 0,03), в отличие от юношей второй группы, которые ведут более активную половую жизнь и находятся в постоянных отношениях с девушкой.
25%
0
1
2
3 62%
13%
А
20%
80%
Б
Рис. 3. Половой опыт юношей с высокой (А) и низкой (Б) чувствительностью к запахам.
Градация по частоте половой жизни: 0 – отсутствие полового опыта;
1 – единичный половой опыт; 2 – частота половой жизни не более одного раза в неделю;
3 – частота половой жизни более одного раза в неделю
В исследованных группах юношей различий по уровню функциональной
подвижности и уравновешенности нервных процессов не было выявлено, но
они значимо отличались по силе нервных процессов (таблица). Юноши с высокой чувствительностью к запахам противоположного пола характеризова-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
А.В. Бедарева, В.И. Иванов, Н.А. Литвинова и др.
70
лись более высокими значениями этого показателя, что согласуется с данными, полученными Генри С. Коэлега в психологической лаборатории Университета Утрехта в Нидерландах [18].
Свойства нервной системы у юношей, чувствительных и не чувствительных
к запахам противоположного пола
Показатель
Уровень функциональной подвижности, с
Сила нервных процессов,
кол-во знаков за 5 мин
Уравновешенность нервных процессов, мс
Юноши с низкой
чувствительностью
(n = 5)
Юноши с высокой
чувствительностью
(n = 8)
Z
p
64,75 ± 3,33
62,6667 ± 1,86
–0,35
0,72
724 ±13,26
814 ± 4,51
2,12
0,034
31,5 ± 5,17
35,3 ± 4,06
0,54
0,59
Таким образом, результаты исследования показали, что чувствительные к
запахам противоположного пола юноши обладают более сильной нервной
системой, являются только гетерозиготами по HLA-генам и характеризуются
высоким половым опытом и наличием постоянных отношений с одной девушкой. Способность молодых людей к правильному прочтению невербальной информации посредством хемосигналов предопределяет их успешность в
поиске наиболее «подходящего» партнера для продолжения рода, и этому
способствуют генотип и работоспособность головного мозга. В течение года
после эксперимента 23% юношей женились. Все они в ходе нашего исследования смогли ощутить все предложенные им запахи, т.е. обладали 100-ной
чувствительностью.
Литература
1. Cutler W.B., Friedmann E., McCoy N.L. Pheromonal influences on sociosexual behavior in
men // Arch. Sex. Behav. 1998. Vol. 27. P. 1–13.
2. Kohl J.V., Atzmueller M., Fink B., Grammer K. Human pheromones: integrating neuroendocrinology and ethology // Neuroendocrinol Lett. 2001. Vol. 22. P. 309–321.
3. McCoy N.L., Pitino L. Pheromonal influences on sociosexual behaviour in young women //
Physiology and Behavior. 2002. Vol. 75. P. 367–375.
4. Родионова Е.И., Минор А.В. При выборе брачного партнера // Материалы IV Междунар.
конф. «Химическая коммуникация животных. Фундаментальные проблемы». М., 2006.
С. 79.
5. Ober C., Weitkamp L.R., Cox N., Dytch H., Kostyu D., Elias S. HLA and mate choice in humans // Am. J. Hum. Genet. 1997. Vol. 61. P. 497–504.
6. Калуев А.В., Макарчук Н.Е., Дерягина М.А., Самохвалов В.П. Уринация и поведение.
Киев: КСФ, 2000. 148 с.
7. Дмитриева Т.М., Зинкевич Э.П., Козлов Ю.П. Феромоны человека и репродуктивное
здоровье // Материалы IV Междунар. конф. «Химическая коммуникация животных.
Фундаментальные проблемы». М., 2006. С. 77.
8. Болдырева М.Н., Алексеев Л.П. HLA и естественный отбор. Гипотеза «преимущества
функциональной гетерозиготности» // Иммунология. 2006. № 3. С. 172–175.
9. Rawson N.E. Olfactory loss in aging // Sci Aging Knowledge Environ. 2006(5). P. 6.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Особенности юношей с низкой и высокой чувствительностью к запахам
71
10. Rantala M.J., Eriksson C.J.P., Vainikka A., Kortet R. Male steroid hormones and female
preference for male body odor // Evol. & Hum. Behav. 2006. Vol. 27. P. 259–269.
11. Lenochova P., Roberts S.C., Havlicek J. Methods of human body odor sampling: the effect of
freezing // Chemical Senses. 2009. Vol. 34, № 2. P. 127–138.
12. Мошкин М.П., Герлинская Л.А., Колосова И.Е. и др. Изменение запаха у студентов
мужского пола в стрессирующей ситуации // Российский физиологический журнал
им. И.М. Сеченова. 2006. Т. 92, № 10. С. 1250–1259.
13. Мошкин М.П., Литвинова Н.А., Бедарева А.В. и др. Психосоциальные и физиологические факторы субъективной оценки запаховой привлекательности студентов противоположного пола // Вестник НГУ. Сер. Психология. 2009. Т. 3, № 1. P. 60–74.
14. Sambrook J., Fritsch E.F., Maniatis T. Extraction and purification of plasmid DNA. In: Molecular cloning: a laboratory manual. 2nd ed. N.Y.: Cold Spring Harbor Laboratory Press,
1989. P. 1.21–1.53.
15. Макаренко Н.В., Кольченко Н.В., Майдиков Ю.Л. Определение функциональной подвижности нервной системы человека на приборе ПНН-3 // Высшая нервная деятельность. 1984. Т. 34, № 5. С. 972–974.
16. StatSoft Inc. STATISTICA (data analysis software system), version 6.0. 2001. URL:
http://www. StatSoft.com/
17. Dalton P., Doolittle N., Breslin P.A.S. Gender-specific induction of enhanced sensitivity to
odors // Nature Neuroscience. 2002. Vol. 5, № 3. P. 199–200.
18. Koelega Н.S. Extroversion, sex, arousal and olfactory sensitivity // Acta Psychologica. 1970.
Vol. 34. P. 51–66.
Поступила в редакцию 29.12.2010 г.
Alena V. Bedareva, Vadim. I. Ivanov, Nadezhda A. Litvinova, Anna A. Mogilina,
Ksenia U. Zubrikova
Kemerovo State University, Kemerovo, Russia
PECULIARITIES OF YOUNG MALES WITH LOW AND HIGH SENSITIVITY
TO ODORS OF OPPOSITE SEX
The formation of individual sensitivity to the odors of people of the opposite sex can
be affected by various individual and typological characteristics and social factors. In
this regard, the objective of this study was to evaluate boys' individual sensitivity to the
smells of young girls.
Samples of the smells of 19 girls were presented to 13 boys and on the contrary. In
the group of subjects there were no people with diseases of upper respiratory tract.
Odors were collected on filter discs, sewn to a cotton T-shirts in the underarm. 3 days
before taking the odor sample the subjects and the experimenters had refrained from eating foods containing garlic, hot sauce and other strong-smelling spices, and also had not
used perfumes, deodorants and perfumed shower gels. The vials with samples of smells
were stored at –20ºC. Smell testing was performed in a pre-ventilated room with a total
area of 24 m ², in which there was only a recipient of odor and the experimenter. The
bottle was opened by the recipient, he brought a vial to the nose at a distance of about
1 cm and smelled the smell emanating from it. All manipulations of samples odor were
carried out in disposable rubber gloves. Testing of one sample lasted less than 15 seconds. Samples of the smells were given in random order. Those under survey were also
examined for neurodynamical features such as mobility, balance and efficiency of the
brain work by NV Makarenko method (1984); genotyping of HLA-DRB1 and questioning
was performed and sexual experience was studied.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
72
А.В. Бедарева, В.И. Иванов, Н.А. Литвинова и др.
The results showed that boys are less sensitive to odors of the opposite sex than girls.
In this case, two groups of youths with different sensitivity to odors of girls have been
formed. The first group of young men are those who perceived less than 70% of the proposed sample odor, and the second are those who are able to assess more than 70% of
the samples. The comparison of these groups of young males showed that young people
who are most sensitive to odors of the opposite sex are only heterozygous for HLA-DRB1
genes and have high sexual experience and are in permanent relationship with a girl. In
the studied groups of males there are no differences in the level of functional mobility
and nerve processes balance, but they are significantly different in the strength of nervous processes. Young men with high sensitivity to odors of the opposite sex have higher
values of this index, which is consistent with the data obtained Henry S. Koelega in the
psychological laboratory at the University of Utrecht in the Netherlands.
The ability of young people to read nonverbal information through chemosignals in a
right way determines their success in finding the most «suitable» partner for procreation,
and the genotype and efficiency of the brain work contribute to it.
Key words: olfactory sensitivity; sexual behavior; HLA.
Received December 29, 2010
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Биологическая активность спиртовых извлечений
73
Вестник Томского государственного университета. Биология. 2011. № 2 (14). С. 73–80
УДК 616.33-085
Т.А. Замощина1, 2, Л.А. Никифоров2, Е.Ю. Просекина1, Т.А. Томова3
1
Биологический институт Томского государственного университета (г. Томск)
2
Сибирский государственный медицинский университет (г. Томск)
3
Институт культуры Томского государственного педагогического университета
(г. Томск)
БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ СПИРТОВЫХ ИЗВЛЕЧЕНИЙ
ИЗ РЯСКИ МАЛОЙ (Lemna minor L.) В ОТНОШЕНИИ
ПРОЦЕССА ВОСПАЛЕНИЯ
Проведено изучение биологической активности спиртовых извлечений из ряски
малой в отношении экспериментального воспаления разного генеза и локализации
на самцах мышей и крыс массой 20–23 и 200–250 г соответственно. Показано,
что в дозе 100 и 200 мг/кг экстракт ряски при пероральном введении в организм
мышей в течение 5 дней оказывал противовоспалительное действие на моделях
каррагенинового и стрессорного воспаления. Однако на модели пептических деструктивных повреждений стенки желудка крыс экстракт ряски оказался не только неэффективным, но даже увеличивал количество пептических язв. При этом
препарат, не изменяя кислотность желудочного сока, значительно повышал его
протеолитическую активность.
Ключевые слова: ряска; биологическая активность; воспаление; желудок.
Введение
Из народной медицины известно, что некоторые представители рода ряска
(Lemna L., семейство рясковых Lemnaceae S.F. Gray) являются лекарственными растениями. Настои из травы ряски издавна использовались в качестве
жаропонижающего, мочегонного, желчегонного, противоглистного и антимикробного средства [1]. Особый интерес представляет ряска малая (Lemna
minor L.). Этот вид достаточно широко распространен в Западной Сибири, в
том числе и в Томской области, а сведения о лекарственных свойствах этого
растения встречаются в литературе наиболее часто [2, 3].
Кроме того, изучен химический и минеральный состав этого растения в
сравнении с другим распространенным в нашем регионе видом ряской трехдольной (L. trisulca) [4]. Установлено, что в растениях рода ряска присутствуют в разных количествах флавоноиды, полисахариды, аминокислоты, алифатические кислоты, фенилкарбоновые кислоты, антоцианы, тритерпеновые
соединения [5]. Ряска малая отличается значительно большим содержанием
железа, цинка, меди, марганца, магния, кобальта, кремния и йода, чем ряска
тройчатая [4].
Результаты изучения химического и минерального состава растений рода
ряска позволяют предполагать широкий спектр биологической активности
суммарных извлечений из лекарственного сырья. Однако в ранее проведенных исследованиях изучена только противогрибковая активность водных и
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
74
Т.А. Замощина, Л.А. Никифорова, Е.Ю. Просекина, Т.А. Томова
спиртовых экстрактов в отношении дерматофитов и показаны сорбционные
свойства измельченного сырья, сравнимые с активированным углем [6]. Цель
настоящего исследования – изучение биологической активности спиртовых
извлечений из ряски малой в отношении воспаления разного генеза.
Материалы и методики исследования
Исследование проведено в зимний период в одинаковом диапазоне температур на самцах мышей и крыс массой 20–23 и 200–250 г соответственно. Высушенный спиртовой экстракт ряски малой на физиологическом растворе вводили перорально с помощью зонда в течение 5 дней до эксперимента однократно в сутки в дозе 100 или 200 мг/кг в утренние часы. В контрольных экспериментах вводили в эквиобъемных количествах физиологический раствор
(0,2 мл на 100 г массы тела). Сухой экстракт ряски малой представляет собой
твердую хрупкую массу темно-коричневого цвета, полученную путем экстракции из травы ряски 40%-ным раствором этанола (методом реперколяции) и
дальнейшего высушивания полученного экстракта до сухого состояния.
Изучение влияния экстракта ряски на процесс воспаления изучали на мышах и крысах на моделях каррагенинового экссудативного отека, острых
стрессорных и пептических повреждений стенки желудка (в виде язв).
Острый экссудативный отек вызывали с помощью флогогена каррагенина,
который вводили субплантарно в одну из лапок животного (0,05 мл 1%-ного
раствора) через 1 ч после последнего введения экстракта ряски [7]. Величину
отека определяли через 3,5 ч после введения флогогена по разности масс воспаленной и здоровой конечностей животного, которые определяли после его
декапитации под эфирным наркозом. Противовоспалительный эффект, оцениваемый по уменьшению отека, выражали в процентах к контролю. Об интенсивности воспаления судили по процентным показателям прироста и угнетения
отека, которые рассчитывали по формулам: 1) % прироста отека = {масса
больной конечности – масса здоровой конечности / масса здоровой конечности} × 100%; 2) % угнетения отека = [% прироста массы конечности (контроль) – % прироста массы конечности (опыт) / % прироста массы конечности
(контроль)] × 100% [7]. В качестве препарата сравнения использовали официнальное нестероидное противовоспалительное средство с выраженным противовоспалительным эффектом – индометацин в дозе 50 мг/кг внутрь.
Деструктивные повреждения стенки желудка мышей стрессорного характера вызывали длительной иммобилизацией животных по методу
Ю.И. Добрякова [8]. Иммобилизация мышей осуществлялась на протяжении 18 ч после последнего введения экстракта в дозах 100 или 200 мг/кг,
затем проводилась декапитация животных под эфирным наркозом. Желудки
извлекали, вскрывали по малой кривизне, промывали холодным физиологическим раствором и макроскопически с помощью лупы при ярком освещении определяли число и площадь деструкций, которые дифференцировали на точечные (менее 1 мм), крупные (более 1 мм) и полосовидные. Подсчитывали среднее количество изъязвлений на одно животное в группе,
процент животных с язвами. Индекс Паулса (ИП) определяли как инте-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Биологическая активность спиртовых извлечений
75
гральный показатель количества деструкций по формуле: ИП = (среднее
количество язв × % животных с язвами)/100%. Противоязвенную активность (ПА) препаратов определяли как отношение индекса Паулса в контрольной группе к индексу Паулса в опытной группе. Исследуемое средство считали активным, если ПА составляло 2 и более единиц [8].
Острые деструктивные повреждения в стенке желудка в виде пептических
язв моделировали по методу H. Shay [9]. В эксперименте были использованы
крысы. Моделирование острой пептической язвы проводили в утренние часы
после 18 ч голодания при свободном доступе к воде и через 24 ч после последнего введения экстракта ряски в дозе 200 мг/кг. Под эфирным наркозом
осуществляли полную перевязку лигатурой пилорического отдела желудка на
18 ч до момента декапитации. После этого извлекали желудок и оценивали
состояние его стенки по количеству деструктивных поражений и индексу
Паулса, а содержимое желудка подвергали биохимическому анализу, определяя кислотность и протеолитическую активность желудочного сока.
Протеолитическую активность желудочного сока крыс определяли по методу Ансона и Мирского в модификации А.М. Уголева [10]. Принцип метода
основан на спектрофотометрическом определении выделившихся в ходе исследования аминокислот тирозина и триптофана, которые при взаимодействии с реактивом Фолина–Чокалтеу окрашивают пробы в синий цвет различной интенсивности. Исследуемый желудочный сок доводили до стандартных
условий pH (1,4–2,4) соляно-кислым буфером. Эта величина pH создает оптимальные условия для проявления протеолитической активности пепсинов.
Желудочный сок разбавляли буфером в 50 раз. В качестве субстрата для протеолитических ферментов использовали бычий сывороточный лиофилизированный белок альбумин.
К разведенному желудочному соку добавляли раствор альбумина и для
лучшего протекания реакции пробирки ставили в баню в штативе при 37–
38ºС. Через 30 мин процесс переваривания останавливали 0,3N трихлоруксусной кислотой. Белок, который не подвергался гидролизу, выпадал в осадок. Затем к надосадку добавляли 0,5N NaOH, способствующей проявлению
интенсивности окраски. К полученным пробам приливали фенольный реактив Фолина–Чокалтеу. Их оптическую плотность измеряли на спектрофотометре СФ-46 «Ломо» в красной области светового спектра при длине волны
620 нм. Активность пепсинов определяли по калибровочному коэффициенту
с учетом разведения проб желудочного сока. Калибровочный коэффициент
представляет собой среднюю величину отношения концентрации тирозина в
мкмоль/мл к соответствующей оптической плотности.
Активность протеолитических ферментов выражали в мкмоль/мл желудочного сока крыс. Пересчет производился по формуле С = Е × 600 × k, где
С – количество тирозина, характеризующее протеолитическую активность
пепсинов желудочного сока; Е – экстинция пробы на данной длине волны;
k – коэффициент калибровки; 600 – стандартный коэффициент пересчета
для желудочного сока. Для определения калибровочного коэффициента использовали различные разведения исходного раствора кристаллического
тирозина в 0,1N HCI [10].
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
76
Т.А. Замощина, Л.А. Никифорова, Е.Ю. Просекина, Т.А. Томова
Кислотность желудочного сока оценивалась способом П.А. Канищева и
Л.Г. Коваленко по активности ионов водорода, определяемой с помощью pH
желудочного сока, с последующим вычислением по таблице антилогарифмов
и выражалась в мкмоль/мл [11].
Статистическая обработка полученных результатов выполнена в программе StatSoft Statistica 6.0. Рассчитывали среднее арифметическое значение показателя (М), стандартную ошибку среднего арифметического (m). Статистическую значимость различий между сравниваемыми выборками показателей
проводили с помощью непараметрического U-кри-терия Манна–Уитни с
уровнем значимости p ≤ 0,05 [12].
Результаты исследования и обсуждение
Воспаление является универсальной патологической реакцией ткани на
местное повреждающее воздействие любого происхождения. Оно протекает
стереотипно в три фазы, запускается и поддерживается медиаторами воспаления, которые освобождаются из тучных клеток при повреждении. Тучные
клетки наиболее плотно располагаются в соединительной ткани [13]. Подкожная соединительная ткань грызунов имеет самую высокую плотность
тучных клеток на единицу поверхности [14], поэтому подкожное введение
провоспалительных агентов, например каррагенина, сопровождается выраженным отеком [7].
Каррагенин представляет собой полисахарид, выделенный из ирландского
морского мха. Это соединение является одним из самых мощных флогогенов и
используется для моделирования экссудативного воспаления в эксперименте [7,
14]. Интенсивность каррагенинового отека коррелирует с возрастанием тучноклеточных медиаторов воспаления – гистамина, серотонина, брадикинина, простагландинов, а также резким повышением активности провоспалительных ферментов – кислой фосфатазы, циклоксигеназы, липоксигеназы [7, 13].
У контрольных и опытных животных отек лапки интенсивно развивался в
течение 3–4 ч после субплантарного введения флогогена (в подошвенный
апоневроз), достигая к этому времени максимального пика экссудации.
У контрольных животных поврежденная лапка с каррагенином увеличивалась на 60% в сравнении с интактной лапкой (табл. 1), что достоверно выше
(в 3 раза, р < 0,05), чем у животных, получавших инъекцию физиологического раствора вместо каррагенина. Введение экстракта ряски опытным мышам
в течение 5 дней существенно (в 1,5 раза) уменьшало величину каррагенинового отека в сравнении с контрольными исследованиями (р < 0,05), о чем
свидетельствуют показатели прироста и угнетения отека (табл. 1). Следует
подчеркнуть, что противоотечное действие препарата сравнения индометацина было более выраженным, чем у экстракта ряски, и достоверно не отличалось от контрольных животных, получавших физиологический раствор.
Однако достоверных отличий между приростом и угнетением отека под
влиянием экстракта ряски и индометацина не было обнаружено. Полученные
результаты указывают на то, что на модели каррагенинового отека у экстракта ряски проявились противовоспалительные свойства.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Биологическая активность спиртовых извлечений
77
Таблица 1
Влияние экстракта ряски на каррагениновое воспаление
Экспериментальные серии
Масса конечМасса здороности с воспа- % прироста % угнетения
вой конечноотека
отека
лением,
сти (М ± m), г
(M ± m), г
Физиологический раствор
внутрь + каррагенин под кожу, 0,17 ± 0,023
0,25 ± 0,031
50,9 ± 12,1
–
n=8
Физиологический раствор под
0,16 ± 0,014
0,18 ± 0,024
16,0 ± 7,6*
–
кожу, n = 7
Экстракт ряски внутрь
200 мг\кг + каррагенин под
0,15 ± 0,017
0,20 ± 0,023 28,9 ± 3,0** 43,3 ± 5,8**
кожу, n = 8
Индометацин внутрь 50 мг/кг +
20,7 ±
59,3 ±
0,15 ± 0,018
0,18 ± 0,023
каррагенин под кожу, n = 7
6,6***
13,1***
Примечание. М – среднее арифметическое значение; m – стандартная ошибка среднего
арифметического; n – количество животных; * р2–1 ≤ 0,05 при U= 0; ** р3–1 ≤ 0,05 при
U = 0; *** р1–4 ≤ 0,05 при U = 0.
Иммобилизационный стресс, создаваемый по методу Ю.И. Добрякова [8],
нередко используется для оценки адаптогенных возможностей новых биологически активных соединений, а также для создания острого нейрогенного
эрозивного или язвенного воспаления слизистой или стенки желудка. Механизмы этих повреждений полностью определяются стрессорными нейрогуморальными факторами [15, 16]. Исследовали спиртовой экстракт ряски, который вводили мышам в дозах 100 и 200 мг/кг. Согласно полученным данным
экстракт ряски дозозависимо уменьшал в стенке желудка количество изъязвлений (р < 0,05; табл. 2), что отразилось на индексе Паулса. Если в контроле
последний составлял 5,8 балла, то в опытах с экстрактом ряски он был в
2 раза меньше. Следовательно, экстракт ряски продемонстрировал способность ослаблять нейрогенные деструктивные повреждения в стенке желудка
в условиях иммобилизационного стресса.
Острые деструктивные повреждения в стенке желудка моделировали также по методу Shay [9] на крысах. В отличие от предыдущей серии такая модель воспалительных язвенных поражений сочетает в своем генезе нейродистрофический процесс и пептический фактор [15] и является более жесткой
моделью язвенного воспаления. В контрольных исследованиях было обнаружено по 2–3 язвы у каждого животного, причем в основном полосовидные и
точечные, размером менее 1 мм. У крыс, получавших 5 дней подряд экстракт
ряски, количество точечных язв было увеличено в 2 раза (р < 0,05) и индекс
Паулса – также в 2 раза (табл. 3). Таким образом, экстракт ряски не способен
подавлять деструктивный воспалительный процесс в стенке желудка, связанный с острым пептическим повреждением.
В условиях острой пептической язвы определяли кислотность желудочного сока по концентрации свободных ионов водорода. Согласно результатам,
представленным в табл. 4, экстракт ряски существенно не изменял кислотность желудочного сока крыс в указанных условиях.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
78
Т.А. Замощина, Л.А. Никифорова, Е.Ю. Просекина, Т.А. Томова
Таблица 2
Влияние экстракта ряски на деструктивные повреждения в стенке желудка
в условиях иммобилизационного стресса
Препарат
Доза,
мг/кг
Количество
изъязвлений
(М ± m)
–
Индекс
Паулса
Противоязвенная
активность
Интактная группа, n = 6
–
–
Физиологический рас5,8 ± 1,7
5,8
–
твор внутрь, n = 8
Экстракт ряски внутрь,
100
2,0 ± 0,7*
2
2,88
n=9
Экстракт ряски внутрь,
200
1,8 ± 1,8**
1,3
4,56
n = 10
Примечание. М – среднее арифметическое значение; m – стандартная ошибка среднего
арифметического; n – количество животных; * р3–2 ≤ 0,05 при U= 0; ** р4–2 ≤ 0,05 при U= 5.
Таблица 3
Влияние экстракта ряски на деструктивные повреждения в стенке желудка крыс
с перевязкой пилорического отдела
Экспериментальные серии
Контроль, n = 6 (с лигатурой)
Количество
изъязвлений
M±m
2,2 ± 0,48
Индекс ПротивоязвенПаулса ная активность
1,8
Физиологический раствор внутрь + лигатура,
2,3 ± 0,66
1,9
0
n=7
Экстракт ряски 200 мг /кг внутрь + лигатура,
4,5 ± 0,76*
4,5
0
n=7
Примечание. М – среднее арифметическое значение; m – стандартная ошибка среднего
арифметического; n – количество животных; * р3–1 ≤ 0,05 при U= 2; ** р3–2 ≤ 0,05 при U= 1.
Таблица 4
Влияние экстракта ряски на протеолитическую активность и концентрацию
свободных ионов водорода в желудочном соке крыс с перевязкой пилорического
отдела желудка
[aH+],
Протеолитическая активмкМ/мл,
ность мкМ/мл, (M ± m)
(M ± m)
Контроль (с лигатурой), n = 6
0,08 ± 0,004
83,1 ± 18,56
Физиологический раствор внутрь + лигатура, n = 7 0,09 ± 0,004
82,3 ± 17,46
Экстракт ряски 200 мг/кг внутрь + лигатура, n = 7 0,08 ± 0,004
184,4 ± 5,79**#
Примечание. М – среднее арифметическое значение; m – стандартная ошибка среднего
арифметического; n – количество животных; ** р3–1 ≤ 0,05; # р3–2 ≤ 0,05 при U = 2.
Экспериментальные серии
Однако, как свидетельствуют полученные данные, экстракт ряски увеличивал на 121% протеолитическую активность желудочного сока у крыс с перевязкой пилорического отдела, что объясняет механизм возникновения деструктивных поражений слизистой (табл. 3, 4). Таким образом, экстракт ряски в исследуемой дозе, не оказывая влияния на кислотность желудочного сока, увеличивал его протеолитическую активность.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Биологическая активность спиртовых извлечений
79
Заключение
Таким образом, проведенные исследования биологической активности
экстракта ряски показали, что в дозе 100 и 200 мг/кг препарат при пероральном введении в организм мышей в течение 5 дней оказывал противовоспалительное действие на моделях каррагенинового и стрессорного воспаления.
Однако на модели пептических деструктивных повреждений стенки желудка
крыс экстракт ряски оказался не только неэффективным, но даже увеличивал
количество пептических язв. При этом препарат, не изменяя кислотность желудочного сока, значительно повышал его протеолитическую активность.
С одной стороны, это объясняет механизм увеличения под его влиянием
количества деструктивных повреждений стенки желудка в условиях перевязки пилорического отдела и накопления протеолитических ферментов в желудочном соке.
С другой стороны, полученные результаты указывают на стимуляцию
препаратом главных клеток желудка, вырабатывающих пепсиноген. Возможно, экстракт ряски усиливал гастриновый контроль секреции пепсиногена
[13, 14]. На основании проведенных исследований трудно сказать что-либо
более определенное относительно механизма такой стимуляции. Это требует
дальнейших всесторонних исследований.
Статья посвящена памяти декана фармацевтического факультета Сибирского государственного медицинского университета профессора
С.Е. Дмитрука.
Литература
1. Елина Г.А. Аптека на болоте: путешествие в неизвестный мир. СПб.: Наука, 1993. 322 с.
2. Кортиков В.Н., Кортиков А.В. Лекарственные растения. М.: Рольф; Айрис-пресс, 1998.
768 с.
3. Соколов С.Я., Замотаев И.П. Справочник по лекарственным растениям. М.: Медицина,
1988. 464 с.
4. Никифоров Л.А., Дмитрук С.Е. Изучение биоэлементного состава Lemna minor и Lemna
trisulca // Микроэлементы в медицине. 2008. Т. 9, № 12. С. 23–24.
5. Никифоров Л.А., Охотина Н.С., Дмитрук С.Е. Сравнительный анализ изучения химических и фармакологических свойств растений рода Lemna // VII Межрегиональная научно-практическая фармацевтическая конференция «Биологически активные соединения в профилактике заболеваний и укреплении здоровья нации». Новосибирск, 2007.
С. 24–26.
6. Никифоров Л.А. Изучение противогрибковой активности, сорбционных свойств и биоэлементного состава Lemna minor и Lemna trisulca // Медицина в Кузбассе. 2009. № 7
(Спецвыпуск). С. 59–60.
7. Руководство по экспериментальному (доклиническому) изучению новых фармакологических веществ / В.П. Фисенко, Е.В. Арзамасцев, Э.А. Бабаян, В.М. Булаев и др. М.:
Ремедиум, 2000. С. 234–242.
8. Добряков Ю.И. Скрининговый метод оценки антистрессорного действия препаратов //
Стресс и адаптация. М., 1978. С. 33–36.
9. Shay H., Komarov S.A., Fells S.S. A single method for the uniform production of gastric ulceration on the rats // Gastroenterologie. 1945. Vol. 5, № 1. P. 43–61.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
80
Т.А. Замощина, Л.А. Никифорова, Е.Ю. Просекина, Т.А. Томова
10. Уголев А.М. Исследование пищеварительного аппарата у человека. Л.: Наука, 1969. 216 с.
11. Канищев П.А., Коваленко Л.Г. О темпе желудочной секреции водородных ионов // Лабораторное дело. 1977. № 12. С. 707–710.
12. Лакин Г.Ф. Биометрия: Учеб. пособие для биол. спец. вузов. М.: Высшая школа, 1990.
352 с.
13. Гайтон А.К., Холл Д.Э. Медицинская физиология. М.: Логосфера, 2008. 1256 с.
14. Сергеев П.В., Шимановский Н.Л., Петров В.И. Рецепторы. Москва; Волгоград: Семь
ветров, 1999. 640 с.
15. Комаров Ф.И., Заводская И.С., Морева Е.В. Нейрогенные механизмы гастродуоденальной патологии. М.: Медицина, 1984. 239 с.
16. Кузнецов А.П. Желудочно-кишечный тракт и стресс. Курган: Изд-во Курган. гос. ун-та,
2004. 254 с.
Поступила в редакцию 25.01.2011 г.
Tatiana A. Zamoshchina1,2, Leonid A. Nikiforov2, Elena Ju. Prosekina1,
Tatiana A. Tomova3
1
Biological Institute of Tomsk State University, Tomsk, Russia
2
Siberian State Medical University, Tomsk, Russia
3
Institute of culture of Tomsk State Pedagogical University, Tomsk, Russia
BIOLOGICAL ACTIVITY SPIRIT EXTRACTION FROM THE DUCKWEED SMALL
(Lemna minor L.). CONCERNING INFLAMMATION PROCESS
Results of studying of chemical and mineral structure of a duckweed small (Lemna
minor L.), extended in the Tomsk region, allow to assume a wide spectrum of biological
activity of total extraction from the given medicinal raw materials. In the present research studying of biological activity spirit extraction from a duckweed small concerning
an experimental inflammation of a miscellaneous genesis is spent. Research is spent to
the winter period on mice and rats males in weight 20–23 g and 200–250 g accordingly.
The dried up spirit extract of a duckweed small on a physiological solution was entered
an animal per os by means of a probe within 5 days before experiment unitary a day in a
dose by of 100 or 200 mg/kg in the morning. In check experiments entered a physiological solution (0,2 ml on 100 г weights of a body). Influence of an extract of a duckweed on
process of an experimental inflammation studied on models carragenin hypostasis, sharp
stress induced and ulcerogenic damages of a wall of a stomach (bandaging of pylorus
stomach on 18 h). Intensity of an inflammation judged on percentage indicators of a gain
and oppression of a hypostasis of finiteness of an animal; a condition of a wall of a
stomach estimated by quantity of destructive defeats and Pauls's index, and, defining
acidity and proteolitic activity, estimated aggression of a contained stomach in relation
to its mucous. Statistical procedures spent by means of applied package STATISTIC 6.0
with use of average value of an analyzed indicator (M), a standard error of average (m)
and nonparametric criterion Mann-Whitney (U-test). Thus, in experiment biological activity spirit extraction from a duckweed small concerning inflammatory process of a miscellaneous genesis and localisations is shown. The extract had anti-inflammatory an effect on models carragenin and stress induced inflammations. However on model ulcerogenic destructive damages of a wall of a stomach the duckweed extract has appeared not
only inefficient, but even increased quantity ulcers. Thus a preparation, without changing
acidity of gastric juice, considerably raised it proteolitic activity.
Key words: Lemna minor; biological activity; miscellaneous; stomach; rats.
Received January 25, 2011
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Состояние слизистой оболочки желудка
81
Вестник Томского государственного университета. Биология. 2011. № 2 (14). С. 81–95
УДК 57.013
Н.А. Кривова, О.Б. Заева, М.Ю. Ходанович, О.А. Карелина,
Е.В. Гуль, А.Е. Зеленская
Обособленное структурное подразделение «Научно-исследовательский институт
биологии и биофизики Томского государственного университета» (г. Томск)
СОСТОЯНИЕ СЛИЗИСТОЙ ОБОЛОЧКИ ЖЕЛУДКА,
ПРО- И АНТИОКСИДАНТНОЙ АКТИВНОСТИ
И БИОХИМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КРОВИ У КРЫС
ПОСЛЕ СКАРМЛИВАНИЯ НАНО- ИЛИ МИКРОЧАСТИЦ
ДИОКСИДА ТИТАНА
Исследование выполнено при поддержке ФЦП «Научные и научно-педагогические
кадры инновационной России» на 2009–2013 гг. (ГК № 14.740.11.0183
от 15.09.2010 г. и П1260 от 27.08.2009 г.).
В хронических опытах на крысах проведено исследование биологического действия нано- или микрочастиц диоксида титана (TiO2) при физиологическом поступлении через желудочно-кишечный тракт. Установлено, что после физиологического
поступления наночастиц TiO2 (δ50 12 нм, Sуд 95 м2/г) в дозе 250 мг/кг массы тела через желудочно-кишечный тракт наблюдаются нарушения в процессах образования и
деградации пристеночного слизистого слоя желудка, усиление эрозивных повреждений слизистой оболочки желудка, увеличение про- и антиоксидантной активности
пристеночной слизи. При исследовании хемилюминесцентных параметров плазмы
крови было показано, что отсутствуют изменения в уровне индуцированной хемилюминесценции плазмы крови, которая характеризует количество свободных радикалов, при поступлении в организм как нано- так и микрочастиц TiO2. Уровень антиоксидантной активности плазмы крови, начиная с 5-й минуты реакции, повышался у крыс, получавших наночастицы TiO2, тогда как у крыс, получавших микрочастицы TiO2, этот показатель оставался на уровне контрольных значений. Это
может быть проявлением компенсаторной реакции организма на поступление
именно наночастиц TiO2. Биохимические показатели в крови крыс, получавших наноили микрочастицы TiO2, демонстрируют отсутствие значимых нарушений в исследованных системах организма в условиях нашего эксперимента.
Ключевые слова: наночастицы диоксида титана; крысы; желудок; про- и
антиоксидантная активность; биохимические параметры крови.
Введение
Оценка характера воздействия наночастиц TiO2 на организм приобретает
все большую актуальность в связи с их широким распространением в окружающей среде. По-видимому, на прохождение барьеров организма, распределение, накопление и выведение влияют многие факторы, например физикохимические характеристики наночастиц, пути поступления, особенности метаболизма. Наиболее вероятные пути поступления наночастиц TiO2 – через
легкие, желудочно-кишечный тракт и кожу.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
82
Н.А. Кривова, О.Б. Заева, М.Ю. Ходанович, О.А. Карелина и др.
Многочисленные исследования описывают неоднозначные последствия воздействия TiO2: было продемонстрировано развитие цитотоксичности, токсичности для организма в целом или отдельных систем [1–5] или отсутствие токсичности либо очень незначительная токсичность [6–8] наночастиц TiO2. Было показано также, что после поступления в организм наночастицы могут накапливаться в
отдельных органах или системах [9] или, возможно, не накапливаться, поэтому
требуется детальное изучение функционирования многих систем для того, чтобы
приблизиться к оценке характера их биологического действия.
Одним из основных путей, и часто неконтролированным, является поступление их через желудочно-кишечный тракт. Поступление нано- и микрочастиц диоксида титана (TiO2) в организм через желудочно-кишечный тракт
происходит разными путями: с пищей (как пищевая добавка Е 171), с лекарственными веществами (как вспомогательное вещества), из окружающего
воздуха и т.п. [10–13]. Однако до настоящего времени практически нет данных о том, как в условиях целого организма взаимодействуют частицы TiO2
разной степени дисперсности со структурными элементами желудка, прежде
всего пристеночным слизистым слоем и слизистой оболочкой, которые являются обязательными этапами транспорта веществ во внутреннюю среду организма. При этом состояние пристеночного слизистого слоя и слизистой
оболочки желудка в значительной степени определяют его функциональную
активность, состояние барьерной функции, эффективность всасывания, состоятельность интрамуральных регуляторных процессов и других функций
пищеварительной системы в целом [14].
Целью данного исследования было изучение состояния желудка и его защитного барьера, а также биохимических параметров крови, характеризующих состояние основных систем организма, при физиологическом поступлении наночастиц TiO2 через желудочно-кишечный тракт крыс.
Материалы и методики исследования
Экспериментальные животные. Хронические опыты были поставлены на
крысах-самцах аутбредного стока Wistar разведения питомника НИИ фармакологии СО РАМН (г. Томск) массой тела около 180 г до начала эксперимента.
Животных содержали в вентилируемом помещении при температуре 20ºС, при
световом режиме 12/12 (освещение с 8.00 ч), на стандартном пищевом рационе
вивария, при свободном доступе к воде и пище, в соответствии с правилами,
принятыми Европейской конвенцией по защите позвоночных животных, используемых для экспериментальных и иных научных целей.
Порядок постановки опытов. В день поступления все крысы были промаркированы с помощью разрезов на ушах. После 10-дневного карантина до
начала эксперимента все крысы были протестированы в «открытом поле». По
результатам теста из поступивших 60 крыс были отобраны 30 животных, показавших средние значения двигательной активности в «открытом поле». Эти
животные со сбалансированными процессами возбуждения и торможения в
центральной нервной системе при действии стрессирующего фактора (ситуация «новизны») и были взяты в эксперимент. Отобранные животные были
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Состояние слизистой оболочки желудка
83
взвешены и распределены случайным образом на три серии опытов: контроль, закармливание наночастицами диоксида титана (12 нм) (наночастицы
TiO2) и закармливание микрочастицами диоксида титана (175 нм) (микрочастицы TiO2). В каждой серии использовалось по 10 животных.
При проведении хронического эксперимента в течение 7 дней опытные
животные получали при кормлении по 50 мг (250 мг/кг) того или иного порошка диоксида титана. Процедура скармливания диоксида титана была разработана таким образом, чтобы обеспечить контролированный и физиологичный способ поступления в организм нано- или микрочастиц TiO2: ежедневно в 10 ч утра крыс рассаживали в индивидуальные клетки и предлагали
им порошок диоксида титана с привлекательным кормом (блинчик площадью
около 20 см2). Животные находились в индивидуальных клетках до тех пор,
пока они полностью не съедали весь корм. Животные контрольной серии,
аналогичным образом рассаженные в индивидуальные клетки, получали
только привлекательный корм.
После окончания опытов (через 24 ч после последнего скармливания порошков диоксида титана) все крысы были снова взвешены, затем под легким
эфирным наркозом из бедренной вены была взята кровь для изучения уровня
биохимических параметров крови, хемилюминесценции плазмы и ее антиоксидантной активности. Эвтаназия проводилась с помощью декапитации животного под легким эфирным наркозом.
Подготовка слизистой желудка. После эвтаназии животных из брюшной полости извлекали желудок, затем со стороны привратниковой части зажимали его пинцетом и осторожно выворачивали наизнанку. Прополаскивали слизистую оболочку желудка проточной водой и помещали в физиологический раствор на 18 ч. Затем вывернутый наизнанку желудок натягивали на
плоский пластиковый шпатель и собирали пристеночную слизь с обеих сторон при помощи тонкого металлического шпателя.
Определение массы пристеночной слизи желудка. Первоначально на весах AND (Япония) взвешивали пробирку, в которую был добавлен 1 мл физиологического раствора, затем в эту пробирку помещали металлический
шпатель с собранной пристеночной слизью и смывали слизь со шпателя. Далее пробирку опять взвешивали. Массу слизи определяли по разнице между
вторым и первым взвешиванием.
Определение области эрозивного повреждения слизистой оболочки
желудка. После растягивания желудка на шпателе проводили макросъемку
слизистой желудка с обеих сторон при помощи цифрового фотоаппарата
Canon (Япония).
Области эрозивного повреждения слизистой оболочки желудка определяли при помощи компьютерной программы Image J 1.42, предназначенной для
ввода, автоматического преобразования и анализа изображений в медицине и
биологии.
Определение прооксидантной и антиоксидантной активности плазмы крови и пристеночной слизи желудка. Прооксидантную активность
(индуцированная хемилюминесценция) плазмы крови и пристеночной слизи
желудка, их антиоксидантную активность определяли с помощью кюветного
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
84
Н.А. Кривова, О.Б. Заева, М.Ю. Ходанович, О.А. Карелина и др.
биолюминометра Lumat LB9507 (Berthold Technologies, Германия). Индукцию хемилюминесценции плазмы крови проводили с помощью люминола
(Sigma), измерения проводили в течение 10 мин, время экспозиции 0,1 с.
Антиоксидантную активность плазмы крови и пристеночной слизи желудка определяли как результат ингибирования индуцированной люминолзависимой хемилюминесценции после прибавления образцов плазмы
или слизи, в качестве источника радикалов использовали 0,05 М раствор
сернокислого железа, измерения проводили в течение 10 мин, время экспозиции 0,1 с.
Количественно уровень хемилюминесценции и антиоксидантной активности
выражали в RLU/мл (мг слизи)/с, где RLU (relative light units) = 10 фотонам.
Общие биохимические параметры плазмы крови. Определение в сыворотке крови концентрации альбумина, глюкозы, мочевины, мочевой кислоты,
креатинина, холестерина, креатининфосфокиназы и ее изофермента, аспартатаминотрансферазы, аланинаминотрасферазы, щелочной фосфатазы и лактатдегидрогеназы проводилось стандартными методами с помощью унифицированных наборов производства ЗАО «Вектор-Бест» на биохимическом
полуавтоматическом анализаторе Stat Fax 1904 (США).
Химические вещества. В экспериментах исследовали влияние диоксида
титана (TiO2) в виде порошков двух степеней дисперсности:
1) нанодисперсный – δ50 12 нм, Sуд 95 м2/г, производства MACH I, USA,
получен плазмохимическим методом;
2) микродисперсный – δ50 175 нм, Sуд 4,5 м2/г, производства ООО «Сибтермохим» (Россия), получен методом электрического взрыва проводников.
Перед началом эксперимента было проведено исследование удельной
поверхности (Sуд) материалов с помощью автоматического газоадсорбционного анализатора TriStar II (США), а также фазового состава и структурных параметров порошков TiO2 на дифрактометре XRD-6000 на CuKαизлучении (США). Анализ фазового состава, размеров областей когерентного рассеяния (ОКР), внутренних упругих напряжений (∆d/d) проведен с
использованием баз данных PDF 4+, а также программы полнопрофильного
анализа POWDER CELL 2.4. В табл. 1 приводятся данные по исследованным образцам.
Исходя из размеров частиц, преимущественно содержащихся в каждом
образце, далее по тексту образец 1 обозначается как наночастицы TiO2 12 нм,
а образец 2 – как микрочастицы TiO2 175 нм.
Для проведения хемилюминесцентных реакций использовали люминол и
сернокислое железо (Sigma).
Статистическая обработка. Полученные результаты статистически обрабатывались с помощью критерия Манна–Уитни с помощью пакета прикладных программ StatSoft Statistica 8.0. Статистическую значимость различия вычисляли при уровне значимости р < 0,05. Рисунки построены с использованием программы Microsoft Excel. На рис. 1–4 показана средняя арифметическая с ошибкой средней (М±m). Ошибка средней показана ограниченной
вертикальной линией.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Состояние слизистой оболочки желудка
85
Таблица 1
Характеристики используемых порошков TiO2
Sуд(BET)
m2\g
a
Обнаруженные
Содержание Размеры ОКР
∆d/d·10–3
фазы
фаз, об.%
(δ50), нм
b
b
b
b
TiO2 – rutile
4
13
1,9
1
95
TiO2 – anatase
90
12
3,4
TiO2 – brukite
6
22
1,4
TiO2 – rutile
97,4
175
0,2
TiO
–
anatase
1,0
15
2,6
2
4,5
2
TiO2 – brukite
1,6
12
2,0
Примечание. а – анализ выполнен старшим научным сотрудником, кандидатом химических наук О.А. Магаевым в Центре сорбционных и каталитических исследований ТГУ
(г. Томск); b – анализ выполнен профессором, доктором физико-математических наук
Е.П. Найденом в Центре материаловедения ТГУ (г. Томск).
Образец
Результаты исследования и обсуждение
Масса пристеночной слизи желудка. У контрольных животных масса
пристеночной слизи желудка составляла 0,058±0,005 г, у животных, получавших наночастицы TiO2, – 0, 045±0,007 г (р < 0,05 по сравнению с контролем), у животных, получавших микрочастицы TiO2, – 0,063±0,011 г (p < 0,05
по сравнению с животными, получавшими наночастицы). Следовательно,
масса пристеночной слизи желудка у крыс, получавших наночастицы TiO2,
была самой низкой относительно групп сравнения. Снижение массы пристеночной слизи свидетельствует о нарушениях в процессах синтеза и деградации гликопротеинов пристеночного слизистого слоя, важнейшего защитного
механизма желудка [15].
В результате нарушений в процессах биосинтеза гликопротеинов пристеночного слизистого слоя (изменение активности трансфераз) образуются так
называемые незрелые гликопротеины, для которых характерны не полностью
сформированные олигосахаридные цепочки, поэтому они не обеспечивают
необходимого уровня межмолекулярных взаимодействий и гелеобразования.
Эти биосинтетические нарушения становятся причиной несостоятельности
защитной функции пристеночного слизистого слоя, нарушения целостности
слизистой оболочки желудка и провоцируют развитие острой язвы, которая
является симптоматическим поражением и может развиваться в том числе в
результате воздействия токсических веществ [16]. Поэтому снижение массы
пристеночной слизи желудка у крыс, получавших наночастицы TiO2, является
важной характеристикой токсического действия наночастиц TiO2 на организм.
Область эрозивного повреждения слизистой оболочки желудка. При
макроскопическом обследовании слизистой оболочки желудка было установлено, что эрозивные повреждения были обнаружены у всех трех исследуемых
групп животных: у контрольных этот показатель составлял 5,44 ± 4,1 мм2 на
одно животное, у крыс, получавших наночастицы TiO2, – 13,91 ± 2,6 мм2 на
одно животное (p < 0,05 по сравнению с контролем), у крыс, получавших
микрочастицы TiO2, – 10,99 ± 4,2 мм2 на одно животное.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
86
Н.А. Кривова, О.Б. Заева, М.Ю. Ходанович, О.А. Карелина и др.
Следовательно, у животных, получавших наночастицы TiO2, площадь
области эрозивного повреждения в условиях наших экспериментов была
максимальной. Описаны 3 последовательных типа поражения слизистой
оболочки пищеварительной системы: кровоизлияния в слизистую оболочку,
которые могут варьировать от мелких петехий до образования сливных полей; эрозии, характеризующиеся поверхностной деструкцией слизистой
оболочки без проникновения в подслизистый слой; острые язвы, при которых округлый, «штампованный» дефект проникает до подслизистого и даже
мышечного слоя стенки органов пищеварительной системы [17]. Обычно
острые язвы пищеварительной системы существуют недолго и при благоприятном течении основного заболевания или, как в нашем случае, после
устранения стрессорных факторов довольно быстро, в течение 1–2 недель,
практически бесследно заживают. Если же токсическое воздействие приобретает затяжной характер, то течение острых язв у 10–12% больных осложняется кровотечением и перфорацией, причем в отличие от хронических язв
значительно чаще наблюдается сочетание этих осложнений. Значительный
по сравнению с контролем размер области эрозивного повреждения слизистой оболочки желудка крыс, получавших наночастицы TiO2, свидетельствует о токсическом характере воздействия этих наночастиц на слизистую
оболочку желудка крыс при поступлении их в организм через желудочнокишечный тракт.
Про- и антиоксидантная активность пристеночной слизи желудка.
Исследование индуцированной хемилюминесценции пристеночной слизи
желудка показывает уровень свободных радикалов в данном объекте. В условиях наших опытов был получен максимальный уровень индуцированной
хемилюминесценции пристеночной слизи желудка (и, следовательно, свободных радикалов) у животных, получавших наночастицы TiO2, достоверно
отличающийся от контроля (рис. 1). Уровень индуцированной хемилюминесценции пристеночной слизи крыс, получавших микрочастицы TiO2, занимал
промежуточное положение между контролем и уровнем индуцированной хемилюминесценции крыс, получавших наночастицы TiO2.
Антиоксидантная активность пристеночной слизи желудка при поступлении нано- и микрочастиц TiO2 через желудочно-кишечный тракт изменялась
соответственно состоянию индуцированной хемилюминесценции у групп
сравнения. У животных, получавших наночастицы TiO2, этот показатель был
наиболее высоким, а начиная с 4-й минуты реакции – и достоверно отличающимся от контроля (рис. 2). У животных, получавших микрочастицы TiO2,
уровень антиоксидантной активности пристеночной слизи почти не отличался от контрольных значений.
Можно предположить, что высокий уровень антиоксидантной активности
пристеночной слизи у крыс, получавших наночастицы TiO2, является процессом, сопряженным с высоким уровнем ее индуцированной хемилюминесценции. В составе пристеночной слизи желудка наиболее значимым компонентом
являются гликопротеины. Эти макромолекулы, как и любые другие, могут обладать про- и антиоксидантными свойствами [18].
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Хемилюминесценция слизи желудка
(RLUx1000/мл слизи)/сек
Состояние слизистой оболочки желудка
87
600
500
400
300
200
100
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Время, мин
контроль
наночастицы TiO2
микрочастицы TiO2
Антиоксидантная активность
слизи желудка (RLUx1000/мг
слизи)/сек
Рис. 1. Уровень индуцированной хемилюминесценции пристеночной слизи желудка
у контрольных крыс и крыс, получавших нано- или микрочастицы TiO2
35000
30000
25000
20000
15000
10000
5000
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Время, мин
контроль
наночастицы TiO2
микрочастицы TiO2
Рис. 2. Уровень антиоксидантной активности пристеночной слизи желудка у контрольных
крыс и крыс, получавших нано- или микрочастицы TiO2
Ранее нами было обнаружено [19], что повышение уровня индуцированной хемилюминесценции в пристеночной слизи сопровождается нарушениями в строении олигосахаридной части молекул гликопротеинов и усилением
процессов их деградации. В процессе деградации гликопротеинов происходит освобождение терминальных групп в моносахарах, которые становятся
реакционно-способными и могут проявлять как про-, так и антиоксидантные
свойства.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
88
Н.А. Кривова, О.Б. Заева, М.Ю. Ходанович, О.А. Карелина и др.
Таким образом, снижение массы пристеночной слизи, наибольшая площадь эрозивных повреждений, высокий уровень индуцированной хемилюминесценции и антиоксидантной активности пристеночной слизи свидетельствуют о значительных нарушениях защитной функции пристеночной слизи –
важнейшего структурного элемента защитного слизистого барьера желудка у
крыс, получавших наночастицы TiO2 через желудочно-кишечный тракт.
Про- и антиоксидантная активность плазмы крови. Уровень индуцированной хемилюминесценции плазмы крови является интегральным показателем, характеризующим уровень свободных радикалов самого разного происхождения в плазме крови, в отличие от пристеночной слизи желудка, в
которой источниками про- или антиоксидантной активности являются преимущественно молекулы гликопротеинов. Современные методы исследований позволяют выявлять наличие в биологических системах от 300 до
800 разных органических радикалов. Это могут быть радикалы липидов, белков и низкомолекулярных пептидов, нуклеиновых кислот, фенолов, неорганических молекул… Удачная классификация таких соединений предложена
Ю.А. Владимировым, согласно которой все образующиеся в организме активные формы кислорода разделены на природные и чужеродные. Природные активные формы кислорода можно разделить на первичные, вторичные и
третичные; среди причин появления чужеродных активных форм кислорода
можно выделить 3 основных фактора: радиация, оптические излучения и ксенобиотики [18, 20]. Различные органические радикалы вступают во взаимодействия друг с другом, и поэтому общий уровень свободных радикалов в
том или ином объекте не может быть их простой суммой. Интегральный уровень свободных радикалов отражают показания индуцированной хемилюминесценции, являющейся результатом взаимодействия всех активных форм
кислорода между собой. Поэтому наиболее информативным в настоящее
время методическим приемом считается не исследование уровня отдельных
про- или антиоксидантных систем, а определение интегральной хемилюминесцентной активности объекта [21].
Полученные в условиях наших опытов результаты определения уровня
индуцированной хемилюминесценции плазмы крови не выявили различий
между всеми группами сравнения: в контроле и у крыс, получавших наноили микрочастицы TiO2 (рис. 3). Это может быть связано именно с многообразием возможных взаимодействий между свободными радикалами различного происхождения.
Уровень антиоксидантной активности плазмы крови у крыс, получавших
наночастицы TiO2, начиная с 5-й минуты реакции, достоверно (p < 0,05 по
сравнению с контролем и животными, получавшими микрочастицы TiO2)
выше, чем у групп сравнения (рис. 4). Это может быть связано с тем, что в
развитии антиоксидантных реакций у животных разных серий, получавших
частицы TiO2 разной степени дисперсности, участвуют различные механизмы. В этом случае можно предполагать, что поступление в организм наночастиц TiO2 может вызвать развитие иных метаболических реакций, отличных
от тех, которые развиваются при поступлении микрочастиц TiO2.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Хемилюминесценция плазмы
ы
крови (RLUx1000/мл)/сек
Состояние слизистой оболочки желудка
89
800
700
600
500
400
300
200
100
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Время, мин
контроль
наночастицы TiO2
микрочастицы TiO2
Антиоксидантная активность
плазмы крови
(RLUx1000000/мл )/сек
Рис. 3. Уровень индуцированной хемилюминесценции плазмы крови у контрольных крыс
и крыс, получавших нано- или микрочастицы TiO2
600
500
400
300
200
100
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Время, мин
контроль
наночастицы TiO2
микрочастицы TiO2
Рис. 4. Уровень антиоксидантной активности плазмы крови у контрольных крыс и крыс,
получавших нано- или микрочастицы TiO2
В значительной части работ, посвященных биологическим эффектам TiO2,
отмечается важная роль развивающихся окислительных повреждений [22–
25]. В условиях наших опытов, наоборот, было показано развитие антиоксидантных реакций в плазме крови. Предполагается, что это может быть проявлением компенсаторной реакции организма на поступление наночастиц TiO2.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
90
Н.А. Кривова, О.Б. Заева, М.Ю. Ходанович, О.А. Карелина и др.
Общие биохимические параметры сыворотки крови. Для того чтобы
попытаться оценить состояние метаболических и физиологических процессов
в организме крыс, получавших нано- или микрочастицы TiO2, оценивали состояние общих биохимических параметров сыворотки крови. В предыдущих
исследованиях было показано, что нано- или микрочастицы TiO2, поступающие в организм через желудочно-кишечный тракт, не накапливались в следующих исследованных тканях: крови, мозге, селезенке, печени, почках, жировой ткани. Через 24 ч после скармливания крысам частиц TiO2 в дозе 250
мкг/кг в сутки количество титана во всех исследованных органах не отличалось от контрольной группы и находилось на уровне физиологической нормы, что свидетельствует об отсутствии биоаккумуляции TiO2 в условиях
опыта. Однако физиологическое влияние нано- или микрочастиц TiO2 могло
иметь инициирующий характер, поэтому состояние отдельных органов или
систем исследовалось по биохимическим параметрам в сыворотки крови
(табл. 2).
Таблица 2
Биохимические показатели в крови крыс,
получавших нано- или микрочастицы TiO2 (M±m, n=10)
Показатель
Глюкоза, мМ/л
Холестерин, мМ/л
Альбумины, г/л
Аспартатаминотрансфераза, Ед/л
Аланинаминотрасфераза, Ед/л
Билирубин, мкМ/л
Креатинфосфокиназа, Ед/л
Изофермент креатинфосфокиназы,
Ед/л
Мочевина, мМ/л
Креатинин, мкМ/л
Мочевая кислота, мкМ/л
Щелочная фосфатаза, Ед/л
Лактатдегидрогеназа, Ед/л
* p < 0,05.
5,36±0,09
1,76±0,15
42,51±1,63
24,67±2,59
22,45±7,29
3,74±0,99
351,23±57,98
Группа крыс
Наночастицы
TiO2
5,54±0,012
1,46±0,19
40,89±1,15
29,67±5,67
17,49±3,3
2,94± 0,83
324,86±47,4
Микрочастицы
TiO2
5,33±0,07
1,36±0,12
42,9±1,04
18,64±3,63
18,93±1,68
3,06±0,5
413,88±69,44
40,64±10,28
34,33±9,0
44,88±10,0
8,37±0,38
50,05±1,45
261,91±15,16
1282,0±104,16
487,84±63,43
8,61±0,22
49,0±2,1
295,0±19,83
1512,0±169,56
444,24±59,31
8,88±0,18
52,25±2,0
274,38±11,87
1425,1±132,83
330,1±39,78*
Контроль
Результаты оценки биохимических параметров сыворотки крови показали,
что почти во всех группах сравнения не установлено достоверных различий
между контролем и группами крыс, получавших нано- или микрочастицы
TiO2 (см. табл. 1), за исключением снижения уровня лактатдегидрогеназы у
крыс, получавших микрочастицы TiO2. Это означает, что не было обнаружено изменений в уровне обмена белков, липидов и углеводов (глюкоза, холестерин, альбумины) у крыс, получавших нано- или микрочастицы TiO2, по
сравнению с контрольной группой.
Билирубин образуется в клетках ретикулоэндотелиальной системы печени
в результате катаболизма геминовой части гемоглобина и других гемсодер-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Состояние слизистой оболочки желудка
91
жащих белков, аланинаминотрасфераза синтезируется внутриклеточно в печени и попадает в кровь в результате цитолиза при повреждениях печени.
Отсутствие изменений этих параметров у крыс, получавших нано- или микрочастицы TiO2, по сравнению с контрольной группой, свидетельствует об
отсутствии повреждений печеночной ткани, которая наиболее часто страдает
при токсикозах.
Аспартатаминотрансфераза синтезируется внутриклеточно в тканях миокарда и печени, широко используется для диагностики их повреждений.
Отсутствие изменений содержания аспартатаминотрансферазы и ее соотношения с аланинаминотрансферазой характеризует отсутствие нарушений
в сердечной мышце и печени у крыс, получавших нано- или микрочастицы
TiO2, по сравнению с контрольной группой. В отличие от наших данных в
работе [26] показано увеличение соотношения аспартатаминотрансферазы/алани-наминотрансферазы в сыворотке крови у мышей после введения
наночастиц TiO2. Это может быть связано или с видовыми особенностями
экспериментальных животных и/или с разницей в процедуре постановки
опыта: в работе [26] опыты были поставлены на мышах, однократно внутрижелудочным зондом вводилась очень большая доза наночастиц TiO2
(5 г /1 кг массы тела).
Креатинфосфокиназа характеризует состояние мышечной ткани, в том числе миокарда, а ее изофермент находится преимущественно в сердечной мышце,
отсутствие изменений этих показателей у крыс, получавших нано- или микрочастицы TiO2, по сравнению с контрольной группой, свидетельствует об отсутствии воздействия TiO2 на эти системы в условиях нашего эксперимента.
Лактатдегидрогеназа участвует в процессе окисления глюкозы и образовании молочной кислоты, содержится почти во всех органах и тканях, особенно в мышцах. В условиях гипоксии лактатдегидрогеназа накапливается,
вызывает нарушение тканевого дыхания. У контрольных животных и крыс,
получавших наночастицы TiO2, этот показатель в крови не различается.
У крыс, получавших микрочастицы TiO2, он снижается по сравнению с контролем, следовательно, тканевое дыхание у этих животных усиливается по
сравнению с группами сравнения. В исследованиях [1] было получено увеличение активности лактатдегидрогеназы в лаважной жидкости после интратрахеального воздействия наночастиц TiO2. Авторы считают, что адаптивный
ответ легочной ткани не компенсирует токсическое действие наночастиц
TiO2.
Концентрация мочевины и креатинина в плазме крови отражает функцию
гломерулярного аппарата почек. Не установлено снижение этих показателей,
что свидетельствует об отсутствии патологических процессов в почках крыс,
получавших нано- или микрочастицы TiO2, по сравнению с контрольными
животными.
Увеличение уровня мочевой кислоты в плазме крови происходит при нарушении функции почек и приводит к повреждениям различных органов и
тканей. Достоверных изменений этого показателя в условиях нашего эксперимента не обнаружено, однако наблюдается тенденция к увеличению его у
крыс, получавших наночастицы TiO2.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
92
Н.А. Кривова, О.Б. Заева, М.Ю. Ходанович, О.А. Карелина и др.
Щелочная фосфатаза участвует в обмене фосфора, самый высокий ее уровень – в костной ткани. Анализ крови на щелочную фосфатазу проводят для
диагностики заболеваний костной системы, печени, желчевыводящих путей и
почек. Отсутствие изменения этого показателя у экспериментальных животных, по сравнению с контрольными, показывает отсутствие изменений в этих
системах.
Следовательно, биохимические показатели в крови крыс, получавших
нано- или микрочастицы TiO2, демонстрируют отсутствие значимых нарушений в основных исследованных системах организма в условиях нашего
эксперимента. Однако нельзя считать доказанным отсутствие токсичного
биологического эффекта TiO2 на исследованные системы. Некоторые авторы в своих исследованиях получали развитие легочного фиброза, проявления нефротоксичности, поражения печени и проявления нарушений миокарда [27]. Интересно, что в этой же работе было показано отсутствие патологических изменений в сердце, лёгком, яичнике и тканях селезёнки на гистологических срезах [27]. Возможно, различия в результатах исследований
связаны с различными условиями опытов и различными физикохимическими характеристиками исследованных наночастиц TiO2. Отсутствие значимых нарушений в биохимических показателях крови в условиях
нашего эксперимента может также демонстрировать то, что были исследованы далеко не все системы и функции организма. Например, серьезные
нарушения состояния пристеночного слизистого слоя и слизистой оболочки
желудка, впервые установленные в условиях нашего опыта, показывают
один из начальных этапов возможного развития метаболических нарушений, которые могут реализоваться при более продолжительном поступлении наночастиц. Возможно, необходимо в дальнейшем более детально изучить функционирование отдельных систем с тем, чтобы определить пределы токсических или компенсаторных реакций.
Таким образом, проведенные исследования показали, что после физиологического поступления наночастиц TiO2 (δ50 12 нм, Sуд 95 м2/г) в дозе
250 мг/кг массы тела через желудочно-кишечный тракт наблюдаются нарушения в процессах образования и деградации пристеночного слизистого
слоя желудка, усиление эрозивных повреждений слизистой оболочки желудка, увеличение про- и антиоксидантной активности пристеночной слизи.
Эти процессы приводят к развитию токсического влияния наночастиц TiO2
на функциональную активность защитного слизистого барьера и влияют на
функционирование желудка и пищеварительного тракта в целом. Нарушение барьерной функции пристеночного слизистого слоя может стать причиной проникновения наночастиц TiO2 во внутреннюю среду организма и
инициировать развитие нарушений в функционировании различных органов
и систем. При исследовании хемилюминесцентных параметров плазмы крови было показано, что отсутствуют изменения в уровне индуцированной
хемилюминесценции плазмы крови, которая характеризует количество свободных радикалов, при поступлении в организм как нано-, так и микрочастиц TiO2. Уровень антиоксидантной активности плазмы крови, начиная с
5-й минуты реакции, повышался у крыс, получавших наночастицы TiO2,
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Состояние слизистой оболочки желудка
93
тогда как у крыс, получавших микрочастицы TiO2, этот показатель оставался на уровне контрольных значений. Это может быть проявлением компенсаторной реакции организма на поступление именно наночастиц TiO2. Биохимические показатели в крови крыс, получавших нано- или микрочастицы
TiO2, демонстрируют отсутствие значимых нарушений в исследованных
системах организма в условиях нашего эксперимента.
Литература
1. Afaq F., Abidi P., Matin R., Rahman Q. Cytotoxicity, pro-oxidant effects and antioxidant depletion in rat lung alveolar macrophages exposed to ultrafine titanium dioxide // J. Appl.
Toxicol. 1998. № 18. P. 307–312.
2. Warheit D.B., Webb T.R., Sayes C.M. et al. Pulmonary instillation studies with nanoscale TiO2
rods and dots in rats: toxicity is not dependent upon size and surface area // Toxicol. Sci.
2006. Vol. 91, №. 1. P. 227–236.
3. Wang J., Zhou G., Chen C., Yu H. et al. Acute toxicity and biodistribution of different sized
titanium dioxide particles in mice after oral administration // Toxicology Letters. 2007.
Vol. 168, is. 2. P. 176.
4. Chen J., Dong X., Zhao J., Tang G. In vivo acute toxicity of titanium dioxide nanoparticles to
mice after intraperitioneal injection // J. Appl. Toxicol. 2009. Vol. 29, № 4. P. 330–337.
5. Zhang R., Niu Y., Li Y. et al. Acute toxicity study of the interaction between titanium dioxide
nanoparticles and lead acetate in mice // Environ. Toxicol. Pharmacol. 2010. Vol. 30, № 1.
P. 52–60.
6. Boffetta P., Soutar A., Cherrie J.W. et al. Mortality among workers employed in the titanium
dioxide production industry in Europe // Cancer Causes Control. 2004. № 15. P. 697–706.
7. Fabian E., Landsiedel R., Ma-Hock L. et al. Tissue distribution and toxicity of intravenously
administered titanium dioxide nanoparticles in rats // Arch. Toxicol. 2008. V. 82, № 3.
P. 151–157.
8. Liao C.-M., Chiang Y.-H., Chio C.-P. Assessing the airborne titanium dioxide nanoparticlerelated exposure hazard at workplace // J. Hazard. Mater. 2009. Vol. 162, № 1. P. 57–65.
9. Oberdörster G., White R., Rabin R. et al. Space Exploration and Toxicology: A New Frontier
// Fundam. Appl. Toxicol. 1994. № 22. P. 61–171.
10. Warheit D.B., Webb T.R., Sayes C.M. et al. Pulmonary instillation studies with nanoscale
TiO2 rods and dots in rats: toxicity is not dependent upon size and surface area // Toxicol.
Sci. 2006. Vol. 91, № 1. P. 227–236.
11. Colvin V.L. The potential environmental impact of engineered nanomaterials // Nat. Biotechnol. 2003. Vol. 21, № 10. P. 1166–1170.
12. Owen R., Depledge M. Nanotechnology and the environment: Risks and rewards // Mar. Pollut. Bull. 2005. Vol. 50, № 6. P. 609–612.
13. Salomon M. Risks of synthetic nanomaterials for human health // Umweltmedizin in Forschung und Praxis. 2009. Vol. 14, № 1. P. 7–22.
14. Кривова Н.А., Дамбаев Г.Ц., Хитрихеев В.Е. Надэпителиальный слизистый слой желудочно-кишечного тракта и его функциональное значение. Томск: МГП «Раско», 2002.
316 с.
15. Кривова Н.А., Селиванова Т.И., Заева О.Б. Видовые особенности состава надэпителиального слизистого слоя пищеварительного тракта у крыс и мышей // Физиологический журнал им. И.М. Сеченова. 1994. Т. 80, № 8. С. 118–123.
16. Бобров О.Е. Острые язвы пищеварительной тубки. Ч. 1. URL: www.critical.ru/actual/bobrov/acute_ ulcers_1.htm
17. Хохоля В.П., Саенко В.Ф., Доценко В.П. Клиника и лечение острых язв пищеварительного канала. Киев: Здоровье, 1989. 167 c.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
94
Н.А. Кривова, О.Б. Заева, М.Ю. Ходанович, О.А. Карелина и др.
18. Меньщикова Е.Б., Ланкин В.З., Зенков Н.К. и др. Окислительный стресс. Прооксиданты и
антиоксиданты. М.: Слово, 2006. 556 с.
19. Кривова Н.А., Заева О.Б., Лаптева Т.А., Светличный В.А. Исследование взаимосвязей
между составом гликопротеинов и антиоксидантной активностью пристеночной слизи
желудочно-кишечного тракта // Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова. 2008. Т. 94, № 11. С. 1316–1334.
20. Владимиров Ю.А. Свободные радикалы в биологических системах // Соросовский образовательный журнал. 2000. № 12. С. 13–19.
21. Levin G.J. The antioxidant system of the organism. Theoretical basis and practical consequences // Med. Hypotheses. 1994. Vol. 42, № 4. P. 269–275.
22. Konaka R., Kasahara E., Dunlap W.C. et al. Ultraviolet irradiation of titanium dioxide in
aqueous dispersion generates singlet oxygen // Redox Rep. 2001. № 6. P. 319–325.
23. Gurr J.-R., Wang A. S.S., Chen C.-H., Jan K.-Y. Ultrafine titanium dioxide particles in the
absence of photoactivation can induce oxidative damage to human bronchial epithelial cells
// Toxicology. 2005. Vol. 213, № 1–2. P. 66–73.
24. Reeves J.F., Davies S.J., Dodd N.J.F., Jha A.N. Hydroxyl radicals (OH–) are associated with
titanium dioxide (TiO2) nanoparticle-induced cytotoxicity and oxidative DNA damage in fish
cells // Mutat. Res.-Fund. Mol. M., 2008. Vol. 640, № 1–2. P. 113.
25. Zhang J., Johnson P.C., Popel A.S. Effects of erythrocyte deformability and aggregation on
the cell free layer and apparent viscosity of microscopic blood flows // Microvasc. Res. 2009.
Vol. 77, № 3. P. 265–272.
26. Wang J., Zhou G., Chen C. et al. Acute toxicity and biodistribution of different sized titanium
dioxide particles in mice after oral administration // Toxicol. Lett. 2007. Vol. 168, № 2.
P. 176–180.
27. White R., Rabin, Clarkson T., Irons R. et al. Space Exploration and Toxicology: A New Frontier // Fundam. Appl. Toxicol. 1994. № 22. P. 161–171.
Поступила в редакцию 21.01.2011 г.
Natalia A. Krivova, Olga B. Zaeva, Marina Ju. Khodanovich, Olga A. Karelina,
Elizaveta V. Gul, Anna E. Zelenskaja
Research Institute of Biology and Biophysics of Tomsk State University, Tomsk, Russia
CONDITION OF THE STOMACH MUCOUS COAT, PRO- AND ANTIOXIDANT
ACTIVITY, AND BIOCHEMICAL BLOOD INDICES IN RATS FED WITH NANOOR MICROPARTICLES OF TITANIUM DIOXIDE
In chronic experiments on rats, the biological action of nano- or microparticles of titanium dioxide (TiO2) was studied upon their supply through gastrointestinal tract. For
7 days, test animals received with food 50 mg per rat (250 mg per kg of bodyweight) of a
TiO2 powder. A procedure of titanium dioxide feeding was arranged in such a way as to
provide the controlled and physiological supply of TiO2 nano- or microparticles into the
body: every day at 10:00 a.m. the rats were placed into individual cages and given TiO2
powder with an attractive food (20 cm2 sized pan-cake). The animals stayed in the individual cages until they ate up their food. Animals of the control series were also placed
into individual cages, but received the attractive food only.
The study revealed that physiological supply of TiO2 nanoparticles (δ50 12 nm,
Sspecif 95 m2/g) through gastrointestinal tract is accompanied by abnormalities in the
formation and degradation of parietal mucous layer of the stomach, augmentation of
erosion in the stomach mucous coat, and enhanced pro- and antioxidant activity of parietal mucus. These processes give rise to a toxic impact of TiO2 nanoparticles on the
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Состояние слизистой оболочки желудка
95
functional activity of protective mucous barrier and affect the functioning of stomach and
the entire digestive tract. Disturbance of the barrier function of parietal mucous layer
may allow TiO2 nanoparticles to penetrate into internal environment of the body and initiate derangement in the functioning of various organs and systems. Investigation of
blood plasma chemiluminescence parameters demonstrated that supply of TiO2 nano- or
microparticles into the body does not change the level of induced chemiluminescence in
blood plasma, which characterizes the amount of free radicals. Antioxidant activity in
blood plasma of rats fed with TiO2 nanoparticles increased starting from the 5th minute
of the reaction, whereas rats fed with TiO2 microparticles retained the control level of
antioxidant activity. This may result from a compensatory reaction of the organism to
supplying exactly the nanoparticles of titanium dioxide. Biochemical blood indices in
rats receiving TiO2 nano- or microparticles demonstrate the absence of significant disturbances in the tested systems of the body under the conditions of our experiment.
Key words: nano- or microparticles of titanium dioxide (TiO2); rats; gastrointestinal tract; pro- and antioxidant activity; biochemical blood indices.
Received January 21, 2011
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Н.А. Кривова, М.Ю. Ходанович, Т.А. Замощина и др.
96
Вестник Томского государственного университета. Биология. 2011. № 2 (14). С. 96–109
УДК 612.821
Н.А. Кривова1, М.Ю. Ходанович1, Т.А. Замощина2, Р.Т. Тухватулин 1,
О.Б. Заева1, Д.Я. Суханов1, А.Е. Зеленская2, Е.В. Гуль2, А.В. Микрюкова2
1
Обособленное структурное подразделение «Научно-исследовательский институт
биологии и биофизики Томского государственного университета» (г. Томск)
2
Биологический институт Томского государственного университета (г. Томск)
ВЛИЯНИЕ ДИОКСИДА ТИТАНА НА НЕКОТОРЫЕ ФУНКЦИИ
ЦЕНТРАЛЬНОЙ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ КРЫС
Исследование выполнено при финансовой поддержке ФЦП «Научные и научнопедагогические кадры инновационной России» на 2009–2013 гг. (ГК № П1260 от
27.08.2009 г., ГК № П1058 от 31.09.2010 г., ГК № 14.740.11.0183 от 15.09.2010 г.).
Для оценки характера нейротропных воздействий диоксида титана (TiO)2 в виде
частиц 12 и 175 нм проведено исследование на крысах, которым в течение 7 дней
скармливали фиксированную дозу TiO2 (250 мг/кг) с привлекательным кормом. Установлено, что TiO2 в микродисперсной форме понижал чувствительность к стрессу и агрессивность, но повышал общую двигательную активность, спектральные
мощности основных диапазонов ритмов электроэнцефалограммы крыс, в то время
как нанодисперсная его форма продемонстрировала в основном противоположные
результаты воздействия на центральную нервную систему животных.
Ключевые слова: диоксид титана; наночастицы; микрочастицы; поведение;
крысы.
Введение
В настоящее время большое внимание уделяется перспективам развития
нанотехнологий, т.е. технологий направленного создания и использования веществ и материалов в диапазоне размеров до 100 нанометров. Достижения в
развитии нанотехнологий будут связаны с тесным контактом человека с наноматериалами, поэтому изучение потенциальных рисков их использования
представляется первостепенной задачей [1, 2]. Одной из таких задач является
изучение биологического воздействия наночастиц на живые системы и их
влияние на здоровье человека. Для оценки эффектов наноматериалов важны их
физико-химические свойства [3]. Такие характеристики наноразмерных частиц,
как размер и форма, площадь удельной поверхности, химический состав, вносят, вероятно, наибольший вклад в их биологическую активность [4, 5].
Наночастицы диоксида титана в настоящее время являются одними из
наиболее распространенных наночастиц, широко используемых в различных
областях. Они применяются для повышения потребительских качеств бумаги,
красок, керамики, пищевых продуктов и т.п. Разрабатываются новые направления применения наночастиц TiO2 в других областях – например, использование высоких концентраций аэрозоля наночастиц ТiO2 для быстрого очищения воздуха в модели катастрофы химических токсичных паров [6].
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Влияние диоксида титана на некоторые функции
97
Диоксид титана считается биологически инертным в микроразмерном состоянии. Однако степень его биологической инертности в наноразмерном
состоянии мало изучена. По-видимому, физико-химические характеристики
частиц влияют на прохождение барьеров организма, их распределение, накопление и выведение из организма. Многочисленные исследования описывают
неоднозначные последствия воздействия TiO2. Продемонстрировано развитие
цитотоксичности, общей токсичности для организма в целом или отдельных
систем [7–10], или отсутствие токсичности, или очень незначительная токсичность [11, 12].
Известно, что нервная система наиболее чувствительна к разного рода
воздействиям. Поведенческие реакции используются для проведения экологических, фармакологических, нейрофизиологических, генетических и эволюционных исследований [13], и в настоящее время наблюдается расширение сферы их применения как тестирующих систем [14].
Целью настоящего исследования явилось изучение в эксперименте особенностей нейротропных эффектов наночастиц диоксида титана.
Материалы и методики исследования
Исследование проводили в октябре 2010 г. на половозрелых крысах-самцах
аутбредного стока Wistar разведения питомника НИИ фармакологии
СО РАМН (г. Томск) с исходной массой тела 160–180 г. Животные содержались в группах по 10 особей в пластмассовых клетках в отдельном отсеке вивария при одинаковом температурном режиме (20–22°С), на стандартном пищевом рационе вивария, при световом режиме СТ12:12 (освещение с 8.00 до
20.00 ч), при свободном доступе к воде и пище, в соответствии с правилами,
принятыми Европейской конвенцией по защите позвоночных животных, используемых для экспериментальных и иных научных целей. После 10-дневной
адаптации к условиям местного вивария и карантина из 80 крыс с помощью
теста «открытое поле» [15] выделялось 28–30 особей со сходным типом нервной системы – сбалансированными процессами возбуждения и торможения
(средние показатели двигательной активности за 5 мин наблюдения).
Из отобранных животных формировалось 3 группы: контрольная и
2 опытные, получавшие в течение 7 сут в утренние часы в составе привлекательного корма наночастицы TiO2. Исследовали влияние TiO2 в виде порошков двух степеней дисперсности: нанодисперсный (12 нм) и микродисперсный (175 нм) в дозе 250 мг/кг массы тела. Процедура кормления крыс диоксидом титана состояла в следующем: ежедневно в 10 часов утра животных
рассаживали в одноместные клетки и предлагали им порошок TiO2, завернутый в привлекательный корм (блинчик площадью около 20 см2). Животные
контрольной серии получали только привлекательный корм. После того, как
каждая крыса полностью съедала предложенную порцию, ее возвращали в
соответствующую общую клетку. Вне периода кормления диоксидом титана
животные получали стандартный гранулированный корм и воду по потребности.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
98
Н.А. Кривова, М.Ю. Ходанович, Т.А. Замощина и др.
После окончания опытов (через 24 ч после последнего кормления порошками
диоксида титана) все крысы были вновь протестированы в «открытом поле».
При тестировании в «открытом поле» регистрировали следующие показатели: латентный период выхода из центрального квадрата, горизонтальная
двигательная активность, вертикальная двигательная активность, норковый
рефлекс, дефекации (индекс эмоциональности) [15]. Общую двигательную
активность подсчитывали как сумму горизонтальной, вертикальной активностей и числа заглядываний в норку.
В течение эксперимента проводилась круглосуточная видеосъемка поведения животных в группах с помощью камеры Axis 221 (Швеция). Видеофайлы сохранялись и в дальнейшем анализировались с помощью программы «Mouse Express», автоматически оценивающей двигательную активность в условных единицах по принципу покадровой оценки изменения изображения [16]. Кроме того, визуально при просмотре видеофайлов
оценивали количество межиндивидуальных контактов агрессивного характера каждый час.
За сутки до и через сутки после эксперимента регистрировали электроэнцефалограмму (ЭЭГ) у крыс с помощью подкожных игольчатых электродов [17]. Каждый электрод представлял собой иглу из нержавеющей стали
(длина 12 мм, диаметр 0,6 мм). Внутри иглы располагалась золотая проволока (регистрирующая часть электрода, диаметр 0,4 мм), покрытая лаковой
изоляцией. При регистрации ЭЭГ ненаркотизированную крысу фиксировали, вводили подкожно два регистрирующих электрода в области левого и
правого полушария теменной части головы и референтный электрод в области носовой кости, а также фиксировали серебряные клипсовые миниэлектроды (земляной и дополнительный, для контроля артефактов) на левой
передней лапе и правой задней лапе животного. Для лучшего контакта с
кожей для клипсовых миниэлектродов использовали электродный гель
«Униагель». ЭЭГ регистрировали монополярно при помощи 24-канального
электроэнцефалографа «Энцефалан-131-03» («Медиком МТД», г. Таганрог)
в частотном диапазоне от 0,16 до 70 Гц. Частота дискретизации составила
250 Гц. Применялся запирающий фильтр, вырезающий 50 Гц колебания,
связанные с сетевой наводкой. ЭЭГ регистрировали в двух режимах: 1) исходная ЭЭГ в течение 30 с; 2) звуковая стимуляция: частые стандартные
(1000 Гц, 80 дБ) и редкие девиантные (500 Гц, 80 дБ) стимулы с вероятностью предъявления 80 и 20%. Звуковой стимулятор располагался на расстоянии 20 см от головы крысы с правой стороны.
Статистическая обработка результатов проводилась в программе StatSoft
Statistica 6.0. При типировании крыс на группы по особенностям нервной
системы использовали кластерный анализ, метод К-средних. Спектральный
анализ ЭЭГ проводили при помощи программного обеспечения «Энцефалан». Статистическая значимость различий исследуемых показателей оценивалась с использованием непараметрического критерия парных сравнений
Вилкоксона и критерия Колмагорова–Смирнова с уровнем значимости р <
0,05 [18].
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Влияние диоксида титана на некоторые функции
99
Результаты исследования и обсуждение
Нейротропное действие нанодисперсного и микродисперсного диоксида
титана исследовалось с помощью тестирования крыс в «открытом поле»,
изучения суточной динамики покоя–активности животных и анализа количества межиндивидуальных контактов агрессивного характера в течение суток
и в динамике эксперимента.
Тестирование животных в «открытом поле» проводилось до и после эксперимента, т.е. через 7 сут, в течение которых опытные группы получали диоксид титана разной степени дисперсности. Известно, что первое предъявление «отрытого
поля» является для крыс сильным стрессирующим фактором, к которому в последующих предъявлениях развивается привыкание [15]. И действительно, в наших
экспериментах (табл. 1) в контрольной и в обеих опытных группах животных при
повторном предъявлении теста, т.е. через неделю, наблюдалось небольшое понижение горизонтальной активности, которое, однако, оказалось недостоверным.
При этом остальные виды активностей существенно не изменялись ни в контрольной группе, ни в группе, получавшей наночастицы. Исключение представляли
животные, которым скармливали микрочастицы диоксида титана. В этой группе
отмечалось достоверное понижение в 1,8 раза вертикальной активности (р < 0,05)
и в 3,5 раза (р < 0,05) – индекса эмоциональности.
Следует подчеркнуть, что на фоне описанных выше изменений двигательных компонент латентный период выхода крыс из центрального квадрата в
контрольной группе увеличивался более чем в 10 раз, в то время как в обеих
опытных группах – только в 2–3 раза, причем у животных, получавших микрочастицы, эти изменения оказались недостоверными.
В целом полученные результаты свидетельствуют не только об отсутствии
явления привыкания, как у контрольных крыс, так и получавших нанодисперсный порошок диоксида титана, но и о сохранении и даже повышении уровня
тревожности и страха в этих группах, на что указывает рост латентного периода выхода из центрального квадрата [14, 19–21]. Противоположные результаты
обнаружены нами на крысах, получавших микродисперсный порошок диоксида титана. В этой группе на фоне понижения вертикальной активности снизился индекс эмоциональности, а остальные компоненты поведения не изменились, в том числе и латентный период выхода животных из центрального квадрата. Очевидно, семидневное назначение диоксида титана в виде микродисперсной формы способствовало развитию явления привыкания в тесте «открытое поле» в отличие от групп сравнения.
Таким образом, в группе крыс, получавших микродисперсный порошок
диоксида титана, к концу эксперимента поведение крыс становилось более
спокойным ввиду того, что процессы возбуждения, очевидно, были сбалансированы процессами торможения, в то время как у контрольных и получавших наноформу они были менее сбалансированными. Очевидно, у контрольных животных и получавших наночастицы диоксида титана стрессированность в условиях теста «открытое поле» после 7 сут эксперимента не только
сохранялась, но даже усиливалась, в то время как у крыс, получавших микродисперсную форму диоксида титана, она уменьшалась.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
100
Н.А. Кривова, М.Ю. Ходанович, Т.А. Замощина и др.
Таблица 1
Показатели теста «открытое поле» у контрольных крыс (n = 10) и крыс,
получавших нано- (n = 10) и микродисперсный (n = 10) диоксид титана
Показатель
поведенческой
активности в
«открытом поле»
Группа крыс
Точка регистрации ЭЭГ
Контроль
Нанодисперсный Микродисперсный TiO2
TiO2
Исходные данные 1,60±0,27
2,10±0,5
2,2±0,59
После
17,20±9,41*
6,6±1,79*
4,9±1,77
эксперимента
Исходные данные 33,1±6,04
25,1±5,11
29,9±4,17
Горизонтальный
После
компонент
32,7±6,04
20,4±3,52
25,0±5,67
эксперимента
Исходные данные 1,2±0,51
0,5±0,31
1,2±0,7
Норковый компонент
После
2,1±0,59
1,1±0,9
1,7±0,54
эксперимента
Исходные данные 14,1±2,04
8,9±1,21
14,9±1,36
Вертикальный
После
компонент
10,8±2,6
9,3±2,2
8,5±2,41*
эксперимента
Исходные данные 3,1±1,37
3,2±1,29
4,5±1,45
Эмоциональный
После
компонент
1,2±0,42
2,3±0,76
1,2±0,42*
эксперимента
Исходные данные 3,3±0,97
3,3±1,19
3,1±0,6
Груминг
После
2,6±0,72
4,3±1,13
3,9±1,34
эксперимента
Исходные данные 48,4±0,72
34,5±6,34
46,0±4,61
Общая двигательная
После
активность
45,6±8,86
30,8±5,76
35,2±8,37
эксперимента
* Статистически значимые различия между показателями до (исходные данные) и после
эксперимента, критерий Вилкоксона (р < 0,05).
Латентный период
выхода из центра
Состояние центральной нервной системы оценивали также по суточной
динамике покоя–активности, а также обобщенной суточной активности крыс
в жилой клетке в динамике эксперимента, т.е. на протяжении 7 сут введения
нано- и микродисперсных порошков диоксида титана.
Анализ суточной динамики двигательной активности показал три её пика
для всех групп крыс (рис. 1). Первый пик наблюдали в 10–11 ч (время кормления), второй приходился на 6 ч утра (восход солнца) и третий – на 20–22 ч
вечера (после заката солнца), что подтверждает наблюдения других исследователей [22].
Выявлено статистически значимое понижение активности группы крыс, получавших нанодисперсный порошок TiO2, по сравнению с контрольной группой в 7 временных точках, которые приходились на утренние часы и послеобеденное время. Кроме того, в 5 временных точках (ночные часы) двигательная
активность крыс, получавших микродисперсный порошок TiO2, была достоверно выше двигательной активности крыс контрольной группы и в 11 временных точках (равномерно по суткам) – выше активности группы «нано».
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Влияние диоксида титана на некоторые функции
101
5
Общая двигательная активность, у. е.×10
Общая
двигательная активность, усл. ед x 105
9
8
7
&
#
6
&
5
&
#
4
&
& # &
#
& #
&
3
&
2
*
1
*
*
*
0
&
&
0
2
4
6
8
*
*
*
10
12
14
Время суток, ч
16
18
20
22
контроль
нано
«нано»
микро
«микро»
Рис. 1. Влияние диоксида титана разной степени дисперсности на суточную динамику
общей двигательной активности крыс в жилой клетке. Здесь и далее отмечены
статистически значимые различия между группами (р < 0,05): * – между группой «нано»
и контролем; & – между группой «микро» и контролем; # – между группами
«нано» и «микро»
Аналогичная картина наблюдалась и в динамике эксперимента (рис. 2). Отмечалось достоверное повышение двигательной активности группы крыс, получавшей микродисперсный порошок, по сравнению с контрольной группой на
протяжении всего эксперимента. Кроме того, на 2–4-е сут эксперимента группа
крыс, получавших наноформу, была значительно менее активна, чем контрольная группа и группа, получавшая микродисперсный порошок.
Таким образом, анализ результатов суточной динамики двигательной активности крыс и в течение эксперимента, в целом, подтвердил данные, полученные нами на тех же крысах в тесте «открытое поле». Крысы, получавшие
микродисперсный порошок диоксида титана, в силу меньшей чувствительности к стрессу оказались самыми активными. Показатели их активности были
статистически значимо выше, чем в контрольной группе, и особенно в группе, получавшей нанодисперсный порошок.
Кроме того, с помощью этого метода удалось разделить контрольную
группу животных и группу, получавшую наноформу диоксида титана. Суточное мониторирование активности позволило оценить последнюю группу
как наиболее пассивную по сравнению как с контрольной, так и получавшей
микродисперсную форму диоксида титана.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Н.А. Кривова, М.Ю. Ходанович, Т.А. Замощина и др.
102
Учитывая результаты теста «открытое поле», такой тип поведения следует
рассматривать не как более спокойный, а как более депрессивный, что, видимо, связано с большей чувствительностью этой группы к стрессу [20].
5,5
&
5
Общая
двигательная
активность,
у. е.×10
Общая
двигательная
активность,
усл.
ед x 10 5
&
5
4,5
&
&
4
&
&
3,5
&
&
3
2,5
2
*
1,5
1
#
1
2
*
*
#
3
#
4
5
6
7
8
9
Cутки эксперимента
контроль
нано
«нано»
микро
«микро»
Рис. 2. Влияние диоксида титана разной степени дисперсности
на общую двигательную активность крыс в динамике эксперимента
Визуальный контроль поведения животных включал анализ их агрессивности. Для того чтобы исключить возможность возникновения «стадного инстинкта» в агрессивных актах крыс в условиях скученности (клетки всех трех
групп животных находились под видеоконтролем рядом друг с другом), был
проведен предварительно следующий тест.
Детально проанализирован 1 ч наибольшей активности и агрессивности
крыс (3 ч ночи, 2-е сут эксперимента). Во время просмотра для каждой
группы фиксировали число межиндивидуальных взаимодействий, начало и
конец каждой драки с точностью до секунды. Затем был проведен анализ на
совпадение во времени межиндивидуальных взаимодействий. В группе
контроля было зафиксировано 9 межиндивидуальных взаимодействий, и
только 5 из них перекрывались с драками крыс в соседних клетках. В группе крыс, получавших микродисперсный порошок, отмечено 26 драк, и только 6 из них перекрывались с драками животных в других группах. В группе
крыс, получавших нанодисперсный порошок, было зафиксировано 44 драки, и 11 из них совпадали по времени с драками животных соседних клеток.
Таким образом, были получены данные, свидетельствующие о том, что на
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Влияние диоксида титана на некоторые функции
103
число актов межиндивидуальных взаимодействий крыс слабо влияют количество драк животных в соседних клетках.
Анализ суточной динамики общего количества межиндивидуальных
взаимодействий агрессивного характера показал, что в 3 ч ночи число взаимодействий в группе животных, получавших микродисперсный диоксид
титана, было ниже, чем в группе, получавшей наноформу (рис. 3), но в
сравнении с контролем достоверных отличий не обнаружено. Далее было
установлено, что аналогичная ситуация наблюдалась и для суточной динамики длительных межиндивидуальных контактов. В 0 ч число длительных
взаимодействий в группе «микро» было ниже, чем в контроле (р < 0,05), а в
3 ч ночи – ниже, чем в группе «нано» (р < 0,05) (рис. 4). Следовательно, животные, получавшие микродисперсную форму диоксида титана, в период
максимально выраженной двигательной активности проявили меньшую
склонность к межиндивидуальным взаимодействиям, в том числе и агрессивного характера, чем крысы контрольной группы и группы, получавшей
наноформу.
Количество
межиндивидуальных
взаимодействий
Число межиндивидуальных
взаимодействий
28
26
24
22
20
18
16
14
12
10
8
&
6
4
2
0
–2
-2
0
3
6
9
12
15
Время
Часы суток, ч
18
21
контроль
нано
«нано»
микро
«микро»
Рис. 3. Влияние диоксида титана разной степени дисперсности на суточную динамику
общего количества межиндивидуальных взаимодействий
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Н.А. Кривова, М.Ю. Ходанович, Т.А. Замощина и др.
104
Количество
межиндивидуальных
взаимодействий
Число межиндивидуальных
взаимодействий
24
22
20
18
16
14
12
10
8
#
6
4
&
2
0
-2
–2
0
3
6
9
12
Часы
Время
суток, ч
15
18
21
контроль
нано
«нано»
микро
«микро»
Рис. 4. Влияние диоксида титана разной степени дисперсности на суточную динамику
длительных межиндивидуальных взаимодействий
Таким образом, в этой серии наблюдений поведение контрольной группы
животных и группы, получавшей нанодисперсный порошок, мало отличалось, в то время как поведение крыс, получавших микродисперсную форму,
существенно модифицировалось. Крысы этой группы проявили большую
двигательную активность, но меньше взаимодействовали друг с другом. Вероятно, это свидетельствует о повышении немотивированной, неспецифической активности, связанной с повышением общего уровня возбудимости
нервной системы в этой группе животных. Это предположение в дальнейшем
подтвердилось при анализе изменения спектра мощности ЭЭГ.
Зарегистрированная в этой же серии экспериментов электроэнцефалограмма, отражающая суммарную биоэлектрическую активность клеток зрительной коры у крыс, позволила оценить возможность воздействия диоксида
титана разной степени дисперсности на процессы возбуждения и торможения
в центральной нервной системе. В этой серии изучали влияние диоксида титана на спектральные характеристики электроэнцефалограммы в покое и при
сенсорной нагрузке. Проведен сравнительный анализ спектров мощности
ЭЭГ контрольных животных и крыс, получавших микро- и нанодисперсные
порошки диоксида титана. Абсолютные значения мощности основных ритмов ЭЭГ до и после эксперимента в режимах покоя и стимуляции представлены в табл. 2 и 3.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Влияние диоксида титана на некоторые функции
105
Таблица 2
Влияние диоксида титана разной степени дисперсности на мощность основных
ритмов ЭЭГ крыс в режиме покоя
Ритм ЭЭГ
Контроль
После
До экспеэкспериримента
мента
122,11 ±
67,35 ±
48,0
16,11#
Группа крыс
Нанодисперсный TiO2 Микродисперсный TiO2
После
До эксПосле эксДо экспеэксперипериперимента
римента
мента
мента
155,48 ±
106,35 ± 169,98 ±
136,19 ±
35,96
22,59
46,2
16,31#
Правое полушарие мозга
Левое полушарие мозга
Тета, мкВ2
(4–8 Гц)
Альфа,
30,93 ±
13,45 ±
35,44 ±
20,87 ±
34,45 ±
мкВ2
35,32 ± 5,37#
9,89
2,44#
4,61
3,49
4,43
(8–13 Гц)
Бета, мкВ2
33,06 ±
17,05 ±
41,12 ±
28,45 ±
34,23 ±
40,02 ± 5,63#
(13–24 Гц)
9,75
3,12#
6,28
4,27
3,5
Гамма1,
10,58 ±
6,80 ±
16,82 ±
10,76 ±
11,05 ±
мкВ2
14,26 ± 2,42#
2,95
0,85#
4,14
1,42
0,79
(25–49 Гц)
Гамма2,
10,95 ±
8,72 ±
16,11 ±
13,97 ±
17,62 ±
мкВ2
20,51 ± 8,71
2,84
1,59
4,86
1,44
5,22
(51–70 Гц)
Тета, мкВ2 127,06 ±
109,82 ±
182,13 ±
101,73 ± 140,84 ±
119,52 ±
(4–8 Гц)
33,47
28,17
46,71
19,58
37,42
18,10
Альфа,
35,44 ±
24,82 ±
38,80 ±
22,35 ±
29,36 ±
35,49 ±
мкВ2
5,81
5,82
4,36
3,55&
4,40
5,08&
(8–13 Гц)
2
Бета, мкВ
32,57 ±
23,22 ±
42,83 ±
26,21 ±
28,06 ±
42,54 ±
(13–24 Гц)
4,09
5,04#
5,17&
3,25&
3,73&
5,82*&#
Гамма1,
11,82 ±
10,59 ±
13,70 ±
11,48 ±
10,90 ±
мкВ2
16,80 ± 2,65*
1,41
1,93
1,20
1,35
1,07
(25–49 Гц)
Гамма2,
18,74 ±
11,31 ±
22,87 ±
12,97 ±
16,82 ±
мкВ2
32,74 ± 15,60
5,47
1,78
6,95
1,67
2,57
(51–70 Гц)
Примечание. * – p < 0,05 между показателями до и после эксперимента (критерий Вилкоксона); & – p < 0,05 между группами, получавшими нано- и микродисперсный порошок
(критерий Манна–Уитни); # – p < 0,05 между контролем и группой, получавшей микродисперсный порошок (критерий Манна–Уитни).
В результате проведенного анализа удалось установить, что значения
мощностей основных ритмов ЭЭГ крыс контрольной группы до и после
эксперимента не отличались как в покое, так и при стимуляции. В то же
время у животных, получавших нано- и микродисперсные порошки диоксида титана, наблюдались разнонаправленные изменения мощностей основных ритмов ЭЭГ по сравнению с исходными значениями этого показателя
до эксперимента.
Так, у крыс, получавших микродисперсный порошок, после эксперимента
наблюдались увеличение мощности ЭЭГ в бета- и гамма1-диапазонах в режиме покоя (табл. 2) и повышение мощности ритмов ЭЭГ в тета-, альфа-, бета- и гамма1- диапазонах в режиме стимуляции (табл. 3).
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
106
Н.А. Кривова, М.Ю. Ходанович, Т.А. Замощина и др.
Правое полушарие мозга
Левое полушарие мозга
Таблица 3
Влияние диоксида титана разной степени дисперсности на мощность основных
ритмов ЭЭГ крыс в режиме стимуляции
Группа крыс
Контроль
Нанодисперсный TiO2 Микродисперсный TiO2
Ритм ЭЭГ
До эксПосле
До эксДо экспе- После эксПосле экспериэксперипериримента
перимента
перимента
мента
мента
мента
2
Тета, мкВ
79,66±
64,69 ±
153,29 ±
68,74 ±
109,31 ±
126,94 ±
(4–8 Гц)
29,71
14,33#
46,86
11,98&
25,83
16,60&#
Альфа,
23,35 ±
14,27 ±
18,32 ±
36,05 ±
46,48 ±
мкВ2
30,69 ± 6,07
8,26
2,31#
3,16&
8,85
8,59&#
(8–13 Гц)
2
Бета, мкВ
26,05 ±
17,89 ±
22,91 ±
31,96 ±
42,67 ±
32,38 ± 5,73
(13–24 Гц)
8,21
2,78#
3,01&
5,20
6,00&#
Гамма1,
8,73 ±
7,11 ±
9,91 ±
15,96 ±
мкВ2
13,38 ± 2,42 10,25 ± 1,43
2,58
1,03#
1,17
2,74#
(25–49 Гц)
Гамма2,
7,35 ±
8,34 ±
18,55 ±
мкВ2
16,27 ± 6,03 12,72 ± 1,43
15,46 ± 4,60
1,50#
1,51
6,13#
(51–70 Гц)
Тета, мкВ2 94,90 ±
87,42 ±
188,56 ±
74,39 ±
91,42 ±
139,62 ±
(4–8 Гц)
22,47
21,99#
62,96
10,05&
12,67
17,59*&#
Альфа,
25,47 ±
22,33 ±
22,18 ±
28,43 ±
49,64 ±
мкВ2
37,18 ± 7,15
4,30
4,15#
3,79*&
5,42
7,80*&#
(8–13 Гц)
Бета, мкВ2 27,81 ±
25,26 ±
22,32 ±
27,77 ±
45,44 ±
37,39 ± 6,19
(13–24 Гц)
4,60
5,08#
2,05*&
3,23
4,94*&#
Гамма1,
9,68 ±
10,87 ±
10,07 ±
10,48 ±
17,29 ±
мкВ2
11,65 ± 1,31
1,62
1,99#
1,04&
0,97
2,33*&#
(25–49 Гц)
Гамма2,
12,42 ±
10,16 ±
14,62 ±
24,46 ±
14,77 ± 3,52 11,17 ± 1,93
мкВ2
3,79
1,40
2,36
10,60
(51–70 Гц)
Примечание: * – p < 0,05 между показателями до и после эксперимента (критерий Вилкоксона); & – p < 0,05 между группами, получавшими нано- и микродисперсный порошок
(критерий Манна–Уитни); # – p < 0,05 между контролем и группой, получавшей микродисперсный порошок (критерий Манна–Уитни).
У крыс, получавших нанодисперсный порошок, напротив, наблюдалось
уменьшение мощности ритмов ЭЭГ в тета-, альфа-, бета- и гамма1диапазонах в режиме стимуляции (табл. 3).
Следует подчеркнуть, что указанные изменения мощностей ритмов ЭЭГ
крыс, получавших нано- и микродисперсные порошки диоксида титана, наблюдались главным образом в правом полушарии.
Проанализированы также изменения относительных мощностей основных
ЭЭГ ритмов. Межгрупповое сравнение показало, что исходные значения для
различных групп в режиме покоя не отличались между собой, в то время как
после эксперимента для группы крыс, получавших диоксид титана в микродисперсной форме, обнаружено достоверное увеличение относительной мощности в
тета-, альфа-, бета- и гамма1-диапазонах и уменьшение в дельта-диапазоне
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Влияние диоксида титана на некоторые функции
107
(p < 0,05) по сравнению как с контролем, так и с группой «нано». Указанные изменения были более выражены для правого полушария. В режиме стимуляции
наблюдались сходные изменения: увеличение относительной мощности дельтаритма и уменьшение мощности тета-, альфа- и бета-ритмов в правом полушарии
по сравнению с обеими группами сравнения (p < 0,05). Сравнение относительных мощностей ритмов до и после эксперимента также показало, что наиболее
существенные изменения наблюдаются для группы крыс, получавших микродисперсный порошок. Изменения, как в режиме покоя, так и при стимуляции,
связаны с увеличением относительной мощности в тета-, гамма1- и гамма2диапазонах и уменьшением в дельта-диапазоне в правом полушарии (p < 0,05).
Таким образом, микродисперсный диоксид титана вызвал сдвиг спектра ЭЭГ
в сторону более высокочастотных ритмов и, следовательно, повышение уровня
активации [23]. Для группы крыс, получавших нанодисперсный порошок, наблюдались менее выраженные изменения как относительно контроля, так и относительно исходных значений до эксперимента. В режиме покоя изменения
группы «нано» относительно контроля связаны со снижением мощности в альфа- и бета-диапазонах, в режиме стимуляции – с увеличением мощности в дельта-диапазоне и снижением в тета-, альфа- и бета-диапазонах. Указанные изменения зарегистрированы в левом полушарии. Следовательно, нанодисперсный диоксид титана вызывает противоположные изменения – сдвиг спектра мощности
ЭЭГ в сторону низкочастотных ритмов и снижение уровня активации [23].
Таким образом, у крыс, получавших нано- и микродисперсные порошки диоксида титана, удалось выявить разнонаправленные изменения мощности основных ритмов ЭЭГ по сравнению с теми же показателями до эксперимента. Как
свидетельствуют полученные результаты, обнаруженные изменения локализованы главным образом в правом полушарии. Следует заметить, что достоверные
различия мощностей исследуемых ритмов по отношению к аналогичным показателям контрольных животных наблюдались только у крыс, получавших микродисперсную форму диоксида титана. У этих крыс мощности всех ритмов ЭЭГ на
всех режимах были увеличены. Такое неспецифическое увеличение мощности
во всех диапазонах может свидетельствовать о формировании в мозге животных
под влиянием микродисперсного диоксида титана нового уровня функциональной активности. Это становление осуществляется, очевидно, через активацию
как процессов возбуждения, так и торможения [23].
Серия ЭЭГ-экспериментов подтвердила выраженное нейротропное действие диоксида титана как в нано-, так и в микродисперсной формах. Судя по
нашим результатам, это действие не однонаправленное, а скорее разнонаправленное. Микродисперсная форма, очевидно, усиливает как процессы
возбуждения, так и торможения, а вторая – процессы торможения в нервной
системе, что соответственным образом, т.е. разнонаправленно, отражается на
различных формах поведения.
Заключение
Проведенные исследования нейротропной активности диоксида титана в
микро- и нанодисперсных формах показали, что в дозе 250 мг/кг это соединение
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
108
Н.А. Кривова, М.Ю. Ходанович, Т.А. Замощина и др.
при введении внутрь в организм крыс в течение 7 сут оказывало выраженное
нейротропное действие в тесте «открытое поле» при суточном мониторировании
общей активности и агрессивного поведения, а также в ЭЭГ-исследованиях.
В микродисперсной форме диоксид титана повышал общую двигательную активность, спектральные мощности основных диапазонов ритмов ЭЭГ крыс,
снижая при этом чувствительность животных к стрессу и их агрессивность, в то
время как нанодисперсная его форма, напротив, понижала общую двигательную
активность и спектральные мощности основных диапазонов ритмов ЭЭГ, не
влияя на агрессивное поведение и чувствительность к стрессу.
Литература
1. Owen R., Depledge M. Nanotechnology and the environment: Risks and rewards // Marine
Pollution Bulletin. 2005. Vol. 50, № 6. P. 609–612.
2. Salomon M. Risks of synthetic nanomaterials for human health // Umweltmedizin in Forschung und Praxis. 2009. Vol. 14, № 1. P. 7–22.
3. Jones C.F., Grainger D.W. In vitro assessments of nanomaterial toxicity // Advanced Drug
Delivery Reviews. 2009. Vol. 61. P. 438–456.
4. Yamamoto A., Honma R., Sumita M., Hanawa T. Cytotoxicity evaluation of ceramic particles of
different sizes and shapes // J. Biomed. Mater. Res. 2004. Part A. Vol. 68A, № 2. P. 244–256.
5. Karlsson H.L., Gustafsson J., Cronholm P., Möller L. Size-dependent toxicity of metal oxide
particles – A comparison between nano- and micrometer size // Toxicology Letters. 2004.
Vol. 188, № 2. P. 112–118.
6. Besov A.S., Krivova N.A., Vorontsov A.V., Zaeva O.B. et al. Air detoxification with nanosize
TiO2 aerosol tested on mice // Journal of Hazardous Materials. 2010. Vol. 173. P. 40–46.
7. Afaq F., Abidi P., Matin R. et al. Cytotoxicity, pro-oxidant effects and antioxidant depletion in
rat lung alveolar macrophages exposed to ultrafine titanium dioxid // Toxicology. 1998.
Vol. 18. Р. 307–312.
8. Warheit D.B., Webb T.R., Sayes C.M. et al. Pulmonary instillation studies with nanoscale TiO2
rods and dots in rats: toxicity is not dependent upon size and surface area // Toxicological
Sciences. 2006. Vol. 91, № 1. P. 227–236.
9. Wang J.J., Sanderson B.J.S., Wang H. Cyto- and genotoxicity of ultrafine TiO2 particles in
cultured human lymphoblastoid cells // Mutation Research. 2007. Vol. 628. P. 99–106.
10. Zhang R., Niu Y., Li Y., Zhao C. et al. Acute toxicity study of the interaction between titanium dioxide nanoparticles and lead acetate in mice // Environmental Toxicology and Pharmacology. 2010. Vol. 30, № 1. Р. 52–60.
11. Fabian E., Landsiedel R., Ma-Hock L. et al. Tissue distribution and toxicity of intravenously
administered titanium dioxide nanoparticles in rats // Archives of Toxicology. 2008. Vol. 82,
№ 3. Р. 151–157.
12. Liao C.-M., Chiang Y.-H., Chio C.-P. Assessing the airborne titanium dioxide nanoparticle-related
exposure hazard at workplace // Journal of Hazardous Materials. 2009. Vol. 162, № 1. Р. 57–65.
13. Dewsbury D.A. Comparative Animal Behavior. N.Y.: McGraw-Hill, 1978. 452 p.
14. Кокаева Ф.Ф. Поведение как критерий поражающего действия техногенных загрязнений среды на организм животных и эффективности мер коррекции: Автореф. дис. ...
д-ра биол. наук. М., 2006. 32 с.
15. Буреш Я., Бурешова О., Хьюстон Дж. Методики и основные эксперименты по изучению мозга и поведения. М.: Высшая школа, 1991. 399 с.
16. Суханов Д.Я., Кривова Н.А., Ходанович М.Ю. Рекламно-техническое описание. Программа оценки двигательной активности крыс в ограниченном прямоугольном пространстве по цифровому видеоизображению «Mouse Express». Свидетельство ОФЕРНиО № 15873 от 16.06.2010. Томск, 2010. 5 с.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Влияние диоксида титана на некоторые функции
109
17. Rotenberg A., Muller P., Birnbaum D. et al. Seizure suppression by EEG-guided repetitive transcranial magnetic stimulation in the rat // Clinical Neurophysiology. 2008. Vol. 119. P. 2697–2702.
18. Лакин Г.Ф. Биометрия. М.: Высшая школа, 1990. 352 с.
19. Симонов П.В. Эмоциональный мозг. М.: Наука, 1981. 215 с.
20. Лоскутова Л.В., Дубровина Н.И. ГАМКb-рецепторы и амнезия мышей с альтернативными стереотипами поведения // Экспериментальная и клиническая фармакология.
2007. № 3. С. 10–12.
21. Амикишиева А.В. Поведенческое фенотипирование: современные методы и оборудование // Информационный вестник Всероссийского общества генетиков и селекционеров. 2009. Т. 13, № 3. С. 529–542.
22. Замощина Т.А. Лития оксибутират и ритмическая структура активно-поискового поведения и температуры тела крыс в постоянных условиях освещения // Экспериментальная и клиническая фармакология. 2000. № 2. С. 12–15.
23. Ливанов М.Н. Пространственная организация процессов головного мозга. М.: Наука,
1972. 181 с.
Поступила в редакцию 15.02.2011 г.
Natalia A. Krivova1, Marina Ju. Khodanovich1, Tatiana A. Zamoshchina2,
Ravil T. Tuhvatulin 1, Olga B. Zaeva1, Dmitry J. Suhanov1, Anna E. Zelenskaja2,
Elizaveta V. Gul2, Anna V. Mikrjukova2
1
Research Institute of Biology and Biophysics of Tomsk State University, Tomsk, Russia
2
Biological Institute of Tomsk State University, Tomsk, Russia
THE INFLUENCE OF THE TITANIUM DIOXIDE ON SOME FUNCTIONS
OF CENTRAL NERVOUS SYSTEM
The perspective of developing technology of creating and using the nanomaterials
(particle size up to 100 na-nometers) attracts a big attention nowadays. Nanoparticles of
titanium dioxide (TiO2) are counted among the most widely used nanoparticles. They are
used for paper, paint, ceramics, food, medicines and cosmetic consumer quality refinement. Microsize titanium dioxide is considered as biologically inactive but action degree
of nanosize titanium dioxide remains unclear. It is known for animal nervous system to
be the most respondent to different exposures. The aim of present research was estimating of neurotropic influence of nanosize titanium dioxide. To perform this an experiment
on rats was conducted. Rats were receiving a piece of attractive food with addition of
fixed dose of nanosize TiO2 (250 mg/kg) for 7 days.
Before and after experiment behavioral activity of rats was tested in "open field"
(number of squares crossed, vertical exploratory activity, head dipping, defecation and
urination, center square duration). Circadian rhythm of the total locomotion activity of
rats and dynamics of the locomotion activity during the whole experiment was carried
out using the day-night camera Axis 221. In addition, spectral analysis of EEG was
performed. EEG was recorded in the parietal cortex in unanesthetized rats using 24channel electroencephalograph "Entsefalan-131-03" (Medicom MTD", Taganrog) in the
frequency range from 0,16 to 70 Hz. It was found that microsize and nanosize TiO2 is expressed the neurotropic effect. The microsize TiO2 increases the total motor activity, the
spectral power of the main bands of the EEG rhythms of rats, but reduces the animal's
sensibility to stress and aggressive behavior. Dioxide, in contrast, reduces the total
motor activity, spectral power of the main bands of the EEG rhythms without affecting
the aggressive behavior of animals and sensitivity to stress.
Key words: titanium dioxide; nanoparticles; microparticles; behaviour; rats.
Received February 15, 2011
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
110
Н.Н. Ильинских, С.А. Козлова, И.Н. Ильинских и др.
Вестник Томского государственного университета. Биология. 2011. № 2 (14). С. 110–116
ЦИТОЛОГИЯ И ГЕНЕТИКА
УДК 575.224.46.044
Н.Н. Ильинских, С.А. Козлова, И.Н. Ильинских,
Е.Н. Ильинских, А.Ю. Юркин
Сибирский государственный медицинский университет (г. Томск)
ЦИТОГЕНЕТИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ В КОСТНОМ МОЗГЕ
КРАСНОЙ ПОЛЕВКИ (Clethrionomys rutilus Pallas), ОБИТАЮЩЕЙ
НА ТЕРРИТОРИИ С ПОВЫШЕННЫМ СОДЕРЖАНИЕМ КАДМИЯ
В ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ (РЕСПУБЛИКА АЛТАЙ)
Установлено, что у красных полевок (Clethrionomys rutilus), отловленных в
районе села Чаган-Узун Республики Алтай, расположенного в зоне геохимической
провинции с высоким природным содержанием в окружающей среде кадмия, повышен уровень клеток костного мозга с нарушениями в числе и структуре хромосом. Корреляционный анализ свидетельствует о том, что имеется прямая зависимость между концентрацией в крови животных кадмия и уровнем некоторых
типов цитогенетических нарушений.
Ключевые слова: геохимическая провинция; кадмий; Республика Алтай;
Clethrionomys rutilus; костный мозг; хромосомные аномалии.
Введение
На территории Республики Алтай располагается значительное количество биогеохимических провинций, которые характеризуются высокой концентрацией в окружающей среде химических элементов или их соединений
природного происхождения. Здесь практически отсутствуют крупные промышленные предприятия, и в связи с этим антропогенный прессинг на природу минимален. Особое внимание привлекает район с. Чаган-Узун, расположенного в зоне геохимической аномалии с высокой концентрацией в горных породах и в почве кадмия. Содержание кадмия в почве в этом месте
превышает фоновые значения более чем в 400 раз, достигая в растениях
уровня 1,6 мг/кг [1]. Установлено, что кадмий ингибирует активность ДНКполимераз, влияет на процессы деконденсации ДНК, нарушает синтез темидилата и тимидинкиназы и соответственно репликации молекул ДНК [2–
4]. У крыс, подвергшихся действию аэрозоля, содержавшего кадмий, развивается рак лёгких [4]. Способность кадмия индуцировать мутации доказана
в работе Л.В. Чопикашвили с соавт. [5].
Учет частоты аберрантных клеток в костном мозге мелких мышевидных
грызунов может быть использован для оценки генотоксических свойств окружающей среды в целом при изучении природных популяций [6–7]. Число
работ по исследованию цитогенетическими методами природных популя-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Цитогенетические изменения в костном мозге
111
ций мелких мышевидных грызунов сравнительно невелико [6–12]. Между
тем важность таких работ состоит в накоплении информации по фоновому
уровню хромосомных нарушений и диапазонам ответа различных видов
при воздействии негативных факторов разной природы. Логично предположить, что у особей, находящихся под воздействием сильного мутагенного
фактора, частота событий, ведущих к генетической нестабильности, существенно возрастает, и это может быть выявлено даже на сравнительно малых выборках, если использовать в качестве маркеров нестабильности цитогенетические показатели [9].
Целью настоящей работы явилось изучение роли кадмия в цитогенетических
изменениях клеток костного мозга у фонового вида – красной полевки (Clethrionomys rutilus), отловленной в районе с. Чаган-Узун Республики Алтай, расположенного в зоне геохимической провинции с высоким содержанием в окружающей среде кадмия, в сравнении с животными того же вида, отловленными вблизи с. Турочак, где в окружающей среде содержание кадмия находится на уровне
кларка земной коры.
Материалы и методики исследования
Всего отловлено 68 особей красной полевки вблизи с. Чаган-Узун, расположенного в зоне кадмиевой геохимической аномалии, и 56 особей – вблизи
с. Турочак (контроль), находящегося в экологически благоприятном регионе.
Отлов зверьков проводили ловушко-линиями из 50 живоловок [12]. Препараты
метафазных хромосом костного мозга приготовляли по общепринятым методам [13–14]. При исследовании учитывали все типы структурных аберраций
хромосом (кроме гепов), а также число гиперплоидных и полиплоидных клеток, анализируя у каждого животного максимальное число доступных для этой
цели клеток. Всего у животных, отловленных вблизи с. Чаган-Узун, проанализировано 5 745, а у животных из окрестностей с. Турочак – 5 756 метафазы.
Для получения интегральной характеристики цитогенетического гомеостаза
была использована балльная оценка, предложенная специалистами из Центра
экологической политики России [15]: 1 балл – условно нормальное состояние –
частота аберрантных клеток до 5%; 2 балла – низкая степень изменения частоты аберрантных клеток в пределах 6–10%; 3 балла – средняя степень изменения частоты аберрантных клеток в пределах 11–15%; 4 балла – высокая степень изменения – частота аберрантных клеток в пределах 16–20%; 5 баллов –
критическое состояние – частота аберрантных клеток выше 20%.
Условно нормальный уровень находится в пределах колебаний спонтанной частоты аберрантных клеток. Существует мнение, что частоты структурных хромосомных аберраций, пробелов, анеуплоидии и полиплоидии у
самцов и самок мелких грызунов разного возраста и вида статистически
значимо не различаются [16]. В связи с тем что кадмий аккумулируется в
организме [17], у животных была определена концентрация кадмия в крови.
Содержание кадмия в крови животного определяли колориметрическим
методом при длине волны 508 нм с использованием спектрофотометра СФ-46
(Россия) [18]. Все пробы высушивались в муфельной печи при температуре
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
112
Н.Н. Ильинских, С.А. Козлова, И.Н. Ильинских и др.
50°С до твердого состояния и истирались в порошок. Аликвотную часть пробы, содержащую ионы кадмия, обрабатывали аммиаком и подвергали экстракции хлороформом, содержащим 0,004% дитизона.
Статистическую обработку данных проводили с применением критерия
Стьюдента для независимых выборок и корреляционного анализа по Спирмену, используя пакет статистических компьютерных программ StatSoft Statistica 6.0 [19]. Критический уровень значимости при проверке статистических гипотез в исследовании принимался равным 0,05.
Результаты исследования
Анализ уровня клеток костного мозга с аномалиями в числе и структуре
хромосом свидетельствует о существенном превышении этих показателей у
животных, обитающих в районе с. Чаган-Узун, по сравнению с данными цитогенетического анализа животных, отловленных вблизи с. Турочак (табл. 1).
Из 56 отловленных особей Турочакской популяции только 8, согласно номенклатуре, предложенной Центром экологической политики России [15],
можно отнести к типу с низкой и средней степенью изменения частоты аберрантных клеток. В остальных случаях число аберрантных клеток не превышало 5%, т.е. отвечало условно нормальному состоянию цитогенетической
изменчивости. В то же время у 87,8% красных полевок, отловленных вблизи
с. Чаган-Узун, наблюдался достоверно повышенный уровень цитогенетических нарушений с достоверным возрастанием числа клеток с одиночными
фрагментами, двухударными хромосомными аберрациями, гиперплоидным и
полиплоидным хромосомными наборами. Среди двухударных хромосомных
аберраций часто наблюдались клетки с дицентрическими и кольцевыми хромосомами. Установлено, что в Чаган-Узунской популяции число аберрантных клеток было минимальным у сеголеток и максимальным – у старых животных. Такой закономерности не отмечено у животных Турочакской популяции. В обеих популяциях отличий в уровне цитогенетических нарушений у
самок и самцов не наблюдалось.
Влияние кадмия как возможной первопричины повышения числа клеток
с цитогенетическими нарушениями в костном мозге у животных ЧаганУзунской популяции видно из данных, приведенных в табл. 2. Особенно
существенные изменения в числе и структуре хромосом зарегистрированы у
животных с содержанием кадмия в крови в концентрации более 1 мкг/л.
Корреляционный анализ свидетельствует о том, что имеется достоверная
прямая зависимость между частотой клеток с цитогенетическими аберрациями и концентрацией кадмия в крови у грызуна (r = 0,92; р < 0,01). С частотой клеток с аберрациями хромосомного типа такой закономерности не
отмечено (r = 0,08; р > 0,05). Корреляционный анализ числа клеток с измененным числом хромосом и показателем концентрации в крови кадмия свидетельствует о том, что прямая зависимость имеется в отношении числа
регистрируемых полиплоидных (r = 0,72; р < 0,01) и гиперплоидных (r = 59;
р < 0,05) клеток.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Цитогенетические изменения в костном мозге
113
Таблица 1
Число клеток костного мозга с хромосомными нарушениями
у красных полевок, обитающих в окрестностях населенных пунктов
Чаган-Узун и Турочак (контроль) Республики Алтай, %
Регистрируемый показатель
Всего клеток с аберрациями хромосом
Число клеток с одиночными фрагментами
Число клеток с хроматидными обменами,
Число клеток с двойными фрагментами
Число клеток с хромосомными обменами
Число клеток с гиперплоидным набором
хромосом
Число клеток с полиплоидным набором
хромосом
Всего клеток с цитогенетическими
нарушениями
* р < 0,01 (Турочакская популяция).
** р < 0,05 (Турочакская популяция).
с. Турочак
(контроль)
n = 56
2,7±0,6
1,9±0,6
0,5±0,2
0,2±0,1
0,1±0,1
с. Чаган-Узун
n = 68
12,1±1,4*
8,8±0,7*
0,7±0,2
1,9±0,2*
0,7±0,2**
0,2±0,1
1,9±0,3*
0,1±0,1
0,8±0,2*
3,0±0,5
14,5±1,8*
Таблица 2
Число клеток костного мозга с цитогенетическими аберрациями
у красных полевок, отловленных в окрестностях с. Чаган-Узун,
в зависимости от содержания в периферической крови животных кадмия, %
Регистрируемый
1-я группа
2-я группа
3-я группа
показатель
n = 23
n = 21
n = 24
Число клеток
с аберрациями хро2,4±0,4
8,2±0,7*
12,0±0,8*
матидного типа
с аберрациями хро0,7±0,3
1,6±0,5
2,8±0,7**
мосомного типа
с гиперплоидным
0,2±0,1
2,6±0,5*
3,9±0,6*
набором хромосом
с полиплоидным
0,1 ±0,1
0,8±0,3*
3,8±0,5*
набором хромосом
Всего клеток с цитогенетическими нару3,3±0,8
13,0±1,1*
22,7±1,2*
шениями
Примечание. Содержание в крови животных кадмия в следующих концентрациях: 1-я
группа – менее 0,5; 2-я группа – от 0,5 до 1,0; 3-я группа – более 1,0.
* р < 0,01 (1-я группа).
** р < 0,05 (1-я группа).
Интегральная оценка состояния цитогенетического гомеостаза у животных, отловленных в окрестностях с. Чаган-Узун [15], свидетельствует, что
критическое состояние хромосомного аппарата соматических клеток наблюдалось у 26,5% красных полевок. Таким образом, более четверти животных в
данной местности имеют хромосомные нарушения, которые могут оказать
влияние на жизнедеятельность и, в случае наличия аналогичных изменений в
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
114
Н.Н. Ильинских, С.А. Козлова, И.Н. Ильинских и др.
генеративных клетках, на репродуктивную активность и возобновляемость
популяции.
Обсуждение результатов исследования
Полученные данные позволяют говорить о существовании в окружающей
среде с. Чаган-Узун мутагенного фактора, способного вызвать у животных существенные цитогенетические аномалии. Корреляционный анализ свидетельствует о том, что высокая концентрация кадмия в крови может обусловить повышение некоторых цитогенетических показателей, в частности числа клеток с
хроматидными аберрациями. Тем не менее у 12,2% отловленных животных число клеток с хромосомными аберрациями было на уровне контроля. Известно, что
кадмий связывается в клетках с металлотионеинами [20–21]. По-видимому, существует генетически обусловленная активация генов, ответственных за продукцию металлотионеинов, и это у животных с определенным генотипом может
способствовать толерантности к токсическому действию кадмия [22].
Одним из гипотетических механизмов, приводящих к появлению клеток с
хромосомными нарушениями при интоксикации кадмием, является его способность лабилизировать мембраны лизосом, что может сопровождаться выходом нуклеаз, разрушающих структуру хромосом [4, 23–24]. Не исключено
и непосредственное влияние кадмия на структуру хромосом за счет влияния
на процессы биосинтеза ДНК [4, 25].
Полученные данные свидетельствуют, что наряду с хроматидными имеет
место повышение числа хромосомных аберраций, среди которых наблюдались
дицентрические хромосомы и кольца. Известно, что такие аберрации характерны для радиационного воздействия [26]. Этому феномену возможны следующие объяснения. Горный Алтай, особенно его западная часть, где находится с. Чаган-Узун, неоднократно подвергалась радиоактивному воздействию в
результате деятельности Семипалатинского атомного полигона. В то же время,
поскольку последнее испытание на атомном полигоне произошло в 1962 г., за
прошедший период окружающая среда практически полностью очистилась от
этих последствий [27]. Не исключено также, что повышение числа клеток с
хромосомными обменами связано с природным радиоактивным фоном из-за
высокого содержания в горах Горного Алтая залежей урановых руд и, в связи с
этим, повышенной эманацией радона в обследуемой местности [28].
Заключение
Таким образом, полученные данные свидетельствуют, что в костном мозге
красных полевок (Clethrionomys rutilus), отловленных в районе с. Чаган-Узун
Республики Алтай, расположенном в зоне геохимической провинции с высоким природным содержанием в окружающей среде кадмия, наблюдается высокий уровень цитогенетических нарушений. Результаты корреляционного
анализа показывают, что имеется прямая зависимость между концентрацией
в крови животных кадмия и уровнем некоторых типов цитогенетических нарушений. Тем не менее наличие среди цитогенетических нарушений двух-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Цитогенетические изменения в костном мозге
115
ударных хромосомных аберраций может свидетельствовать в пользу предположения о существовании среди мутагенных факторов в данной местности
повышенного уровня ионизирующей радиации.
Литература
1. Ельчининова О.А. Микроэлементы в наземных экосистемах Алтайской горной области:
Автореф. дис. … д-ра с.-х. наук. Барнаул, 2009. 35 с.
2. Воробьева Р.С. Кадмий. М.: Наука, 1984. 148 с.
3. Ершов Ю.А., Плетенева Т.В. Механизмы токсического действия неорганических соединений. М.: Наука, 1989. 270 с.
4. Михалева Л.М. Кадмийзависимая патология человека // Архив патологии. 1988. Т. 50,
№ 9. С. 81–85.
5. Чопикашвили Л.В., Скупневский С.В., Руруа Ф.К. Сравнительное изучение тканевого
распределения и мутагенной активности ионов кадмия и цинка с их цианидными комплексами // Генетика. 1981. Т. 27, № 2. С. 226–229.
6. Гилева Э.А., Большаков В.Н., Косарева Н.Л., Габитова А.Т. Частота хромосомных нарушений у синантропных домовых мышей как показатель генотоксического эффекта
загрязнения среды // ДАН. 1992. Т. 325, № 2. С. 1058–1061.
7. Гилева Э.А., Косарева Н.Л. Уменьшение флуктуирующей асимметрии у домовых мышей на территориях, загрязненных химическими и радиоактивными мутагенами //
Экология. 1994. № 3. С. 94–97.
8. Гилева Э.А., Косарева Н.Л., Любашевский Н.М., Бахтиярова М.Ф. Изменчивость частоты хромосомных нарушений, индуцированных антропогенными поллютантами, у домовой мыши из Гиссарской долины // Экология. 1993. № 1. С. 62–70.
9. Гилева Э.А., Любашевский Н.М., Стариченко В.И. и др. Наследуемая хромосомная нестабильность у обыкновенной полевки (Microtus arvalis) из района Кыштымской ядерной аварии – факт или гипотеза? // Генетика. 1996. Т. 32, № 1. С. 114–119.
10. Крюков В.И., Толстой В.А., Долгополова Г.В. Влияние химического загрязнения экосистем долины реки Вахш на частоту хромосомных нарушений у грызунов // Экология.
1993. № 1. С. 62–70.
11. Померанцева М.Д., Рамайя Л.К., Чехович А.В. Генетические последствия аварии на Чернобыльской АЭС у домовых мышей (Mus musculus) // Генетика. 1996. Т. 32. С. 298–303.
12. Ларина Н.И., Голикова В.Л., Лебедева Л.А. Учебное пособие по методике полевых исследований экологии наземных позвоночных. Саратов: Изд-во Саратов. ун-та, 1981. 120 с.
13. Орлов В.Н., Чудиновская Г.А., Крюкова Е.Н. Исследование хромосомных наборов млекопитающих: Метод. руководство. М.: Наука, 1976. 36 с.
14. Макгрегор Г., Варли Дж. Методы работы с хромосомами животных. М.: Мир, 1986.
256 с.
15. Захаров В.М., Баранов А.С., Борисов В.И. Здоровье среды: методика оценки. М.: Центр
экологич. политики России, 2000. 65 с.
16. Гилева Э.А., Ракитин С.Б., Чепраков М.И. Геномная нестабильность у рыжей полевки:
популяционно-экологические аспекты // Экология. 2006. № 4. С. 301–307.
17. Тугарев А.А. Влияние кадмия на морфофункциональные характеристики эритроцитов:
Автореф. дис. … канд. биол. наук. М., 2008. 22 с.
18. Сендел Е. Колориметрические методы определения следов металлов. М.: Наука, 1964. 672 с.
19. SAS Institute Inc. SAS/STAT TM User’s Guide, Version 6, 1989. Cary NC. N.Y.: SAS Institute Inc., 1989. 324 р.
20. Foulkes E.C. On the mechanism of cellular cadmium uptake // Biol. Trace. Elem. Res. 1989.
Vol. 21, № 4. P. 195–200.
21. Min K.S., Ohyanagi N., Ohta M. Effect of erythropoiesis on splenic cadmiummetallothionein
level following an injection of CdC12 in mice // Toxicol. Appl. Pharmacol. 1995. Vol. 134,
№ 2. P. 235–240.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
116
Н.Н. Ильинских, С.А. Козлова, И.Н. Ильинских и др.
22. Tanaka K., Min K.S., Onosaka S. The origin of metallothionein in red blood cells // Toxicol.
Appl. Pharmacol. 1985. Vol. 78, № 1. P. 63–68.
23. Braeckman В., Brys K., Rzeznik U. Cadmium pathology in an insect cell line: ultrastructural
and biochemical effects // Tissue and Cell. 1999. Vol. 31, № 1. P. 45–52.
24. Al-Nasser Ibrahim A. Cadmium hepatotoxity and alteration of the mitochondrial function //
J. Toxicol. Clin. Toxicol. 2000. Vol. 38, № 4. P. 407–413.
25. Волкова Н.А., Карплюк И.А. Изучение мутагенной активности кадмия при пероральном
поступлении // Российский медицинский журнал. 1990. № 5. С. 74–75.
26. Edwards A.A., Lloyd D.C., Prosser J.S. Chromosome aberrations in human lymphocytes:
A radiobiological review. London: Academic Press, 1998. 432 p.
27. Ильинских Н.Н., Булатов В.И., Адам А.М. Радиационная экогенетика России. Томск:
Изд. Сиб. мед. ун-та, 1998. 290 с.
28. Булатов В.И. Россия радиоактивная. Новосибирск: ЦЭРИС, 1996. 271 с.
Поступила в редакцию 19.11.2010 г.
Nikolay N. Ilyinskikh, Svetlana A. Kozlova, Irina N. Ilyinskikh,
Ekaterina N. Ilyinskikh, Alexander Yu. Yurkin
Siberian State Medical University, Tomsk, Russia
CYTOGENETIC ABERRATIONS IN THE BONE MARROW OF RED-BACKED
VOLES (Clethrionomys rutilus Pallas) LIVING IN AN AREA OF HIGH
CADMIUM CONTENT, ALTAI REPUBLIC
It has studied a population of red-blacked vole (Clethrionomys rutilus) caught in the
vicinity of the settlement of Chagan-Uzun, Altai Republic, which located in a geochemical area of high cadmium content in the environment. It has been determined significantly high frequency of chromosomal aberrated cells in the bone marrow of the voles.
About 87,8% of the voles caught nearby Chagan-Uzun have significantly high frequency
of cells with chromatid acentric fragments, chromosomal aberrations as well as hyperand polyploidy cells. Dicentric and ring chromosomes predominated among the chromosome aberrations. It was found that the frequency of chromosomal aberrant cells was
positively correlated with the age of the animals. The correlation has not determined in
the control vole population of Turochak. The highest frequency of chromosomal aberrations was found in a group Chagan-Uzun voles with cadmium blood concentration above
1 mkg/l. The high blood cadmium content may be a principal cause of cytogenetical aberrations in the animal. It has been found good positive correlations between the cadmium blood content and the frequency of some types of cytogenetic aberrations in the
marrow cells of the animals. Integral estimation of cytogenetical homeostasis according
to the Russian Ecological Politics Center in the Chagan-Uzun vole population was
shown that about 26,5% of the population had critical state of cytogenetical apparatus.
Thus, above 25% of the vole Chagan-Uzun population have chromosomal aberrations,
which can have negative effects on generative cells and reproduction.
Key words: geochemical area; cadmium; Altai Republic; red-backed vole; bone
marrow; chromosome aberrations.
Received November 19, 2010
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Инверсионный полиморфизм природных популяций малярийного комара
117
Вестник Томского государственного университета. Биология. 2011. № 2 (14). С. 117–121
УДК 575.17
1
А.М. Русакова1, Г.Н. Артемов1, В.Н. Стегний1, 2
Обособленное структурное подразделение «Научно-исследовательский институт
биологии и биофизики Томского государственного университета» (г. Томск)
2
Биологический институт Томского государственного университета (г. Томск)
ИНВЕРСИОННЫЙ ПОЛИМОРФИЗМ ПРИРОДНЫХ ПОПУЛЯЦИЙ
МАЛЯРИЙНОГО КОМАРА (Anopheles messeae Fall.)
ВОСТОЧНОЙ ЧАСТИ АРЕАЛА
Работа выполнена при финансовой поддержке ФЦП «Научные
и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009–2013 гг.»
(ГК № 02.740.11.0278; ГК № П801; ГК №П914).
Проведено цитогенетическое исследование природных популяций Anopheles
messeae Fall. восточной части видового ареала: две популяции г. Красноярска, популяция г. Иркутска и популяция г. Гусиноозерска (Республика Бурятия). Установлено, что
в изученных популяциях доминировали особи с хромосомными вариантами XL11 и 2R00.
Различие популяций наблюдалось по частотам инверсионных генотипов в 3R хромосоме: в популяции г. Красноярска преобладали комары с вариантом 3R00, а в популяции г.
Гусиноозёрска – с вариантом 3R11. По хромосоме 3L в популяциях г. Красноярска доминировали особи с хромосомным вариантом 3L00, а г. Гусиноозерска – с вариантом
3L11. В выборках г. Красноярска обнаружены малярийные комары An. beklemishevi.
Частотное распределение инверсионных генотипов в изученной части ареала
An. messeae остаётся неизменным в течение длительного времени.
Ключевые слова: инверсионный полиморфизм; малярийные комары; Anopheles.
Введение
Многочисленные цитогенетические исследования представителей отряда
Diptera показали, что распространённой формой хромосомного полиморфизма популяций в данной систематической группе является полиморфизм по
парацентрическим инверсиям [1–3]. Сезонная цикличность и клинальное
распределение частот инверсий по ареалам полиморфных видов двукрылых
насекомых служат доказательством адаптивной роли инверсионного полиморфизма в природе [4–8].
Малярийные комары Anopheles комплекса maculipennis являются удобным
объектом для цитогенетических исследований. Этот комплекс включает девять видов, в том числе вид Anopheles messeae Fall., который имеет огромный
ареал и населяет почти всю бореальную область Палеарктики. An. messeae
относится к полиморфным видам и имеет пять инверсий, широко распространённых по ареалу в гомо- и гетерозиготном состояниях [9–10]. Частоты
инверсий в популяциях An. messeae связаны с климатическими и экологическими условиями обитания комаров и имеют клинальный характер, что позволяет сделать вывод о важной роли инверсий в видовой системе генетической адаптации этих насекомых [9–10].
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
118
А.М. Русакова, Г.Н. Артемов, В.Н. Стегний
В последние несколько лет появились сведения об изменении границ видового ареала и частот инверсий в популяциях комаров комплекса maculipennis. Исследователи связывают подобные изменения с потеплением климата
[11–12]. На наш взгляд, приведенная в литературе информация недостаточна
для оценки воздействия глобального изменения температуры на структуру
популяций малярийных комаров. Малярийный комар An. messeae с его обширным ареалом и подробно изученным инверсионным полиморфизмом
чрезвычайно удобен для этих целей. Популяционно-генетический анализ этого вида необходимо проводить, охватывая популяции всего видового ареала,
а также в сравнении с ранее проведенными исследованиями.
Целью настоящей работы является сравнительный цитогенетический анализ инверсионного полиморфизма малярийных комаров An. messeae из нескольких географически разобщённых природных популяций восточной части ареала вида.
Материалы и методики исследования
В настоящей работе проведен цитогенетический анализ природных популяций
малярийных комаров An. messeae следующих географических районов: Красноярский край (две популяции), Иркутская область, Республика Бурятия. Места сбора,
дата и объём выборок малярийных комаров представлены в таблице.
Место, дата сбора и объём выборок малярийных комаров
Место сбора
Красноярский край (г. Красноярск)
с. Старцево (№ 1)
п. Емельяново (№ 2)
Иркутская область, ст. Вересовка (г. Иркутск)
Республика Бурятия (г. Гусиноозёрск)
Дата сбора
Число изученных особей, экз.
04.08.2008
05.08.2008
08.08. 2008
09.08.2008
5
8
73
43
Выборки малярийных комаров из Красноярского края были объединены,
так как не имели статистически значимых отличий (p < 0,05) по частотам инверсионных генотипов всех хромосом.
Для проведения цитогенетического анализа фиксировали яичники на 2–
4-й стадии развития по Cella [13]. Препараты политенных хромосом готовили
по стандартной лактоацетоорсеиновой методике [2] и анализировали под
микроскопом Axiostar plus («Zeiss», Германия). Цитогенетическую диагностику видов и обозначение инверсий проводили с использованием стандартных карт политенных хромосом [6, 10, 14].
Статистическая обработка и построение графиков выполнены в программе
Statsoft Statistica for Windows 6.0. Статистическую значимость отличий оценивали с помощью t-критерия Стьюдента и теста Манна–Уитни. Данные на рис. 1
представлены в виде частот особей с указанием ошибки доли выборочности.
Результаты исследований и обсуждение
В четырех выборках малярийных комаров были найдены особи, принадлежащие к двум видам: An. messeae и An. beklemishevi. Причем An. bek-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Инверсионный полиморфизм природных популяций малярийного комара
119
lemishevi был обнаружен только в выборке г. Красноярска, где проходит восточная граница его ареала [14–15]. An. messeae обнаружен во всех выборках,
результат анализа распределения частот инверсионных генотипов этого комара представлен на рис. 1.
XL
Доля особей
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
Красноярск
И ркутск
_00
_01
Гусиноозёрск
_11
2R
Доля особей
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
Красноярск
И ркутск
_00
_01
Гусиноозёрск
_11
3R
Доля особей
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
Красноярск
И ркутск
_00
_01
Гусиноозёрск
_11
3L
Доля особей
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
Красноярск
И ркутск
_00
_01
Гусиноозёрск
_11
Рис. 1. Распределение частот инверсионных генотипов
в природных популяциях An. messeae:
00, 01, 11 – инверсионные генотипы; XL, 2R, 3R, 3L – хромосомы
В популяциях г. Красноярска (№ 1, № 2) выявлено три инверсионных генотипа: XL00, XL01 и XL11. Особи с генотипом XL11 преобладали с частотой 64%.
В популяциях гг. Иркутска и Гусиноозерска все комары имели генотип XL11. По
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
120
А.М. Русакова, Г.Н. Артемов, В.Н. Стегний
хромосоме 2R в четырех популяциях распределение частот генотипов было
сходным: доминировали особи с генотипом 2R00 (88–90%), около 10% имели
генотип 2R01, в то время как комаров с 2R11 не было ни в одной выборке (см. рис.
1). По 3R наблюдали замещение альтернативных гомозигот в долготном направлении. В западных популяциях (Красноярск (№ 1, № 2)) кариотип 3R11 отсутствует, тогда как в восточной популяции (г. Гусиноозёрск) этот вариант представлен уже у 80% особей (см. рис. 1). В популяциях гг. Красноярска и Иркутска по
3L хромосоме преобладает генотип 3L00, при этом в г. Иркутске доля гетерозигот
3L01 значительно больше (рис. 1). В популяции г. Гусиноозёрска представлены
все инверсионные генотипы по 3L хромосоме. Генотип 3L11, не обнаруженный в
популяциях гг. Красноярска и Иркутска, в г. Гусиноозёрске составляет 36%.
Анализ цитогенетических данных выявил статистические отличия популяций
An. messeae только по частотам инверсий в третьей хромосоме. Так, по 3R хромосоме отличаются популяции гг. Иркутска и Гусиноозёрска, а по 3L хромосоме
– популяции г. Красноярска от популяций гг. Иркутска и Гусиноозёрска.
Полученные результаты в целом согласуются с исследованиями, проведенными в 1970-х гг., когда в западной части ареала преобладали гомозиготы
XL00, а в восточной – XL11; в центральных и южных популяциях доминировали гомозиготы 2R00; по инверсии 3R1 с запада на восток ареала наблюдалось постепенное замещение гомозигот 3R00 на 3R11; гомозиготы 3L00 и гетерозиготы 3L01 преобладали в большей части изученных популяций, но к северу и востоку ареала увеличивалась доля гомозигот 3L11 [9–10].
Таким образом, частотное распределение инверсионных вариантов устойчиво во времени, что позволяет утверждать о стационарности видового кариофонда An. messeae в восточной части ареала.
Литература
1. Keyl H.G. Сhromosomenevolution bei Chironomus. Chromosomenumbauten und phulogenetishe
Beriehungen der Arten // Chromosoma. 1962. Vol. 13. P. 464–495.
2. Кабанова В.М., Карташова Н.Н., Стегний В.Н. Кариологическое исследование природных
популяций малярийного комара в Среднем Приобье. Сообщение I. Характеристика кариотипа Anopheles maculipennis messeae // Цитология. 1972. Т. 14, № 5. С. 630–636.
3. Чубарева Л.А. Хромосомный полиморфизм в природных популяциях кровососущих мошек
и некоторых других двукрылых насекомых // Цитология. 1974. Т. 6, № 3. С. 267–280.
4. Дубинин Н.Д., Тиняков Г.Г. Климат и распространение инверсий по ареалу вида Drosophila funebris // Доклады АН СССР. 1947. Т. 56, № 9. С. 965–968.
5. Dobzhansky Th. Genetics of natural populations. XXVII. The genetic changes in populations of Drosophila pseudoobscura in America soutwest Evolution // Genetics. 1958. Vol. 44. P. 280–293.
6. Стегний В.Н., Кабанова В.М., Новиков Ю.М. Кариотипические исследования малярийного комара // Цитология. 1976. Т. 18, № 6. С. 760–766.
7. Плешкова Г.Н., Стегний В.Н., Новиков Ю.М., Кабанова В.М. Инверсионный полиморфизм малярийного комара Anopheles messeae. Сообщение III. Временная динамика
концентраций инверсий в популяции центра ареала // Генетика. 1978. Т. 14, № 12.
С. 2169–2176.
8. Перевозкин В.П. Научно-практическое руководство по малярии. Томск: Изд-во Том. унта, 2007. С. 105.
9. Стегний В.Н., Кабанова В.М., Новиков Ю.М., Плешкова Г.Н. Инверсионный полиморфизм малярийного комара Anopheles messeae. Сообщение I. Распространение инверсий
по ареалу вида // Генетика. 1976. Т. 12, № 4. С. 47–55.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Инверсионный полиморфизм природных популяций малярийного комара
121
10. Стегний В.H. Инверсионный полиморфизм малярийного комара Anopheles messeae.
Сообщение IV. Стационарность частотного распределения инверсий по ареалу вида //
Генетика. 1983. Т. 19, № 3. С. 466–473.
11. Новиков Ю.М. Эффекты глобального потепления: направленная динамика пропорции вида
Anopheles и цитогенетическая структура таксона Anopheles messeae Fall Западной Сибири // Материалы научных чтений «Проблемы эволюционной цитогенетики, селекции и
интродукции». Томск: Изд-во Том. ун-та, 1997. С. 39.
12. Маркович Н.Я. Реакция биоты на потепление климата в Европе // Медицинская паразитология и паразитарные болезни. 2003. Т. 15. С. 23–26.
13. Руководство по медицинской энтомологии / Под ред. В.П. Дербеневой-Уховой. М.:
Медицина, 1974. 360 с.
14. Стегний В.Н., Новиков Ю.М., Кабанова В.М. Цитогенетический анализ и распространение малярийного комара Anopheles beklemishevi // Зоологический журнал. 1978.
Т. 57, № 6. С. 871–876.
15. Стегний В.Н. Популяционная генетика и эволюция малярийных комаров. Томск: Издво Том. ун-та, 1991. С. 135.
Поступила в редакцию 15.02.2011 г.
1
1
Antonina M. Rusakova , Gleb N. Artemov , Vladimir N. Stegniy1, 2
1
Research Institute of Biology and Biophysics of Tomsk State University, Tomsk, Russia
2
Biological Institute of Tomsk State University, Tomsk, Russia
THE INVERSION POLYMORPHISM OF NATURAL POPULATIONS OF MALARIAL
MOSQUITO Anopheles messeae IN EAST PART OF A SPECIFIC AREAL
In the present study the cytogenetic investigation of four Anopheles messeae natural populations (two from Krasnoyarsk region, one from Irkutsk region and one from Gusinoozersk in
Buryat Republic) in east species areal has been conducted. The two sample species from Krasnoyarsk region have been united in one since they had no statistically significant differences
(p<0,05) of frequency of inversion genotypes of all chromosomes. For cytogenetics analysis the
lactoacetoorsein preparations of polytenic chromosomes of ovarian’s nurse cells have been
made. For cytogenetics diagnostics of species and identification of inversions the standard maps
of polytene chromosomes were used. Statistical significance of differences was estimated by
means of a Student's t-test and Mann-Whitney U-test by using Statistica 6.0. The results of the research of four samples presented in the given work have shown the presence of An. beklemishevi
and An. messeae. The An. beklemishevi has been only found in samples of Krasnoyarsk, where
eastern boundary of its areal passes. The An. messeae has been found in all samples. In Krasnoyarsk populations three variants of inversions genotypes: XL00, XL01 и XL11 have been revealed. The XL11 variant prevailed (64%). In Irkutsk and Gusinoozersk populations all individuals have XL11 chromosome genotype. Frequency distribution of inversion genotypes of chromosome 2 in four populations was similar: 2R00 were predominating in all populations. The 2R11
were not observed. Replacement of alternative homozygotes at 3R in a longitudinal direction was
observed. In the western populations (Krasnoyarsk) the karyotype 3R11 is absent, whereas in east
population (Gusinoozersk) this variant is presented with 80 % of individuals. 3L00 predominate
in Krasnoyarsk and Irkutsk populations, but in Irkutsk a share of 3L01 heterozygote is much more.
In population of Gusinoozersk all inversion genotypes of 3L chromosome are presented . The
3L11 genotype, which is not found in populations of Krasnoyarsk and Irkutsk, in Gusinoozersk
was 36 %. The analysis of the cytogenetic data has revealed statistical differences of populations
An. messeae only on frequencies of inversions in the third chromosome. Populations of Irkutsk
and Gusinoozersk differ on 3R chromosome. Population of Krasnoyarsk differs from Irkutsk and
Gusinoozersk population on 3L chromosome.
Key words: inversion polymorphism; malarial mosquito; Anopheles messeae.
Received February 15, 2011
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Л.Г. Бабешина, Н.С. Рогова, Н.К. Рыжакова и др.
122
Вестник Томского государственного университета. Биология. 2011. № 2 (14). С. 122–131
ЭКОЛОГИЯ
УДК 581.5; 574.21
Л.Г. Бабешина1, Н.С. Рогова2, Н.К. Рыжакова2, А.А. Зверев3,
В.Г. Меркулов2
1
Сибирский государственный медицинский университет (г. Томск)
Физико-технический институт Национального исследовательского
Томского политехнического университета (г. Томск)
3
Биологический институт Томского государственного университета (г. Томск)
2
КОРРЕЛЯЦИОННАЯ ЗАВИСИМОСТЬ МЕЖДУ СОДЕРЖАНИЕМ
ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ В СФАГНОВЫХ МХАХ
И ИХ ЭКОЛОГИЧЕСКИМИ ОПТИМУМАМИ ПО ТРОФНОСТИ
И УВЛАЖНЕНИЮ
Представлены экологические оптимумы 26 видов рода Sphagnum по факторам
трофности и увлажнения, рассчитанные по экологическим шкалам Л.Г. Рамен-ского,
И.А. Цаценкина и Д.Н. Цыганова. В исследованных видах мхов, отобранных на территории Западно-Сибирской равнины, измерено содержание 27 химических элементов,
определенных в этих мхах с помощью нейтронно-активационного анализа. С помощью
рангового коэффициента корреляции Спирмена проведена оценка корреляционной зависимостей между содержанием химических элементов в сфагновых мхах и их экологическими оптимумами по трофности и увлажнению. В результате установлена значимая корреляция по трем используемым шкалам между концентрациями K, Mn, Rb,
Zn и экологическими оптимумами исследуемых растений. Данные проведенной работы
позволяют, не проводя прямых измерений, оценить содержание этих элементов в
сфагновых мхах в зависимости от их экологических оптимумов.
Ключевые слова: сфагновые мхи; элементный состав; корреляция; экологические шкалы; факторы увлажнения и трофности.
Введение
Сфагновые мхи играют важную роль в растительном покрове, так как часто являются эдификаторами и доминантами болотных сообществ. Это обстоятельство позволяет использовать их в качестве биоиндикаторов и дает
возможность, не проводя прямых измерений параметров среды, дать характеристику фитоценозу. Например, судить о содержании химических элементов
в этих растениях без проведения дорогостоящих и трудоемких анализов. Знание корреляционной зависимости между концентрациями элементов в сфагновых мхах с их экологическими оптимумами могло бы существенно облегчить эту задачу, а при работе с торфяной залежью – определить вероятные
изменения условий среды обитания растений.
Целью данной работы является оценка корреляционной зависимости содержания химических элементов в различных видах сфагновых мхов от их
экологических оптимумов по увлажнению и трофности.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Корреляционная зависимость между содержанием химических элементов
123
Материалы и методики исследования
Для исследований отбирали образцы мхов в 2004–2009 гг. на территории
Западно-Сибирской равнины: болото Чагинское (в черте г. Томска), болото
Кирсановское (на расстоянии 25 км от г. Томска), Бакчарское болото (15 км
от п. Плотниково Томской области), болото Кукушкино (Ханты-Мансийский
автономный округ) и тундро-болото в 20 км от Нового Уренгоя (ЯмалоНенецкий автономный округ), произрастающих в оптимальных экологических условиях для каждого вида.
Объектами исследования являлись 26 видов рода Sphagnum L.: S. aongstroemii Hartm., S. angustifolium (C. Jens. ex Russ.) C. Jens., S. balticum (Russow) C. Jens., S. capillifolium (Ehrh.) Hedw., S. centrale C. Jens., S. compactum
Lam. & DC., S. contortum Schultz, S. fallax (H. Klinggr.) H. Klinggr., S. fimbriatum Wilson, S. fuscum (Schimp.) Klinggr., S. girgensohnii Russow, S. jensenii
H. Lindb., S. lenense H. Lindb. ex Savicz, S. lindbergii Schimp., S. magellanicum
Brid., S. majus (Russow) C. Jens., S. palustre L., S. papillosum Lindb., S. riparium
Ångstr., S. rubellum Wils., S. russowii Warnst., S. squarrosum Crome, S. subsecundum Ness., S. teres (Schimp.) Ångstr., S. warnstorfii Russ., S. wulfianum Girg.
Определение элементного состава проводили нейтронно-активационным методом на исследовательском реакторе Томского политехнического университета.
Измельченную дерновину сфагновых мхов прессовали в форме таблеток массой
0,1–0,4 г и диаметром 1 см. Для определения содержания элементов по долгоживущим изотопам таблетки помещали в алюминиевую фольгу и вместе с эталонными образцами облучали в реакторе потоком тепловых нейтронов 5,5·1013 нейтронов/см2·с в течение 5 ч. После окончания облучения пробы выдерживали в
течение недели, что необходимо для спада активностей Na24. С помощью полупроводникового гамма-спектрометра измеряли удельные активности каждой
анализируемой пробы. Сравнивая интенсивности аналитических гамма-линий
радионуклидов определяемых элементов с интенсивностью соответствующих
гамма-линий стандартных образцов, рассчитывали содержание определяемых
элементов. В качестве образцов сравнения (эталонов) использованы стандарты
МАГАТЭ FFA (Fine Fly Ash) – пыль летучая и злаковая травосмесь типа СБМ –
02. Погрешность измерений составляет до 10–15%.
Подготовка базы геоботанических описаний и расчет фитоиндикационных
параметров сфагновых мхов выполнены в программе IBIS 6.0 [1] в соответствии с методикой [2].
Измерение силы связи между содержанием химических элементов в различных видах сфагновых мхов и их экологическими оптимумами по увлажнению и трофности среды обитания производили с помощью рангового коэффициента корреляции Спирмена [3] (для несвязанных рангов):
ρS = 1 −
6∑ ( R1 − R2 ) 2
n( n 2 − 1)
,
где R1–R2 – разность рангов двух признаков; n – объем выборочных совокупностей.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
124
Л.Г. Бабешина, Н.С. Рогова, Н.К. Рыжакова и др.
В случае отсутствия связи ρS равен нулю; при прямой связи коэффициент
ρS – положительная правильная дробь, при обратной связи – отрицательная
[4]. В случае связанных (совпадающих) рангов рассчитываются соответствующие поправки [5]. Этот непараметрический метод позволяет сопоставлять
показатели при малом объеме выборочной совокупности, к тому же он не
связан ограничениями относительно характера распределения признаков.
Статистическая обработка и построение графиков выполнено в программе
StatSoft Statistica 8.0 [6].
Результаты исследования и обсуждение
Распространение сфагновых мхов тесно связано с богатством минерального питания (трофностью) и степенью увлажнения фитоценоза. Данные виды
мхов служат классическим примером гидрофильных растений, обитающих на
бедных субстратах. Оценка экологических условий местообитаний сфагновых мхов проведена нами на основе экологических шкал по двум факторам
среды трех авторов [7, 8]. Шкала по фактору трофности (плодородия, или
активного богатства) почв Л.Г. Раменского и др. [9] и И.А. Цаценкина и др.
[10] включает 30 ступеней (градаций): от крайне бедных (1-я ступень) до
очень богатых (16-я ступень), а по степени засоления – от слабо засоленных
(17-я ступень) до сильно засоленных (30-я ступень). Шкала Д.Н. Цыганова по
солевому режиму почв [11] включает 19 ступеней: от особо бедных почв
(1-я ступень) до злостных солончаков (19-я ступень). Шкала увлажнения
Л.Г. Раменского и др. [9] и И.А. Цаценкина и др. [10] включает 120 ступеней:
от засушливого режима (1–17-я ступени) до водного (104–120-я ступени), а
шкала Д.Н. Цыганова [11] – 23: от пустынного режима (1-я ступень) до водного (23-я ступень).
Рассчитанные нами ранее экологические оптимумы [7, 8] по двум экологическим факторам с помощью трех шкал приведены в табл. 1. Данные по
трофности показывают, что все исследуемые виды рода Sphagnum входят в
две экологические свиты: олиготрофофитов и мезотрофофитов [8, 12]. Следовательно, они предпочитают расти на субстратах крайне бедных или с умеренным содержанием элементов минерального питания. Оптимумы по увлажнению сфагновых мхов показывают, что они являются представителями
двух экологических свит: мезофиты и гидрофиты [7, 12].
Следует принять во внимание, что минеральные элементы субстрата болот (торфа) являются труднодоступными для сфагновых мхов, так как восходящий и боковой ток влаги в дерновине ограничен по нескольким причинам.
В жаркую погоду идет активное обсыхание верхней части сфагновой дерновины и капиллярный ток влаги прерывается. Сухая часть живого мха выполняет роль своеобразной мульчи, препятствуя вертикальному движению влаги
и ее интенсивному испарению. Боковой сток ограничен за счет положения
сфагновых болот на равнинных участках [12]. По этой причине минеральное
питание сфагновых мхов очень скудное, а его источником служат в основном
атмосферная пыль и небольшое количество солей, растворенных в осадках.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Корреляционная зависимость между содержанием химических элементов
125
Следовательно, степень увлажнения сфагновых мхов может оказывать некоторое влияние на количество элементов в этих растениях. Водный режим
сфагновых мхов характеризуется постоянно избыточным увлажнением субстрата и воздуха, в которых вода нередко выступает на поверхность или
встречается на слабо дренируемых равнинных участках [4, 12].
Таблица 1
Оптимумы по факторам увлажнения и трофности, рассчитанные
по трем экологическим шкалам
Вид рода
Л.Г. Раменский
И.А. Цаценкин
Д.Н. Цыганов
Sphagnum Увлажнение Трофность Увлажнение Трофность Увлажнение Трофность
S. angusti87,24
2,95
78,84
6,76
15,48
4,14
folium
S. aong88,58
4,55
79,95
7,15
15,84
4,45
stroemii
S. balticum
93,90
1,94
83,98
5,46
16,09
3,60
S. capilli80,65
3,24
73,10
6,78
14,90
3,90
folium
S. centrale
92,92
4,40
80,09
7,31
15,87
4,60
S. compactum
94,33
2,79
86,05
4,95
16,06
3,85
S. contortum
95,13
5,44
83,79
7,40
16,50
4,28
S. fallax
93,73
3,77
86,41
5,81
16,06
4,14
S. fimbriatum
94,86
6,96
79,37
7,79
15,38
5,00
S. flexuosum
96,62
5,58
82,30
6,84
16,04
4,70
S. fuscum
85,35
2,20
77,60
5,98
15,16
3,63
S. girgensoh81,31
5,08
73,21
7,65
14,79
4,77
nii
S. jensenii
97,06
3,80
87,70
6,50
16,95
3,97
S. lenense
82,91
3,86
76,66
6,39
14,82
3,99
S. lindbergii
95,55
3,52
86,04
6,12
16,57
3,94
S. magellani89,03
2,90
79,46
7,00
15,60
4,13
cum
S. majus
98,76
2,91
88,40
6,58
17,62
3,17
S. obtusum
96,88
5,43
85,22
6,85
16,42
4,22
S. palustre
93,65
4,89
80,96
7,44
15,76
4,58
S. papillosum
93,69
2,49
85,05
5,85
16,43
3,35
S. riparium
98,37
6,74
81,35
6,44
15,33
4,22
S. rubellum
92,88
2,01
83,08
5,51
15,93
3,53
S. russowii
85,87
4,11
77,70
7,29
15,32
4,47
S. squarrosum
93,04
6,69
78,77
7,90
15,58
5,20
S. subsecun95,07
5,43
86,33
6,85
16,38
4,54
dum
S. teres
90,99
5,72
79,40
7,41
15,60
4,66
S. warnstorfii
90,91
5,42
78,70
7,22
15,59
4,41
S. wulfianum
82,66
5,40
73,46
7,76
14,68
4,77
Примечание. Оптимумы выражены в ступенях соответствующих шкал [9–11].
В образцах исследуемых видов сфагновых мхов определили количество
27 элементов. Из них к макроэлементам (концентрация которых в растении
превышает 0,01%) относятся Ca, K, Na, Mn и Fe; к микроэлементам (концентрация от 0,00001 до 0,01%) – As, Ba, Br, Ce, Co, Cr, Cs, Hf, La, Mo, Rb, Sb,
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
126
Л.Г. Бабешина, Н.С. Рогова, Н.К. Рыжакова и др.
Sc, Sm, Zn, Th, Sr, U; к ультрамикроэлементам (концентрация которых ниже
0,00001%) – Eu, Lu, Tb, Yb (табл. 2).
Таблица 2
Концентрации химических элементов, усредненные по 26 видам рода Sphagnum
Среднее
Среднее
Среднее
Среднее
значение, Элемент значение, Элемент значение, Элемент значение,
мг/кг
мг/кг
мг/кг
мг/кг
K
9593±1788,9
Rb
23±3,4
La
0,86±0,24
Hf
0,12±0,031
Ca
2467±260,9
Sr
11±1,7
Cs
0,39±0,06
U
0,11±0,031
Fe
1710±536,6
Br
5,5±0,6
Mo
0,39±0,10
Yb
0,06±0,021
Na
544±68,6
Cr
5,3±1,6
Th
0,18±0,05
Eu
0,03±0,010
Mn
200±28,7
Ce
1,6±0,54
Sm
0,15±0,03
Tb
0,02±0,006
Ba
45±6,5
Co
1,3±0,59
Sc
0,14±0,02
Lu
0,01±0,003
Zn
33±2,4
As
0,91±0,25
Sb
0,13±0,01
Примечание. Средние значения приведены со статистической ошибкой среднего.
Элемент
Для всех исследованных видов мхов производили ранжирование концентраций по каждому элементу. При оценке индивидуальной накопительной
способности исследуемых видов относительно экологической приуроченности для каждого вида мха суммировали ранги всех элементов и сравнивали с
рангами его оптимумов. Полученные коэффициенты ранговой корреляции
Спирмена по всем исследуемым видам и по оптимумам трех экологических
шкал оказались меньше критического значения [13. C. 264–265] (ρкр = 0,39
для уровня значимости α = 0,05 и n = 26), что можно считать подтверждением
преобладания атмосферного питания у сфагновых мхов.
Таблица 3
Значения коэффициента корреляции Спирмена между концентрациями элементов
в растениях рода Sphagnum и их оптимумами по трофности, рассчитанными
по экологическим шкалам Л.Г. Раменского (1), И.А. Цаценкина (2),
Д.Н. Цыганова (3)
Элемент
Элемент
1
2
3
1
2
3
As
–0,02
–0,11
–0,14
Mn
0,18
0,38
0,37
Ba
0,19
0,19
0,13
Mo
0,19
0,20
0,42
Br
0,28
Na
0,15
–0,02
0,16
0,60
0,39
Ca
0,29
Rb
0,41
0,47
0,65
0,45
0,56
Ce
0,25
0,28
0,29
Sb
–0,37
–0,05
–0,23
Co
0,32
0,32
Sc
–0,24
–0,10
–0,13
0,55
Cr
–0,14
–0,02
–0,01
Sm
0,06
0,11
0,15
Cs
0,32
0,18
0,16
Sr
0,19
0,22
0,23
Fe
0,13
0,21
Tb
0,02
0,03
0,06
0,39
Hf
–0,08
0,10
0,03
Th
–0,09
0
0,04
K
Yb
–0,15
0,03
0,02
0,66
0,49
0,59
La
0,11
0,05
0,14
Zn
0,67
0,57
0,68
Lu
0,00
0,11
0,07
U
–0,09
–0,05
0,00
Примечание. Полужирным шрифтом выделены статистически значимые значения коэффициента корреляции (ρкр = 0,39 для уровня значимости α = 0,05, n = 26 [13. C. 264–265]).
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Корреляционная зависимость между содержанием химических элементов
Шкала Раменского
60
55
50
Концентрация, мкг /г
45
40
35
30
25
20
15
10
5
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
8,0
Оптимумы, ступени
Шкала Цаценкина
60
55
50
Концентрация, мкг /г
45
40
35
30
25
20
15
10
5
4,5
5,0
5,5
6,0
6,5
7,0
7,5
8,0
8,5
Оптимумы, ступени
Шкала Цыганова
60
55
50
Концентрация, мкг /г
45
40
35
30
25
20
15
10
5
3,0
3,2
3,4
3,6
3,8
4,0
4,2
4,4
4,6
4,8
5,0
5,2
5,4
Оптимумы, ступени
Рис. 1. Зависимость концентраций цинка (Zn) в сфагновых мхах
от их фитоиндикационных оптимумов по шкалам трофности.
Линии линейной регрессии показаны для обозначения характера зависимости
127
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
128
Л.Г. Бабешина, Н.С. Рогова, Н.К. Рыжакова и др.
Далее рассматривали зависимость содержания отдельных элементов от экологических оптимумов видов. В результате исследований установлена корреляция содержания 8 элементов (Br, Ca, Co, Fe, K, Mo, Rb и Zn) с трофностью
мхов (табл. 3). При этом корреляционная зависимость для всех элементов положительная, в некоторых случаях она наблюдается только по одной или двум
шкалам. Это можно объяснить наличием особенностей шкал [7, 8] и, как следствие, некоторой вариацией в последовательности расположения видов сфагновых мхов в экологических рядах для разных шкал. Содержание Ca и Br значимо коррелирует с оптимумами растений по двум, а Fe, Mo и Co – только по
одной шкале. По всем трем шкалам зависимость от расчетных оптимумов
имеют K, Zn и Rb. Так, например, концентрация Zn в образцах S. balticum и
S. fuscum, обитающих на бедных субстратах, низкая (23,2 и 24,0 мг/кг соответственно), а в S. squarrosum и S. wulfianum, требующих большего минерального
питания, – значительно выше (47,3 и 49,0 мг/кг соответственно). С целью большей наглядности на рис. 1 представлена зависимость концентраций Zn в сфагновых мхах от их экологических оптимумов по трофности.
По фактору увлажнения установлена значимая корреляция количества
3 элементов (Cs, K и Mn) со значениями экологических оптимумов сфагновых мхов (табл. 4). Для остальных элементов корреляция не выявлена. При
этом зависимость K и Mn отрицательная, а у Cs – положительная. Содержание Cs и K значимо коррелирует с оптимумами растений по одной шкале. По
всем трем шкалам зависимость от расчетных оптимумов имеет Mn. Например, концентрация Mn в образцах S. majus и S. papillosum, обитающих в максимально обводненных условиях, низкая (17 и 60 мг/кг соответственно), а
S. teres и S. wulfianum, произрастающих в относительно сухих условиях, имеют концентрацию Mn значительно выше (570 и 430 мг/кг соответственно). На
рис. 2 представлена зависимость концентраций Мn всех исследуемых видов
сфагновых мхов от их экологических оптимумов по увлажнению.
Таблица 4
Значения коэффициента корреляции Спирмена между концентрациями элементов
в растениях рода Sphagnum и их оптимумами по увлажненности, рассчитанными
по экологическим шкалам Л.Г. Раменского (1), И.А. Цаценкина (2), Д.Н. Цыганова (3)
Элемент
1
2
3
As
0,19
0,19
0,26
Ba
0,07
0,02
0,21
Br
0,29
0,11
–0,02
Ca
–0,17
–0,28
–0,14
Ce
0,07
0,00
0,12
Co
0,25
0,03
0,03
Cr
–0,04
–0,07
–0,01
Cs
0,34
0,30
0,47
Fe
0,37
0,28
0,25
Hf
–0,09
–0,14
0,01
K
0,11
–0,35
–0,46
La
0,14
0,09
0,12
Lu
0,09
0,05
0,14
Примечание. См. примечание к табл. 3.
Элемент
Mn
Mo
Na
Rb
Sb
Sc
Sm
Sr
Tb
Th
Yb
Zn
U
1
–0,59
0,14
0,16
0,30
–0,13
0,00
0,06
–0,02
0,19
0,04
–0,15
–0,04
0,18
2
–0,64
0
0,06
0,12
0,05
–0,08
–0,27
–0,03
0,28
0,05
–0,15
–0,19
0,25
3
–0,54
–0,05
–0,01
–0,02
0,22
0,00
–0,23
0,04
0,29
0,12
–0,04
–0,14
0,25
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Корреляционная зависимость между содержанием химических элементов
Шкала Раменского
600
Концентрация, мкг/г
500
400
300
200
100
0
78
80
82
84
86
88
90
92
94
96
98
100
Оптимумы, ступени
Шкала Цаценкина
600
Концентрация, мкг/г
500
400
300
200
100
0
72
74
76
78
80
82
84
86
88
90
Оптимумы, ступени
Шкала Цыганова
600
Концентрация, мкг/г
500
400
300
200
100
0
14,5
15,0
15,5
16,0
16,5
17,0
17,5
18,0
Оптимумы, ступени
Рис. 2. Зависимость концентраций марганца (Mn) в сфагновых мхах
от их фитоиндикационных оптимумов по шкалам увлажнения.
Линии линейной регрессии показаны для обозначения характера зависимости
129
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
130
Л.Г. Бабешина, Н.С. Рогова, Н.К. Рыжакова и др.
Общая картина полученных результатов корреляций показывает, что наибольшее количество элементов коррелирует с условиями обитания по фактору трофности. Этот экологический фактор традиционно связывают с содержанием элементов в растительных организмах, что и было подтверждено нашими исследованиями.
Заключение
По общей сумме содержания и по большинству отдельных элементов корреляция с экологическими оптимумами мхов не обнаружена, что можно считать
подтверждением преобладания атмосферного питания у сфагновых мхов.
Наличие корреляции по некоторым элементам показывает, что нельзя отрицать влияние бокового и восходящего тока минеральных веществ у этих
растений.
Установлена статистически значимая корреляция экологических оптимумов сфагновых мхов по трем шкалам с концентрациями K, Rb, Zn (фактор
трофности) и Mn (фактор увлажнения). Фитоиндикационные статусы условий произрастания сфагновых мхов по этим факторам могут быть использованы в качестве индикаторов на содержание перечисленных химических элементов.
Литература
1. Зверев А.А. Информационные технологии в исследованиях растительного покрова:
Учеб. пособие. Томск: ТМЛ-Пресс, 2007. 304 c.
2. Зверев А.А., Бабешина Л.Г. Оценка экологических условий местообитаний мхов рода
Sphagnum Западно-Сибирской равнины по ведущим экологическим факторам: материалы и методические подходы // Вестник Томского государственного университета.
2009. № 325. С. 167–175.
3. Spearman C. The proof and measurement of association between two things // Amer. J.
Psychol. 1904. Vol. 15, № 1. P. 88–96.
4. Sokal R.R., Rohlf F.J. Biometry: the principles and practice of statistics in biological research.
3rd ed. N.Y.: W.H. Freeman, 1995. 850 p.
5. Шмидт В.М. Математические методы в ботанике: Учеб. пособие. Л.: Изд-во ЛГУ, 1984.
288 с.
6. Electronic Statistics Textbook. Tulsa, 2011. OK: StatSoft. URL: http://www.statsoft.com/
textbook (дата обращения: 20.01.2011).
7. Бабешина Л.Г., Зверев А.А. Оценка условий местообитаний сфагновых мхов ЗападноСибирской равнины: фактор увлажнения // Вестник Томского государственного университета. 2010. № 331. С. 185–192.
8. Бабешина Л.Г., Зверев А.А. Оценка условий местообитаний сфагновых мхов ЗападноСибирской равнины: фактор трофности // Вестник Томского государственного университета. 2010. № 338. С. 185–194.
9. Раменский Л.Г., Цаценкин И.И., Чижиков О.Н., Антипин Н.А. Экологическая оценка
кормовых угодий по растительному покрову. М.: Сельхозгиз, 1956. 472 с.
10. Методические указания по экологической оценке кормовых угодий тундровой и лесной зон Сибири и Дальнего Востока по растительному покрову. М.: ВНИИК им.
В.Р. Вильямса, 1978. 302 с.
11. Цыганов Д.Н. Фитоиндикация экологических режимов в подзоне хвойношироколиственных лесов. М.: Наука, 1983. 196 с.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Корреляционная зависимость между содержанием химических элементов
131
12. Прокопьев Е.П. Экология растений (особи, виды, экогруппы, жизненные формы):
Учеб. Томск: ТГУ, 2001. 340 с.
13. Гланц С. Медико-биологическая статистика: Пер. с англ. М.: Практика, 1998. 459 c.
Поступила в редакцию 15.11.2010 г.
Larisa G. Babeshina1, Natalia S. Rogova2, Nadezhda K. Ryzhakova2,
Andrei А. Zverev3, Viktor G. Merkulov2
1
Siberian State Medical University, Tomsk, Russia
Physical-Technical Institute of Tomsk Polytechnic University, Tomsk, Russia
3
Biological Institute of Tomsk State University, Tomsk, Russia
2
CORRELATION DEPENDENCE BETWEEN CONTENT OF CHEMICAL ELEMENTS
IN SPHAGNUM MOSSES AND THEIR ECOLOGICAL OPTIMA FOR SOIL
FERTILITY AND SOIL MOISTURE FACTORS
Sphagnum mosses play the important role in vegetation as frequently they act as edificators and dominants of wetland communities. This circumstance allows using them as
bioindicators and enables estimation of the characteristics of phytocoenoses bypassing
direct measurements of parameters of environment. For example, make it possible to assume the contents of chemical elements in these plants without carrying out of expensive
and labour-consuming analyses. The purpose of the study is the estimation of correlation
dependence between the content of chemical elements in different peatmosses and their
ecological optima for soil fertility and soil moisture factors.
Study objects are 26 moss species of genus Sphagnum L.: S. aongstroemii Hartm.,
S. angustifolium (C. Jens. ex Russ.) C. Jens., S. balticum (Russow) C. Jens., S. capillifolium (Ehrh.) Hedw., S. centrale C. Jens., S. compactum Lam. & DC., S. contortum
Schultz, S. fallax (H. Klinggr.) H. Klinggr., S. fimbriatum Wilson, S. fuscum (Schimp.)
Klinggr., S. girgensohnii Russow, S. jensenii H. Lindb., S. lenense H. Lindb. ex Savicz,
S. lindbergii Schimp., S. magellanicum Brid., S. majus (Russow) C. Jens., S. palustre L.,
S. papillosum Lindb., S. riparium Ångstr., S. rubellum Wils., S. russowii Warnst.,
S. squarrosum Crome, S. subsecundum Ness., S. teres (Schimp.) Ångstr., S. warnstorfii
Russ., S. wulfianum Girg, sampled in the territory of West Siberian plain in 2004–2009.
Ecological optima of Sphagnum species for soil fertility and soil moisture factors
were obtained in our previous study. The estimation of habitats of peatmosses is carried
out on the basis of three indicator scales: L.G. Ramensky (1956), I.A. Tsatsenkin (1978)
and D.N. Tsyganov (1983). Definition of element structure is dobe by neutron activation
method in a research reactor of Tomsk Polytechnic University (Tomsk). Correlation dependence between the content of chemical elements in peatmosses and their ecological
optima of different peatmoss species for soil fertility and soil moisture factors is estimated with the help of Spearman’s rank correlation coefficient
Correlation of ecological optima of Sphagnum mosses on three scales with concentration of K, Rb, Zn (factor of soil fertility) and Mn (factor of soil moisture) is established. Conditions of habitats of Sphagnum mosses can be used as indicators on the contents of these chemical elements.
Key words: Sphagnum mosses; elemental composition; correlation; indicator
scales; soil fertility and soil moisture factors.
Received November 15, 2010
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В.И. Курбацкий, А.А. Кузнецов
132
Вестник Томского государственного университета. Биология. 2011. № 2 (14). С. 132–140
УДК 581.9 : 571.51 + 631.4
В.И. Курбатский, А.А. Кузнецов
Гербарий им. П.Н. Крылова Биологического института
Томского государственного университета (г. Томск)
ВЛИЯНИЕ ТЕХНОГЕННОГО ФАКТОРА НА РАСТИТЕЛЬНЫЙ
ПОКРОВ ГОРНО-ЛЕСНОГО ПОЯСА РЕСПУБЛИКИ ХАКАСИИ
Приведены результаты экспедиционных исследований 2008 г. в горно-лесном
поясе Республики Хакасии (Кузнецкий Алатау – окрестности бывшего прииска Балакчин в верховьях р. Белый Июс, район оз. Баланкуль; Западный Саян – хр. Алан в
нижнем и среднем течении р. Клай). Установлено значительное негативное воздействие техногенного фактора на растительный покров: отрицательные изменения в построении фитоценозов (увеличение процента вторичных березовых лесов, образование березово-рябиново-темнохвойных лесов, не встречающихся в естественных условиях, зарастание гарей и вырубок лесов синантропной растительностью), непосредственно механическое воздействие на растения (выявлена
популяция аномальных растений хвоща зимующего), нарушение почвенного покрова, приводящее к изреживанию и обеднению растительного покрова. Выявлен ряд
редких, реликтовых и эндемичных растений для флоры Хакасии, зарегистрированы фитоценозы с участием нескольких реликтовых видов. Даны рекомендации для
сохранения популяций редких и реликтовых видов, а также редких растительных
ассоциаций.
Ключевые слова: техногенное воздействие; горно-лесной пояс; растительный покров; Хакасия.
Растения занимают весьма значительное место в общем биоразнообразии
нашей планеты, с ними непосредственно связано существование животного
мира и человечества. В настоящее время наблюдается все усиливающееся
воздействие антропогенного фактора, включая и техногенный, на природные
экосистемы, важнейшей составной частью которых является растительность.
Так, например, в Республике Хакасия по вышеуказанной причине отмечается
сокращение численности ряда дикорастущих видов, включая такие ценные
лекарственные растения, как золотой и маралий корень, а также некоторые
редкие или эндемичные для Хакасии виды; в горной части республики в результате вырубки леса происходят изменения во флористическом составе
участков вплоть до полной деградации растительного покрова, большой урон
растительности наносится пожарами и палами [1, 2].
Республика Хакасия является частью Алтае-Саянского региона и характеризуется большим разнообразием физико-географического строения и состава растительности. С запада Хакасию обрамляет восточный мегасклон Кузнецкого нагорья (включает Кузнецкий Алатау и Абаканский хребет), с юга –
северный мегасклон Западного Саяна; на долю этих мегасклонов приходится
больше половины всей территории республики. В указанных горных системах четко выделяются горно-лесной, высокогорный пояса. В нижнюю часть
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Влияние техногенного фактора на растительный покров
133
горно-лесного пояса заходят фрагменты степей, нередки здесь также суходольные, лесные луга. В верхнюю часть горно-лесного пояса спускаются
сверху субальпийские луга [3]. Горно-лесной пояс Кузнецкого нагорья формируется в нижней части сосновыми, лиственничными лесами, в которые
нередко вкрапливаются степные участки. В средней части горно-лесного
пояса преобладают темнохвойные леса, построенные главным образом пихтой сибирской, в меньшей степени встречаются пихтово-кедровые, кедровые
леса. По долинам рек и ручьев нередко отмечаются фрагменты еловых лесов.
В верхней части горно-лесного пояса преобладают кедровые, пихтовокедровые леса. В нижней и средней части горно-лесного пояса встречаются
также осиновые леса, во всех частях горно-лесного пояса отмечаются березовые леса или их фрагменты. Вышеприведенные типы лесов встречаются также и в горно-лесном поясе Западного Саяна, однако здесь большее распространение имеют кедровые леса и в меньших масштабах встречаются лиственничные и осиновые леса [4].
Исследования
проводились
ботаническим
отрядом
Гербария
им. П.Н. Крылова при Томском государственном университете в 2008 г. на
территории Кузнецкого Алатау (окрестности бывшего прииска Балакчин в
верховьях р. Белый Июс; район оз. Баланкуль) и Западного Саяна (хр. Алан в
нижнем и среднем течении р. Клай). Производился тщательный сбор гербария, проводились наблюдения за состоянием растительности, большое внимание при этом уделялось редким, реликтовым и эндемичным растениям для
флоры Республики Хакасия. Два из исследованных районов – окрестности
бывшего прииска Балакчин и бассейн р. Клай – находятся на весьма значительном отдалении от населенных пунктов и автомагистралей, изредка посещаются они охотниками, рыбаками, сборщиками ягод. Сравнительно недавно
(около 20 лет назад) в верховьях р. Белый Июс на р. Андат функционировал
золотодобывающий прииск; в бассейне р. Клай в настоящее время довольно
активно проводятся лесозаготовительные работы. Оз. Баланкуль расположено в более доступной части Хакасии для населения, вблизи проходит хорошо
обустроенная автомагистраль.
Бывший прииск Балакчин расположен в северной части Кузнецкого Алатау на р. Андат в верховьях р. Белый Июс (Ширинский р-н). Диапазон высот
в районе Балакчина варьирует от 800 до 1400 м над ур. м., в растительности
господствуют темнохвойные, березово-темнохвойные леса: кедровопихтовые, пихтово-кедровые, пихтовые, березово-пихтовые, березовокедровые, березово-кедрово-пихтовые; береза представлена видом Betula alba L. (B. pubecsens Ehrh.) Подрост хорошо выражен, его видовой состав аналогичен таковому основного яруса древостоя. В подлеске всех темнохвойных
лесов типичны Sorbus sibirica Hedl., Spiraea chamaedrifolia L., Lonicera altaica
Pallas ex DC. Средняя высота травостоя 40–60 см, проективное покрытие колеблется от 15 до 50%, наиболее обычны в травостое Dryopteris carhtusiana
(Vill.) H.P. Fuchs., D. expansa (C. Presl) Fraser-Jenkins et Jermy, Aconitum septentrionale Koelle, Geranium sylvaticum L., Lathyrus gmelinii Fritsch и др. В долине р. Андат и ее крупных притоков отмечается в незначительном количестве ель. Нередко встречаются березовые, кедрово-березовые леса явно вто-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
134
В.И. Курбацкий, А.А. Кузнецов
ричного происхождения. В одном пункте на высоте около 900 м над ур. м.
нами были отмечены переходы от березово-темнохвойных лесов с наличием
в их подлеске рябины сибирской через рябиново-березово-темнохвойные сообщества к березово-рябиново-темнохвойным, в двух последних ассоциациях
древостой соответственно был представлен Pinus sibirica Du Tour, Abies sibirica Ledeb., Betula alba, Sorbus sibirica. Экземпляры Sorbus sibirica в последних двух сообществах достигают до 25 м высотой при диаметре стволов
около 10–13 см, по своей жизненной форме они представляют собой одноили немногоствольное дерево, уступая ему только в толщине ствола (рис. 1,
на вклейке).
Следует отметить, что во всех региональных флорах жизненная форма рябины сибирской трактуется как деревце или кустарник. Подрост и подлесок в
березово-рябиново-темнохвойных ассоциациях аналогичны приведенным
выше. Травостой около 40–50 см высотой, довольно разрежен, проективное
покрытие около 10–15%, омоховение доходит до 20–25%, отмечается значительный слой подстилки из опавших листьев прошлых лет. Местами в долине
нижнего и среднего течения р. Андат на крутых южных склонах встречается
небольшими скоплениями Pinus sylvestris L. На пологих дренированных участках в долине реки изредка отмечается луговая растительность: разнотравно-злаковые, разнотравные, а в пограничных районах с верхним лесным поясом – высокотравные луга с участием Rhaponticum carthamoides (Willd.) Iljn
(маралий корень – ценное лекарственное растение).
Разнотравье представлено Heracleum dissectum Ledeb., Senecio nemorensis L., Galium boreale L., Chamerion angustifolium (L.) Holub, Euphorbia lutescens C.A. Meyer и т.д. По мере подъема вверх на увлажненных участках и
вблизи ручьев в разнотравных лугах все чаще в качестве доминант выступают Rhaponticum carthamoides, Solidago dahurica Kitag., Caltha palustris L.
Вдоль берегов р. Андат и крупных ручьев отмечаются кустарниковые заросли с преобладанием Salix rorida Laksch., S. cinerea L., S. viminalis L., довольно
нередки здесь также заросли смородины черной. В околоводной части вдоль
берегов и в воде встречаются Equisetum hyemale L., E. palustris L., Chrysosplenium nudicaule Bunge, на поверхности воды в небольших заводях образует
скопления Lemna minor L.
В исследуемом районе отмечены весьма значительные нарушения в почвенном покрове, связанные непосредственно с деятельностью человека. Особенно они наглядны в долине р. Андат. И без того скудный почвенный покров нередко разрушен полностью, вместо него на поверхность проступают
чистые галечниковые, глыбово-галечниковые россыпи, а вблизи некогда
функционирующих объектов (производственные и подсобные строения) наблюдаются значительные трансформации и в самом рельефе (глыбовогалечниковые насыпи в виде больших холмов, искусственные дамбы и водоемы) (рис. 2, на вклейке).
Вышеизложенное имеет непосредственное отношение к состоянию растительного покрова, который в весьма значительной степени нарушен или местами даже полностью уничтожен. На искусственных дамбах, холмах, на участках с нарушенным почвенным покровом часто образуются сплошные за-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Влияние техногенного фактора на растительный покров
135
росли Salix rorida, по краям которых нередко наблюдается мелкая поросль
(20–70 см высотой) Pinus sylvestris. Иногда в результате непосредственно механического воздействия технических средств и приспособлений отмечаются
нарушения и в развитии самих растений. Так, вдоль берега р. Андат на разрушенном галечниковом участке под воздействием тяжелого транспорта (гусеничный трактор) нами была выявлена популяция аномальных растений
хвоща зимующего (Equisetum hyemale) с нехарактерным для него строением
стеблей (низкие, утонченные, стелющиеся и ветвистые), по отличительным
признакам указанные растения отдаленно напоминали E. x moorei Newm. или
E. ramosissimum Desf. Однако непосредственно рядом на ненарушенных участках произрастали типичные высокорослые, неветвистые экземпляры хвоща
зимующего. Как уже указывалось выше, нами были зарегистрированы переходы от березово-темнохвойных лесов с наличием в их подлеске рябины сибирской к березово-рябиново-темнохвойным лесам, в которых рябина сибирская выступала в качестве одного из доминант древостоя, что является несвойственным для естественных ненарушенных сообществ.
В изученном районе нами отмечены редкие растения – Aconitum leucostomum Worosch., Alchemilla gracilis Opiz, Chrysosplenium nudicaule, для каждого
из них нами было зарегистрировано несколько популяций. Выявлены дополнительно местонахождения неморальных реликтовых видов – Dryopteris filixmas (L.) Schott, Viola uniflora L., Daphne mezereum L., Cruciata glabra (L.)
Ehrend. subsp. krylovii (Iljin) Naumova.
Оз. Баланкуль расположено в нижней части горно-лесного пояса на высоте около 500 м над ур. м. на юге Кузнецкого нагорья в северо-восточной части Абаканского хребта (Аскизский р-н). Растительность в окрестностях озера
является переходной от лесостепной к горно-лесной с преобладанием черт
последней. Из лесных фитоценозов доминируют березово-лиственничные
леса, которые формируются Larix sibirica Ledeb. и Betula pendula Roth. Подлесок их состоит из Spiraea chamaedryfolia и Lonicera altaica, по краям этих
лесов обычны также Rosa majalis Herrm., Cotoneaster melanocarpus Fisher ex
Blytt. Средняя высота травянистого яруса около 60 см, проективное покрытие
равно 25–40%, наибольшее обилие в травостое имеют Thalictrum minus L.,
Galium boreale, Rubus saxatilis L., нередки также Trifolium lupinaster L., Diantus superbus L., Pleurospermum uralense Hoffm. и др.
Местами на южных экспозициях отмечаются небольшие пятна сосновых
лесов, окруженных, как правило, широкой полосой кустарниковых зарослей
Rosa majalis, Cotoneaster melanocarpus, Caragana pygmaea (L.) DC. Часто
встречаются следы былых пожарищ, на месте которых среди обгорелых немногочисленных стволов деревьев мощность травостоя резко увеличивается:
высота травяного покрова доходит до 80–100 см, проективное покрытие возрастает до 50–60%. Нередко наблюдаются следы порубок леса, особенно часты они вблизи самого оз. Баланкуль.
Следует отметить такой положительный момент, как наличие в северной
части озера искусственных посадок сосняков (высота подроста 1–3 м). По
южным крутым склонам отмечаются выраженные фрагменты степной растительности – участки разнотравных каменистых степей с доминированием
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
136
В.И. Курбацкий, А.А. Кузнецов
Galium verum L., Bupleuerum multinerve DC., Pulsatilla flavescens (Zucc.) Juz.,
Veronica incana L., Oxytropis bracteata Basil. Обращает на себя внимание обилие во втором ярусе Orostachys spinosa (L.) C.A. Meyer и особенно Potentilla
acaulis L. – показателей высокой степени пастбищной нагрузки на растительность. Здесь же нередки фрагменты карагановых степей, образуемых Caragana pygmaea.
В южной части окрестностей оз. Баланкуль крутизна склонов возрастает,
часто отмечаются скалистые выступы, крупные валуны, каменистые россыпи; в разреженном травяном покрове встречаются Thalictrum foetidum L.,
Phlomis tuberosa L., Potentilla longifolia Willd. ex Schlecht., Galium verum, Fragaria viridis Duch. и т.д. В расщелинах скал произрастают Polypodium vulgare
L., Patrinia rupestris (Pallas) Dufr., P. sibirica (L.) Juss., Primula macrocalyx
Bunge. У подножия скалистых и каменистых обнажений неоднократно встречаются сплошные заросли Chenopodium hybridum L. Водная прибрежная растительность озера представлена видами: Carex atherodes Sprengel, Scirpus
lacustris L., Potamogeton pectinatus L., P. lusens L., P. perfoliatus L. и др.
Непосредственно вблизи оз. Баланкуль растительность сильно нарушена:
лес практически вырублен и заменен кустарниковой растительностью из Spiraea chamaedryfolia, Cotoneaster melanocarpus, Rosa majalis. Озеро активно
посещается многочисленными туристами, любителями-рыболовами, местным населением. В районе озера функционируют 2 базы отдыха, а также
пионерские и туристические спортивные лагеря. Следует отметить наличие
значительной рекреационной нагрузки на участках, прилегающих к самому
озеру. Вдоль водной акватории озера травостой в весьма значительной степени вытоптан, всюду просматриваются следы многочисленных дорог и подъездов к берегу озера. В северной наиболее доступной части озера, близ самого озера, проходит благоустроенная автомагистраль и почти сплошной полосой протянулись самодеятельные пляжи (рис. 3, на вклейке).
В окрестностях оз. Баланкуль зарегистрированы следующие редкие растения: Scirpus lacustris, Koeleria chakassica Reverd., Neottianthe cucullata (L.)
Schlechter, Oxytropis bracteata Balis., O. nuda Basil., Hieracium subarctophilum
Schljakov, из числа которых Koeleria chakassica является эндемиком Хакасии,
Oxytropis bracteata – эндемиком Хакасии и юга Красноярского края. Выявлены третичные неморальные реликтовые растения Polypodium vulgare, Primula
macrocalyx, а также четвертичные гляциальные (Minuartia verna (L.), Patrinia
sibirica), перигляциальные (Oxytropis bracteata) реликты и реликт ксеротермического периода голоцена – Patrinia rupestris. Кроме того, нами отмечен
фитоценоз с участием 4 реликтовых видов (Polypodium vulgare, Primula macrocalyx, Patrinia rupestris, P. sibirica). По литературным данным [5] в районе
оз. Баланкуль отмечены также четвертичные гляциальные реликты – Dryas
oxyodonta Juz. и Saussurea schanginiana (Wydl.) Fisch. ex Herd.
Район среднего и нижнего течения р. Клай (хр. Алан) расположен вблизи
границы с Красноярским краем недалеко от Джойского залива, являющегося
частью Саяно-Шушенского водохранилища. После образования данного водохранилища низовье р. Клай превратилось в Клайский залив, соединяющийся непосредственно с Джойским заливом. Высота в пределах изученной тер-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 1. Березово-рябиново-кедровый лес
в среднем течении р. Андат. Фото П.Д. Шавровой
Рис. 2. Искусственный водоем и насыпи в районе
бывшего прииска Балакчин. Фото М.А. Латорцева
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 3. Оз. Баланкуль, северная оконечность, на переднем плане следы дорог.
Фото П.Д. Шавровой
Рис. 4. Прибрежная часть Клайского залива.
Фото М.А. Латорцева
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Влияние техногенного фактора на растительный покров
137
ритории варьирует от 500 до 1000 м над ур. м. Для района характерны главным образом замшелые пихтовые, березово-пихтовые, кедровые, березовокедровые, реже (преимущественно вблизи дорог, лесозаготовительных участков, временных жилищ) кедрово- или пихтово-березовые леса. Подрост хорошо выражен и состоит преимущественно из Abies sibirica, Pinus sibirica,
Betula alba, в подлеске типичны Spiraea media Franz Schmidt, Sorbus sibirica,
Lonicera altaica, вблизи Клайского залива нередка Caragana frutex (L.)
C. Koch.
В травяном ярусе (высота 30–50 см, проективное покрытие от 30 до 60%)
лесов довольно обильны Calamagrostis langsdorfii (Link) Trin., Veronica
longifolia L., Polemonium coeruleum L., Diplasium sibiricum (Turcz. ex Kuntze)
Kurata, Dryopteris filix-mas, Gymnocarpium dryopteris (L.) Newm. Местами в
зеленомошных кедровых лесах в разнотравье присутствует Brunnera sibirica
Steven – третичный неморальный реликт, образующий изредка небольшие
скопления. Часто, особенно в среднем течении р. Клай, в замшелых пихтовых, кедрово-пихтовых лесах встречаются заросли черники и голубики; разнотравье в этих лесах выражено слабо и представлено Calamagrostis langsdorfii, Lycopodium annotinum L., Trientalis europaea L., Bergenia crassifolia (L.)
Fritsch, иногда отмечается Ledum palustre L. По мере подъема вверх увеличивается обилие Bergenia crassifolia, образующего нередко чистые заросли. На
открытых участках, прогалинах, вблизи дорог отмечается высокотравье, состоящее из Aconitum septentrionale, Picris hieracioides L., Calamagrostis
langsdorfii, Senecio nemorensis, Crepis lyrata (L.) Froel. и т.д. По берегам ручьев и притоков р. Клай довольно распространены заросли Salix viminalis,
S. rhamnifolia Pallas subsp. saposhnikovii (A. Skvortsov) N. Bolschakov, S. pentandra L., Ribes nigrum L.
Несмотря на удаленность от населенных пунктов, во многих местах исследованного района отмечаются следы антропогенного воздействия. По обе
стороны основной дороги, проходящей вдоль р. Клай, нередко ответвляются
временные или рабочие дороги, обычно серпантином уходящие вверх к местам заготовки леса. Весь почвенный слой на этих дорогах и вблизи их разрушен, всюду проступают наружу коренные породы, валуны, булыжники. Местами встречаются участки былых лесных пожарищ, покрытые почти сплошными зарослями Chamerion angustifolium, Rubus sachalinensis, Artemisia vulgaris L. Как и в окрестностях прииска Балакчина, в районе р. Клай в местах
вырубленных естественных темнохвойных лесов встречаются леса с участием в древостое рябины сибирской, однако это участие выражено не столь
значительно, а сами леса большей частью разреженные.
Особо необходимо остановиться на растительности временно затопляемых участков в районе Клайского залива. Прибрежная водная акватория залива изобилует многочисленными затонувшими стволами деревьев. По крутым береговым склонам до высоты 40–50 м от уреза воды находится своего
рода «мертвая зона», состоящая из многочисленных усохших, вверх торчащих или упавших стволов деревьев – остатков древостоя некогда расположенных там естественных лесов (рис. 4, на вклейке). Травянистый ярус подобных склонов большей частью выражен слабо, довольно мозаичен и пред-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
138
В.И. Курбацкий, А.А. Кузнецов
ставлен в основном вегетирующими растениями Calamagrostis obtusata Trin.,
Poa nemoralis L., Aster alpinus L. и некоторыми другими; отмечаются значительные заросли Spiraea media, Rubus sachalinensis. Сильно нарушена прибрежная травянистая растительность временно затопляемых пологих участков. В частности, в дельте р. Клай на площади около 1,0 км длиной и 0,5–1 км
шириной участки суши местами покрыты сплошными зарослями Rorippa palustris (L.) Besser, к которым нередко примешиваются и кое-где частично их
замещают Persicasia lapathifolia (L.) S.F. Gray, Epilobium adenocaulon
Hausskn., Impatiens noli-tangere L., Alopecurus aequalis Sobol. Часто встречаются здесь и некогда затопленные и наполовину выступающие теперь из земли отмершие стволы деревьев. Иногда отмечаются участки, практически лишенные растительности.
В изученном районе отмечены редкие растения Carex leporina, Aconitum
leucostomum, Chrysosplenium ovalifolium Bieb. et Bunge, Epilobium adenocaulon
Hausskn., Veronica serpyllifolia L., Valeriana dubia Bunge; зарегистрированы
третичные неморальные реликты Dryopteris filix-mas, Brunnera sibirica, Chrysosplenium ovalifolium, Sedum populifolium Pallas, Viola uniflora L., Cruciata
glabra subsp. krylovii , а также алтае-западносаянские эндемики Sedum populifolium Pallas и Chrysosplenium ovalifolium, выявлен фитоценоз – замшелый
кедровый лес с участием в его травостое неморальных реликтовых видов
Brunnera sibiricа и Dryopteris filix-mas.
Таким образом, во всех исследованных нами районах отмечено отрицательное воздействие антропогенного, в том числе и техногенного фактора на растительность. В результате вырубки лесов, лесных пожаров, непосредственно механического воздействия на растения, нарушения почвенного покрова, увеличения рекреационной нагрузки (развитие туризма и дорожной сети, возрастание масштабов отдыха на природе) нередко наблюдается смена фитоценозов в
сторону их деградации. Во всех изученных районах происходит увеличение
процента вторичных березовых лесов, в районе Балакчина отмечены березоворябиново-темнохвойные леса, несвойственные для естественных фитоценозов.
Гари и вырубки лесов, затопляемые участки (в районе Саяно-Шушенского водохранилища) зарастают синантропной растительностью, чаще представленной ограниченным набором видов или иногда даже состоящей из одновидовых
зарослей. В некоторых случаях оказывается и прямое воздействие на ход онтогенеза растений (в случае с хвощем зимующим).
Следует отметить, что в изученных нами районах произрастают редкие и
исчезающие растения в Хакасии, из числа которых в «Красную книгу Республики Хакасия» [6] занесены Cypripedium guttatum, Neottianthe cucullata,
Oxytropis bracteata. Кроме того, нами выявлены местонахождения ряда реликтовых видов и зарегистрированы фитоценозы с участием нескольких реликтовых видов (замшелый бруннерово-притупленновейниковый кедровый
лес, в состав травостоя которого со значительным обилием входят третичные
неморальные реликты Brunnera sibirica и Dryopteris filix-mas, а также скальный фитоценоз с участием 4 реликтовых видов Polypodium vulgare, Patrinia
rupestris, P. sibirica, Primula macrocalyx). В изученных нами районах отмечены эндемичные виды Koeleria chakassica, Oxytropis bracteata, Chrysosplenium
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Влияние техногенного фактора на растительный покров
139
ovalifolium, Sedum populifolium. С целью сохранения популяций редких, реликтовых и эндемичных видов, а также редких растительных ассоциаций необходимы ограничение свободного доступа человека на изученные территории и снижение интенсивности использования тяжелого транспорта (гусеничные тракторы, вездеходы, большегрузные грузовики). В местах активного
посещения человеком (оз. Баланкуль) следует ввести контроль за доступом к
ним туристов, отдыхающих, ограничить доступ транспорта, запретить или
резко ограничить выпас скота. Необходимы наблюдения за состоянием популяций указанных видов, проведение разъяснительной работы среди местного
населения, туристов и отдыхающих.
Литература
1. Красноборов И.М., Анкипович Е.С., Анкипович И.А. Введение // Ключевые ботанические
территории Алтае-Саянского экорегиона / Под общ. ред. И.Э. Смелянского и
Г.А. Пронькиной. Новосибирск, 2009. С. 129–130.
2. Курбатский В.И., Бытотова С.В., Кузнецов А.А. Антропогенные изменения растительного покрова Республики Хакасия // Рациональное использование природных ресурсов
и комплексный экологический мониторинг окружающей среды: Материалы Междунар. школы-семинара. 14–16 дек. 2006. Томск.: Изд-во Том. политех. ун-та, 2006.
С. 368–372.
3. Куминова А.В., Нейфельд Э.Я., Павлова Г.Г. Луга // Растительный покров Хакасии / Отв.
ред. А.В. Куминова. Новосибирск: Наука, 1976. С. 217–273.
4. Маскаев Ю.М. Леса // Растительный покров Хакасии / Отв. ред. А.В. Куминова. Новосибирск: Наука, 1976. С. 217–273.
5. Анкипович Е.С., Анкипович И.А. Баланкуль IPA Balankul // Ключевые ботанические территории Алтае-Саянского региона / Под общ. ред. И.Э. Смелянского и Г.А. Пронькиной. Новосибирск, 2009. С. 167–168.
6. Красная книга Республики Хакасия. Растения и грибы / Отв. ред. И.М. Красноборов.
Новосибирск: Наука, 2002. 264 с.
Поступила в редакцию 18.02.2011 г.
Vladimir I. Kurbatsky, Alexandr A. Kuznetsov
P.N. Krylov Herbarium of Biological Institute of Tomsk State University, Tomsk, Russia
INFLUENCE OF THE TECHNOGENIC FACTOR ON VEGETABLE COVERING
OF A MOUNTAIN-WOOD ZONE OF THE REPUBLIC OF KHAKASIA
The results of researches in year 2008 in the Republic of Khakassia mountain – forest zone in the Kuznetsky AlaTau (vicinities of Balakchin in river upper courses White
Iys, district of the lake Balankul) and the Western Sayan Mountains (ridge Alan in the
lower and average flow of the river Klai) are given. In vicinities of Balakchin appreciable negative influence of the technogenic factor on herbage was observed: changes in
construction of natural phytocenoses, direct mechanical influence on plants, thinning of
vegetation and impoverishment of its specific composition as a result of soil covering disturbance. Transitions from birch-darkconiferous forests with the presence in their undergrowth of a mountain ash Siberian to birch-ash-darkconiferous forests, unusual for
natural cenoses, have been noted. Population of anomalous plants of a horse-tail wintering is revealed. Rare plants - Aconitum leucostomum, Alchemilla gracilis, Trifolium sati-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
140
В.И. Курбацкий, А.А. Кузнецов
vum are registered. Locations of relict species – Dryopteris filix-mas, Viola uniflora,
Daphne mezereum, Cruciata glabra subsp. krylovii are noted in addition. Around the
lake Balankul there are often traces of former big fires, fellings and timber. On southern
abrupt slopes fragments of a steppe vegetation with traces of a high grazing level become
perceptible. Especially appreciable recreaction load is observed on the area directly adjacent to the lake. In the lake vicinities rare species are registered: Schoenoplectus
lacustris, Neottianthe cucullata, Oxytropis nuda, etc., relict plants are revealed: Minuartia verna, Polypodium vulgare, Primula macrocalyx, Patrinia rupestris etc., and also a
phytocenosis with the participation of 4 relict species. The district of average and lower
flow of the river Klai (ridge Alan) is considerably rejected from human settlements, nevertheless here in many places human impact traces (time or working roads to places of
felling of timber, burnt out sites of wood and changes in compound natural phytocenoses) become perceptible. The vegetation of temporarily inundated pieces around the
Klaic bay is especially broken. In the studied district rare plants are noted: Carex leporine, Aconitum leucostomum, Chrysosplenium ovalifolium, etc., relict species are registered: Dryopteris filix-mas, Brunnera sibirica, Chrysosplenium ovalifolium, Sedum
populifolium etc., the phytocenosis – a mossy cedar forest with the participation of relict
kinds (Brunnera sibirica, Dryopteris filix-mas) in its grass – is revealed.
In all investigated areas negative influence of the anthropogenous factor, including
technodenic, on vegetation is noted. Among the revealed rare plants 3 species are included in «The Khakassia Republic Red Data Book». A number of relic plants as well as
endemic species – Koeleria chakassica, Oxytropis bracteata, Chrysosplenium ovalifolium, Sedum populifolium are registered. The references for the purpose of conserving
populations of rare, relict and endemic species as well as plant associations are given.
Key words: Technogenic influence; a mountain-wood zone; a vegetative cover;
Khakassia.
Received February 18, 2011
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Влияние рогоза широколистного
141
Вестник Томского государственного университета. Биология. 2011. № 2 (14). С. 141–149
УДК 628.35
Е.Е. Сивкова, Е.В. Прибыткова
Биологический институт Томского государственного университета (г. Томск)
Обособленное структурное подразделение «Научно-исследовательский институт
биологии и биофизики Томского государственного университета» (г. Томск)
ВЛИЯНИЕ РОГОЗА ШИРОКОЛИСТНОГО (Typha latifolia L.)
И КОМПОНЕНТОВ ФИЛЬТРУЮЩЕЙ ЗАГРУЗКИ НА
ЭФФЕКТИВНОСТЬ УДАЛЕНИЯ СОЕДИНЕНИЙ АЗОТА
В СИСТЕМАХ ПОЧВЕННО-БОЛОТНОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД
Работа выполнена в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры
инновационной России» на 2009–2013 гг. (ГК № П143 от 14 апреля 2010 г.).
Изучено влияние рогоза широколистного (Typha latifolia) и наличия известняка
в составе фильтрующей загрузки площадок почвенно-болотной очистки сточных
вод на процессы удаления соединений азота. Показано изменение содержания ионов аммония в воде, вычислены скорость и эффективность удаления NH4+ в зависимости от условий очистки. Установлено, что присутствие высшей водной
растительности в системах очистки горизонтального поверхностного потока
повышает скорость и эффективность удаления аммонийного азота и уменьшает
вымывание микроорганизмов, а также определено отсутствие влияния известняка в системах с горизонтальным типом фильтрации.
Ключевые слова: очистка сточных вод; «constructed wetlands», анаммокс, Typha latifolia, высшая водная растительность.
Системы почвенно-болотной очистки сточных вод, построенные по современной экологической технологии «constructed wetlands», в настоящее
время являются одним из наиболее перспективных типов очистных сооружений ввиду низких капитальных затрат на строительство, простоты эксплуатации и высокой эффективности обезвреживания загрязненных вод [1]. Многочисленные международные исследования [2–5] свидетельствуют об успешном применении систем «constructed wetlands» для очистки сточных вод различного происхождения, в первую очередь для хозяйственно-бытовых стоков, где одним из главных загрязнителей выступают различные соединения
азота.
«Constructed wetlands» представляют собой сконструированные болотные
экосистемы, объединяющие физические, химические и биологические процессы, вовлекающие болотную растительность, почвы и связанные с ними
микробные сообщества в процесс очистки сточных вод [6]. Стандартные
площадки почвенно-болотной очистки состоят из четырех принципиальных
элементов: водоупорный слой, фильтрующий слой, болотная растительность
и устройства для равномерной подачи очищаемых вод. В научной литературе
сооружения типа «constructed wetlands» принято подразделять на два типа [7]
в зависимости от местоположения гидравлической проектной линии: в бота-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
142
Е.Е. Сивкова, Е.В. Прибыткова
нических площадках, болотах поверхностного потока с открытой водной поверхностью сточные воды, подаваемые на очистку, проходят в толще воды в
контакте с микрофлорой, иммобилизованной на стеблях и листьях водных
растений; на биоплато, болотах подповерхностного потока очищаемые воды
проходят ниже поверхности фильтрующей среды в контакте с корнями и ризомой растений [7].
Как правило, сооружения почвенно-болотной очистки комбинируются из
нескольких ячеек, или площадок, различной конструкции, отвечающих за
определенную стадию процесса обезвреживания сточных вод [7]. Для удаления из загрязненной воды соединений азота традиционно используются процессы нитрификации и денитрификации [8]. Однако в последнее время активно исследуется возможность включения анаэробного окисления аммония
в системы очистки коммунальных и промышленных сточных вод [9–12].
Включение анаэробного окисления аммония, известного также как анаммокспроцесс, в системы «constructed wetlands» предусматривает возможность в
один этап произвести микробиологическую конверсию аммония и нитрита в
газообразный азот с использованием нитрита в качестве акцептора электронов. Это позволит уменьшить протяженность нитрифицирующей площадки,
поскольку требуется лишь частичная реализация процесса, а также исключить площадку для денитрификации, которая может реализовываться в конце
участка анаэробного окисления аммония. Такая возможность представляет
немалый интерес, поскольку позволит сократить капитальные и эксплуатационные затраты и повысить эффективность очистки и обеззараживания сточных вод. Кроме того, включение участка в системы почвенно-болотной очистки сточных вод позволит сократить площади, отчуждаемые для строительства биоинженерной системы.
Оптимальные условия для протекания того или иного процесса очистки
вод создаются посредством грамотного конструирования систем constructed
wetlands. В настоящее время проводится немало исследований по определению различных конструкторских решений и комбинаций элементов очистных систем «constructed wetlands» для повышения их эффективности в удалении определенных групп загрязнителей [13–16].
Целью данной работы являлось изучение условий эффективного удаления
соединений азота в системах «constructed wetlands».
Материалы и методики исследования
Исследование проведено на базе лаборатории экологической инженерии и
биотехнологии ОСП «НИИ биологии и биофизики Томского государственного университета» (г. Томск).
Для оценки влияния высшей водной растительности и известняка в составе фильтрующей загрузки (субстрата) на эффективность удаления ионов аммония из сточных вод был поставлен опыт, в ходе которого сконструированы
две линии эксперимента, состоящие из шести площадок почвенно-болотной
очистки, обладающих разными характеристиками (рис. 1). Площадки пред-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Влияние рогоза широколистного
143
ставляли собой полипропиленовые контейнеры с габаритными размерами
52 см × 34 см × 28 см (длина × ширина × высота), объемом 50 л.
Рис. 1. Экспериментальная установка систем поверхностного потока (Л 1.1–2; Л 2.1–2)
и систем подповерхностного потока (Л 1.3 и Л 2.3).
Площадки Л 2.1–2 засажены растительностью
Первая площадка первой линии (Л 1.1) – болото поверхностного потока с
фильтрующим слоем из песчано-гравийной смеси высотой 12 см. Уровень
заполнения площадки водой от дна контейнера – 25 см. На границе фильтрующего субстрата и воды был установлен перистальтический насос (Watson
Marlow 502S) для дренажа площадки.
Вторая площадка первой линии (Л 1.2) – болото поверхностного потока с
фильтрующим слоем из песка и известнякового щебня. Высота загрузки –
12 см. Уровень заполнения площадки водой от дна контейнера – 25 см. На
границе фильтрующего субстрата и воды установлен перистальтический насос (Watson Marlow 502S) для дренажа площадки.
Третья площадка первой линии (Л 1.3) сконструирована как участок подповерхностного потока. Весь объем контейнера Л 1.3 заполнен галькой (диаметр 1–10 см), емкость закрыта полипропиленовой крышкой с отверстием по
центру для подачи очищаемой воды. Насос для дренажа, согласно принципам
функционирования площадок подповерхностного потока, установлен у дна
контейнера [7].
Площадки второй линии (Л 2.1–3) полностью идентичны по конструкции
и составу фильтрующего субстрата площадкам Л 1.1–3, но их обязательным
компонентом стала высшая водная растительность, укорененная в субстрате.
В качестве растительного компонента использовано наиболее распространенное в системах очистки «constructed wetlands» водное растение – рогоз
широколистный (Typha latifolia L.). Плотность посадки растений – 6 шт./м2.
Началу эксперимента предшествовал подготовительный этап (50 сут), в
течение которого на все площадки очистки с интервалом в 10 сут подавалась
вода с постепенным увеличением в ней концентрации солей аммония с 0 до
30 мг/л NH4+(0 10 10 30 30). Раствор нужной концентрации приготавливался путем разбавления хлорида аммония нехлорированной водопроводной
водой. Данный период был необходим для установления равновесия в искусственных экосистемах (взаимодействие водной среды и субстрата).
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
144
Е.Е. Сивкова, Е.В. Прибыткова
После подготовительного этапа был начат эксперимент, состоящий из
двух десятидневных циклов (время гидравлической задержки на всех площадках исследования составляло 10 сут). В течение эксперимента содержание ионов аммония в подаваемой на площадки воде составляло 60 мг/л. На
площадки Л 1.3 и Л 2.3, согласно схеме эксперимента, подавался эффлюент
(вода, прошедшая очистку) с площадок Л 1.2 и Л 2.2 соответственно.
По истечении каждого цикла вода, прошедшая очистку, выводилась с
площадок в градуированную емкость для измерения объема эффлюента. Содержание аммония, нитритов и нитратов оценивалось фотометрически на
спектрофотометре Apel PD303 (Япония), температура воды и уровень рН измерялись потенциометрическим методом с использованием датчика температуры (ДТУ-4-01), электрода ЭС-10601 и иономера Мультитест ИПЛ-513 (Новосибирск, Россия). Уровень растворенного кислорода определялся с использованием оксиметра Hanna HI 9142 (Hanna Instruments).
На протяжении всего эксперимента площадки находились в одинаковых
внешних условиях (освещенность, температура, влажность), рН подаваемой
на площадки воды варьировал в пределах 7,5–8,5.
Статистическая обработка и построение графиков выполнены в программе StatSoft Statistica 6.0.
Результаты исследования и обсуждение
Присутствие кислорода в сточных водах, поступающих на очистку, является одним из главных факторов, определяющих протекание того или иного
процесса трансформации загрязняющих веществ. Так, повышение содержания растворенного кислорода в стоках оказывает существенное влияние на
скорость нитрификации, в то время как для денитрификации необходимы
анаэробные условия: этот процесс сильно угнетается или прекращается полностью в присутствии молекулярного кислорода, анаммокс-процесс также
возможен лишь в бескислородных условиях среды [17].
На экспериментальных площадках в течение всего периода их функционирования концентрация растворенного кислорода в воде контейнеров увеличивалась, в среднем, с 6,2 до 9,9 мг/л. Наиболее значительные изменения
по этому показателю были отмечены на площадках Л 1.1 и Л 1.2, где наблюдался активный рост альгокомплекса. Содержание растворенного кислорода
в воде контейнера Л 1.2 увеличилось за десять дней цикла с 5,79 до
14,12 мг/л. На площадках подповерхностного потока Л 1.3 и Л 2.3 концентрация растворенного кислорода не превышала 2 мг/л.
Другой общей тенденцией функционирования площадок стало устойчивое
снижение концентрации аммонийного азота. Общий вид кривых, показывающих изменение концентрации NH4+ в воде площадок очистки, представлен на рис. 2.
Как видно из рис. 2, снижение содержания ионов аммония происходит
быстрее в течение первых трех суток эксперимента, затем несколько замедляется. Следовательно, экспериментальные кривые можно визуально разделить на два участка – быстрого и медленного удаления.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Влияние рогоза широколистного
145
70
Содержание NH4+ , мг/л
60
50
40
30
20
10
0
0
2
4
6
8
10
12
14
16
Время, сут.
Рис. 2. Изменение содержания NH4+ в воде площадок очистки на протяжении
цикла функционирования. ▲ – Л 1.1; ♦ – Л 1.2; ■ – Л 2.1; ● – Л 2.2
Полученные данные об изменении содержания NH4+ были аппроксимированы линейной зависимостью содержания ионов аммония в воде площадок
от времени. На основании экспериментальных данных были рассчитаны скорости удаления аммония в воде площадок, которые представлены в таблице.
Скорость рассчитывалась как тангенс угла наклона теоретически полученных
прямых к оси абсцисс.
Скорость удаления NH4+ из воды, поступающей на экспериментальные
модельные системы очистки, мг/л·сут
Период эксперимента
С начала эксперимента
до 3-х сут (быстрое удаление)
С 3-х сут до конца
эксперимента
Вариант
эксперимента
Л 1.1
Л 1.2
Л 2.1
Л 2.2
Л 1.1
Л 1.2
Л 2.1
Л 2.2
1-й цикл
2-й цикл
12,54 ± 0,25
10,70 ± 0,21
10,00 ± 0,20
10,00 ± 0,20
2,63 ± 0,05
2,56 ± 0,05
1,88 ± 0,04
1,92 ± 0,04
9,85 ± 0,19
8,70 ± 0,17
10,70 ± 0,21
10,68 ± 0,21
1,66 ± 0,03
1,56 ± 0,03
2,28 ± 0,05
2,57 ± 0,05
Представленные в таблице данные показывают, что в течение первого
цикла эксперимента на площадках первой линии (без растительности) наблюдаются высокие скорости удаления аммония, что, вероятно, связано с
повышенным содержанием растворенного кислорода в воде площадок, необходимого для осуществления реакции нитрификации. Эффективность удаления NH4+ из воды площадок первой линии исследования составила 70 и
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
146
Е.Е. Сивкова, Е.В. Прибыткова
65,5%. Во втором цикле эксперимента скорость удаления аммония из воды
площадок Л 1.1 и Л 1.2 статистически значимо (р < 0,05) снизилась как в период быстрого, так и в период медленного удаления. Эффективность очистки
воды также снизилась по сравнению с данными, полученными в первом цикле эксперимента, и составила 55 и 55,5% соответственно.
На площадках второй линии эксперимента скорость удаления ионов аммония во втором цикле эксперимента, по сравнению с первым, не только не
снижается, но статистически значимо увеличивается (р < 0,05). Эффективность очистки воды от NH4+ во втором цикле эксперимента также повышается: в течение первого цикла эффективность удаления аммония из воды площадок Л 2.1 и Л 2.2 составляла 55,2 и 55%, а в течение второго цикла – 60,4 и
71,1% соответственно.
Подобная общая тенденция снижения скорости и эффективности удаления
аммония на площадках первой линии, вероятно, связана с вымыванием микроорганизмов площадок с эффлюентом, тогда как на площадках второй линии макрофиты создают дополнительные поверхности для прикрепления и
удержания микроорганизмов, обеспечивающих разложение аммонийного
азота, на стеблях и ризоме растений. Кроме того, растения обеспечивают дополнительное поступление органических веществ микроорганизмам за счет
выделений корневых экссудатов.
Что касается трансформации соединений азота, то появление нитратов –
конечного продукта окисления аммония, в воде площадок Л 1.1 и Л 1.2 во
второй половине цикла служит важным показателем степени очистки воды от
аммонийного азота посредством нитрификации [17]. При этом в системах
также отмечалось появление нитритов, но их концентрация на протяжении
цикла оставалась на низком уровне в связи с быстрым окислением до нитратов. Повышенное содержание растворенного кислорода, возможно образованное за счет жизнедеятельности альгокомплекса, обеспечило полное прохождение реакции нитрификации, тогда как на площадках второй линии вторая фаза нитрификации была замедленна, о чем свидетельствовали стабильное накопление нитритов и минимальная концентрация нитратов в воде этих
площадок. Данная схема трансформации аммонийного азота позволяла к
концу экспериментального цикла создавать подходящее соотношение ионов
аммония и нитритов для начала анаммокс-процесса в случае переноса обрабатываемой воды в анаэробные условия подповерхностной системы очистки.
Известно, что внесение известняка в почвенный субстрат площадок «constructed wetlands» оказывает влияние на процессы удаления азота из воды посредством стабилизации уровня кислотности, измененного в ходе нитрификации, а также повышает производство нитритов на площадке [18]. Однако в
наших экспериментах существенных различий показателя кислотности на
площадках Л 1.1 и Л 1.2, Л 2.1 и Л 2.2 отмечено не было; возможно, эффект
от присутствия известняка в субстрате наблюдался бы при вертикальном режиме фильтрации.
В системах Л 1.3 и Л 2.3, в которые подавалась вода после предварительной обработки на площадках Л 1.2 и Л 2.2 согласно схеме эксперимента, поддерживалась минимальная концентрация растворенного кислорода
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Влияние рогоза широколистного
147
(1–2 мг/л). Такие условия создавали возможность естественного партнерства бактерий-нитрификаторов и анаммокс-бактерий в системах подповерхностного потока. Кислород, присутствующий в воде, подаваемой на площадки, мог использоваться для окисления загрязнителей бактерияминитрификаторами, что позволяло оградить от ингибирующего действия
растворенного кислорода анаммокс-сообщество. Полученные в ходе экспериментов данные показывают, что в воде, поступающей на площадку Л 2.3,
соотношение концентраций NO2– и NH4+ находится на уровне, при котором
анаэробное окисление аммония возможно, а содержание нитритов находится ниже ингибирующего уровня [9].
Поскольку концентрация растворенного кислорода в воде площадки Л 2.3
была минимальна и при этом в нем наблюдалось полное удаление NH4+ и
NO2–, то можно предположить, что удаление ионов аммония и нитритов нельзя связывать только с реакцией нитрификации на площадке, но также можно
говорить о возможной реализации в этих условиях анаммокс-процесса. Для
точного определения возможности включения анаммокс-процесса в системы
почвенно-болотной очистки сточных вод требуется более длительное наблюдение, поскольку скорость удвоения биомассы анаммокс-бактерий крайне
низкая [9].
Таким образом, наличие высшей водной растительности в системах горизонтального поверхностного потока почвенно-болотной системы очистки
сточных вод способствует повышению скорости и эффективности удаления
аммонийного азота и уменьшает вымывание микрофлоры с эффлюентом. Это
является важным аспектом при проектировании и строительстве очистных
сооружений подобного типа ввиду короткой гидравлической задержки и высокой скорости прохождения очищаемой воды на последних. Использование
известняка в фильтрующей загрузке не оказало влияния на изменения рН воды, поскольку выбранные для исследования системы горизонтального поверхностного потока не обеспечивают контакта очищаемой воды с глубокими слоями фильтрующей загрузки.
Литература
1. Vymazal J. Constructed wetlands for wastewater treatment // Ecological engineering. Editorial.
2005. P. 3–5.
2. Gutierrez-Sarabia A., Fernandez-Villagomez G., Martinez-Pereda P. Slaughterhouse wastewater treatment in a full-scale system with constructed wetlands // Water Environment Research. 2004. № 4. P. 334–343.
3. Jenssen, P.D. et al. Potential use of Constructed Wetlands for Wastewater Treatment in Northern Environments // Water Science Techniques. 1993. Vol. 28, № 10. P. 149–157.
4. Mashauri D.A., Mulungu D.M.M., Abdulhussein B.S. Constructed wetland at the University of
Dar Es Salaam // Water Research. 2000. Vol. 34, № 4. P. 1135–1144.
5. Dunbabin J.S., Bowner K.H. Potential use of constructed wetlands for treatment of industrial
wasterwaters containing mettals // Science of the Total Environment. 1992. Vol. 111, № 2/3.
P. 56–60.
6. Сивкова Е.Е., Семёнов С.Ю. Использование технологии «constructed wetlands» для очистки сточных вод малых населенных пунктов и предприятий // Вестник Томского государственного университета. Биология. 2010. № 4 (12). С. 123–130.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
148
Е.Е. Сивкова, Е.В. Прибыткова
7. Constructed Wetlands Treatment of Municipal Wastewaters Manual – National Risk Management Research Laboratory; Office of Research and Development; U.S. Environmental
Protection Agency. Cincinnati, Ohio 45268 EPA/625/R-99/010 September 1999.
8. Kalyuzhnyi S., Gladchenko M., Mulder A., Versprille B. New anaerobic process of nitrogen
removal // Water Science Technology. 2006. № 54 (8). Р. 163–170.
9. Анюшева М.Г., Калюжный С.В. Анаэробное окисление аммония: микробиологические,
биохимические и биотехнологические аспекты // Успехи современной биологии. 2007.
Т. 127, № 1. С. 34–43.
10. Kalyuzhnyi S., Gladchenko M., Mulder A., Versprille B. DEAMOX – new biological nitrogen
removal process based on anaerobic ammonia oxidation coupled to sulphide driven conversion of nitrate into nitrite // Water Res. 2006. № 40. Р. 3637–3645.
11. Furukawa K. et al. Innovative treatment system for digester liquor using anammox process //
Bioresour. Technol. (2009), doi:10.1016/j.biortech.2008.11.055.
12. Hellinga C., Schellen A.A.J.C., Mulder J.W. et al. The SHARON process: аn innovative
method for nitrogen removal from ammonium rich waste water // Water Science and Technology. 1998. Vol. 37, № 9. Р. 135–142.
13. Kadlec R.H., Tanner C.C., Hally V.M., Gibbs M.M. Nitrogen spiraling in subsurface-flow
constructed wetlands: Implications for treatment response // Ecological Engineering. 2005.
№ 25. Р. 365–381.
14. Donga Z., Suna T. A potential new process for improving nitrogen removal in constructed
wetlands – Promoting coexistence of partial-nitrification and ANAMMOX // Ecological engineering. 2007. № 31. Р. 69–78.
15. Faulwetter J.L., Gagnon V., Sundberg C. et al. Microbial processes influencing performance
of treatment wetlands: А review // Ecological Engineering. 2009. № 35. Р. 987–1004.
16. Molle P., Prost-Boucle S., Lienard A. Potential for total nitrogen removal by combining vertical flow and horizontal flow constructed wetlands: A full-scale experiment study // Ecological engineering. 2008. № 34. Р. 23–29.
17. Практикум по микробиологии: Учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений /
А.И. Нетрусов, М.А. Егорова, Л.М. Захарчук и др.; под ред. А.И. Нетрусова. М.:
Академия, 2005. 608 с.
18. Tao W., Wang J. Effects of vegetation, limestone and aeration on nitritation, anammox and
denitrification in wetland treatment systems // Ecological engineering. 2009. № 35. Р. 836–
842.
Поступила в редакцию 15.01.2011 г.
Elena E. Sivkova, Ekaterina V. Pribytkova
Biological Institute of Tomsk State University, Tomsk, Russia
Research Institute of Biology and Biophysics of Tomsk State University, Tomsk, Russia
THE EFFECTS OF Typha latifolia AND COMPONENTS OF FILTER MEDIA
ON AMMONIA NITROGEN REMOVAL IN CONSTRUCTED
WETLAND TREATMENT SYSTEMS
Ecological engineering offers today one of the most perspective technologies for
wastewater treatment, called «constructed wetlands» treatment systems. «Constructed
wetlands» are artificial wetlands using as wastewater treatment plants which rely upon
natural microbial, biological, physical and chemical processes to treat wastewater with
minimal economical and ecological costs. In recent years numerous researches have
covered various aspects of using «constructed wetlands» such as the role of wetland
vegetation and its species in systems, using different types of substrate, vegetation man-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Влияние рогоза широколистного
149
agement. All this aspects can influence on increasing of system’s efficiency in wastewater
treatment.
This research revealed the effects of macrophyte species (broadleaved cattail – Typha latifolia) and limestone in filter media on ammonia nitrogen removal in lab-scale
free water surface (FWS) «constructed wetlands». The two lines of experimental wetlands consisted of six wetland cells constructed with clear polypropylene containers
(52*34 cm and height 28 cm) in volume of 50 litres.
It is found out that vegetation in FWS wetlands raises velocity, efficiency of NH4+
removal and reduces washing away of microorganisms with effluents likely due of creating of additional surface for bacteria’s attachment. It is a very important aspect of «constructed wetlands» designing and building in view of a short hydraulic retention time and
high speed of processing water in this kind of «constructed wetland» systems. Limestone
used in filter media in this experiment has not influenced to acidity level of water because chosen in this research horizontal surface flow constructed wetlands did not provide contact water with deep layers of filter media.
Key words: wastewater treatment; constructed wetlands; anammox; Typha latifolia;
macrophyte species.
Received January 15, 2011
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
150
Сведения об авторах
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ
Алексеева Валерия Витальевна – кандидат биологических наук, научный сотрудник
лаборатории биотехнологии растений Филиала Института биоорганической химии
им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН (г. Пущино).
E-mail: lera@fibkh.serpukhov.su
Андреева Юлия Викторовна – кандидат биологических наук, научный сотрудник лаборатории эволюционной цитогенетики ОСП «НИИ биологии и биофизики Томского государственного университета» (г. Томск).
Email: Andreeva_Y@mail2000.ru
Артёмов Глеб Николаевич – кандидат биологических наук, научный сотрудник лаборатории эволюционной цитогенетики ОСП «Научно-исследовательский институт биологии и биофизики Томского государственного университета» (г. Томск).
E-mail: center_cu@res.tsu.ru
Бабешина Лариса Геннадьевна – кандидат биологических наук, доцент кафедры фармакогнозии Сибирского государственного медицинского университета (г. Томск).
E-mail: lbabeshina@yandex.ru
Бедарева Алена Владимировна – аспирант кафедры физиологии человека и животных
и валеологии биологического факультета Кемеровского государственного университета
(г. Кемерово).
E-mail: leona511@mail.ru
Буданцев Аркадий Юстианович – доктор биологических наук, профессор, заведующий лабораторией функциональной гистохимии Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН (г. Пущино).
E-mail: budantsev@mail.ru
Бурьянов Ярослав Иванович – доктор биологических наук, профессор, заведующий
лабораторией биотехнологии растений Филиала Института биоорганической химии
им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН (г. Пущино).
E-mail: buryanov@fibkh.serpukhov.su
Головацкая Ирина Феоктистовна – доктор биологических наук, доцент, профессор
кафедры физиологии растений и биотехнологии Биологического института Томского государственного университета (г. Томск).
E-mail: golovatskaya@mail.tomsknet.ru
Гуль Елизавета Викторовна – магистрант второго года обучения кафедры физиологии человека и животных Биологического института Томского государственного университета (г. Томск).
E-mail: elizaveta-gul@yandex.ru
Ермошин Александр Анатольевич – магистрант второго года обучения, лаборантисследователь кафедры физиологии и биохимии растений биологического факультета
Уральского государственного университета им. А.М. Горького (г. Екатеринбург).
E-mail: ermosh@e1.ru
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Сведения об авторах
151
Ефремов Андрей Николаевич – кандидат биологических наук, начальник группы камеральной обработки отдела экологических изысканий ЗАО «Проектный институт реконструкции и строительства объектов нефти и газа» (г. Омск).
E-mail: stratiotes@yandex.ru
Заева Ольга Борисовна – кандидат биологических наук, старший научный сотрудник
лаборатории экспериментальной физиологии ОСП «НИИ биологии и биофизики Томского
государственного университета» (г. Томск).
E-mail: nakri@res.tsu.ru
Замощина Татьяна Алексеевна – профессор, доктор биологических наук, профессор
кафедры физиологии человека и животных Биологического института Томского государственного университета, профессор кафедры фармакологии Сибирского государственного
медицинского университета (г. Томск).
E-mail: beladona@hotmail.ru
Зверев Андрей Анатольевич – кандидат биологических наук, доцент кафедры ботаники Биологического института Томского государственного университета (г. Томск).
E-mail: ibiss@sibmail.com
Зеленская Анна Евгеньевна – магистрант второго года обучения кафедры физиологии
человека и животных Биологического института Томского государственного университета
(г. Томск).
E-mail: an.zelenskaya@gmail.com
Зубрикова Ксения Юрьевна – студентка кафедры физиологии человека и животных и
валеологии биологического факультета Кемеровского государственного университета
(г. Кемерово).
E-mail: litvinca@kemsu.ru
Иванов Вадим Иванович – кандидат биологических наук, доцент кафедры физиологии
человека и животных и валеологии Кемеровского государственного университета (г. Кемерово).
E-mail: tramp@kemsu.ru
Ильинских Екатерина Николаевна – доктор медицинских наук, профессор кафедры
инфекционных болезней Сибирского государственного медицинского университета
(г. Томск).
E-mail: ilyinskikh@yandex.ru
Ильинских Ирина Николаевна – доктор биологических наук, профессор кафедры
микробиологии Сибирского государственного медицинского университета (г. Томск).
E-mail: ilyinskikh@yandex.ru
Ильинских Николай Николаевич – доктор биологических наук, профессор, заведующий кафедрой биологии и генетики Сибирского государственного медицинского университета (г. Томск).
E-mail: ilyinskikh@yandex.ru
Карелина Ольга Александровна – младший научный сотрудник лаборатории экспериментальной физиологии ОСП «НИИ биологии и биофизики Томского государственного
университета» (г. Томск).
E-mail: nakri@res.tsu.ru
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
152
Сведения об авторах
Киселёва Ирина Сергеевна – кандидат биологических наук, доцент, заведующая кафедрой физиологии и биохимии растений, декан биологического факультета Уральского
государственного университета им. А.М. Горького (г. Екатеринбург).
E-mail: Irina.Kiselyova@usu.ru
Козлова Светлана Анатольевна – аспирант кафедры биологии и генетики Сибирского государственного медицинского университета (г. Томск).
E-mail: kozlova@yandex.ru
Кривова Наталья Андреевна – профессор, доктор биологических наук, зав. отделом
физиологии ОСП «НИИ биологии и биофизики Томского государственного университета»
(г. Томск).
E-mail: nakri@res.tsu.ru
Кузнецов Александр Александрович – младший научный сотрудник Гербария
им. П.Н. Крылова Биологического института Томского государственного университета
(г. Томск).
E-mail: Kuznetsov_aa@bio.tsu.ru
Кулагина Юлия Михайловна – инженер лаборатории биотехнологии и биоинженерии
Биологического института Томского государственного университета (г. Томск).
E-mail: kulaginajylia@sibmail.com
Курбатский Владимир Иванович – кандидат биологических наук, старший научный
сотрудник Гербария им. П.Н. Крылова Биологического института Томского государственного университета (г. Томск).
E-mail: cello@sibmail.com
Литвинова Надежда Алексеевна – доктор биологических наук, профессор кафедры
физиологии человека и животных и валеологии биологического факультета Кемеровского
государственного университета (г. Кемерово).
E-mail: litvinca@kemsu.ru
Меркулов Виктор Георгиевич – кандидат химических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории радиационного контроля Физико-технического института Томского
политехнического университета (г. Томск).
E-mail: rogova@interact.phtd.tpu.ru
Микрюкова Анна Викторовна – студент пятого курса кафедры физиологии человека и
животных Биологического института Томского государственного университета (г. Томск).
E-mail: nakri@res.tsu.ru
Могилина Анна Александровна – аспирантка кафедры физиологии человека и животных и валеологии биологического факультета Кемеровского государственного университета (г. Кемерово).
E-mail: mog-anna@yandex.ru
Мякшина Татьяна Александровна – аспирант лаборатории Гербария Центрального
сибирского ботанического сада СО РАН (г. Новосибирск).
E-mail: astragalus86@yandex.ru
Никифоров Леонид Анатольевич – провизор-организатор НП «Центр фармацевтической информации» (г. Новосибирск), соискатель кафедры фармации ФПК и ППС Сибирского государственного медицинского университета (г. Томск).
E-mail: nla83@mail.ru
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Сведения об авторах
153
Однокурцев Валерий Алексеевич – кандидат биологических наук, научный сотрудник
лаборатории экологии млекопитающих Института биологических проблем криолитозоны
СО РАН (г. Якутск).
E-mail: odnokurtsev@ibpc.ysn.ru
Перевозкин Валерий Петрович – кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории эволюционной цитогенетики ОСП «НИИ биологии и биофизики
Томского государственного университета» (г. Томск).
Email: pvptomsk@rambler.ru
Прибыткова Екатерина Владимировна – аспирант кафедры экологической и сельскохозяйственной биотехнологии Биологического института Томского государственного
университета; стажер-исследователь лаборатории экологической инженерии и биотехнологии ОСП «НИИ биологии и биофизики Томского государственного университета»
(г. Томск).
E-mail: prikat@sibmail.com
Просекина Елена Юрьевна – кандидат биологических наук, доцент кафедры физиологии человека и животных Биологического института Томского государственного университета (г. Томск).
E-mail: physiol@bio.tsu.ru
Рогова Наталья Сергеевна – аспирант, ассистент кафедры прикладной физики Физико-технического института Томского политехнического университета (г. Томск).
E-mail: rogova@interact.phtd.tpu.ru
Рукавцова Елена Борисовна – доктор биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории биотехнологии растений Филиала Института биоорганической химии им.
академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН (г. Пущино).
E-mail: ruk@fibkh.serpukhov.su
Русакова Антонина Михайловна – кандидат биологических наук, научный сотрудник
лаборатории эволюционной цитогенетики ОСП «Научно-исследовательский институт
биологии и биофизики Томского государственного университета» (г. Томск).
E-mail: center_cu@res.tsu.ru
Рыжакова Надежда Кирилловна – кандидат физико-математических наук, доцент
кафедры прикладной физики Физико-технического института Томского политехнического
университета (г. Томск).
E-mail: rnk@interact.phtd.tpu.ru
Седалищев Виктор Тимофеевич – кандидат биологических наук, старший научный
сотрудник лаборатории экологии млекопитающих Института биологических проблем
криолитозоны СО РАН (г. Якутск).
E-mail: anufry@ibpc.ysn.ru
Семенов Сергей Юрьевич – кандидат биологических наук, доцент кафедры экологической и сельскохозяйственной биотехнологии Биологического института Томского государственного университета (г. Томск); заведующий лабораторией экологической инженерии и биотехнологии ОСП «НИИ биологии и биофизики Томского государственного университета» (г. Томск).
E-mail: pure@sibmail.com
Сибатаев Ануарбек Каримович – доктор биологических наук, профессор кафедры
экологической и сельскохозяйственной биотехнологии Биологического института Томского государственного университета (г. Томск); старший научный сотрудник лаборатории
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
154
Сведения об авторах
эволюционной цитогенетики ОСП «НИИ биологии и биофизики Томского государственного университета» (г. Томск).
E-mail: anuar@res.tsu.ru
Сивкова Елена Евгеньевна – аспирант кафедры экологической и сельскохозяйственной биотехнологии Биологического института Томского государственного университета;
стажер-исследователь лаборатории экологической инженерии и биотехнологии ОСП
«НИИ биологии и биофизики Томского государственного университета» (г. Томск).
E-mail: sivelena@sibmail.com
Синенко Ольга Сергеевна – студентка кафедры физиологии и биохимии растений
биологического факультета Уральского государственного университета им. А.М. Горького
(г. Екатеринбург).
E-mail: ermosh@e1.ru
Стегний Владимир Николаевич – доктор биологических наук, профессор, заведующий кафедрой цитологии и генетики Биологического института Томского государственного университета (г. Томск); заведующий лабораторией эволюционной цитогенетики
ОСП «Научно-исследовательский институт биологии и биофизики Томского государственного университета» (г. Томск).
E-mail: center_cu@res.tsu.ru
Суханов Дмитрий Яковлевич – кандидат физико-математических наук, доцент, старший научный сотрудник лаборатории экспериментальной физиологии ОСП «НИИ биологии и биофизики Томского государственного университета» (г. Томск).
E-mail: nakri@res.tsu.ru
Томова Татьяна Александровна – кандидат биологических наук, доцент кафедры медико-биологических дисциплин Томского государственного педагогического университета (г. Томск).
E-mail: eskovata@mail.ru
Тухватулин Равиль Талибулович – профессор кафедры физиологии человека и животных Биологического института Томского государственного университета, доктор биологических наук, заведующий лабораторией реологии крови НИИ биологии и биофизики
Томского государственного университета.
Ходанович Марина Юрьевна – доктор биологических наук, доцент, старший научный
сотрудник лаборатории высшей нервной деятельности ОСП «НИИ биологии и биофизики
Томского государственного университета» (г. Томск).
E-mail: Khodanovich@mail.tsu.ru
Филоненко Андрей Владимирович – аспирант кафедры ботаники Московского педагогического государственного университета (г. Москва).
E-mail: avfilonenko@yandex.ru
Шауло Дмитрий Николаевич – кандидат биологических наук, старший научный сотрудник, заведующий лабораторией Гербария Центрального сибирского ботанического
сада СО РАН (г. Новосибирск).
E-mail: dshaulo@yandex.ru
Юркин Александр Юрьевич – кандидат медицинских наук, доцент кафедры биологии
и генетики Сибирского государственного медицинского университета (г. Томск).
E-mail: yurkin@mail.ru
Документ
Категория
Научные
Просмотров
320
Размер файла
2 439 Кб
Теги
университета, государственного, 392, биологии, 2011, вестник, томского
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа