close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

1554.Экологические проблемы уникальных природных и антропогенных ландшафтов

код для вставкиСкачать
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное агентство по образованию Российской Федерации
Администрация Ярославской области
Департамент окружающей среды
и природопользования Ярославской области
Ярославский государственный университет им. П.Г. Демидова
Посвящается 90-летию
профессора П.Г. Ошмарина
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ
УНИКАЛЬНЫХ ПРИРОДНЫХ
И АНТРОПОГЕННЫХ ЛАНДШАФТОВ
Материалы Всероссийской
научно-практической конференции
29 ноября 2007 года
Ярославль 2007
1
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
УДК 504:061.2/.4
ББК Е0я43
Э 40
Рекомендовано
Редакционно-издательским советом университета
в качестве научного издания. План 2007 года
Редакционная коллегия:
А.В. Еремейшвили, канд. биол. наук, доц.;
В.Н. Казин, д-р хим. наук, проф. (отв. ред.).
В.П. Семерной, д-р биол. наук, проф.
Э 40
Экологические проблемы уникальных природных и антропогенных ландшафтов : материалы Всероссийской научно-практической конференции, г. Ярославль, 29 ноября 2007 г.
/ отв. ред. В.Н. Казин ; Яросл. гос. ун-т. – Ярославль : ЯрГУ,
2007. – 312 с.
ISBN 978-5-8397-0587-6
В сборнике опубликованы материалы Всероссийской научно-практической конференции по актуальным проблемам
особо охраняемых природных территорий. В центре внимания
находятся следующие вопросы: растительные природные комплексы и животный мир охраняемых территорий; геологические памятники природы; экологические проблемы и здоровье
населения; природные и антропогенные факторы окружающей
среды и проблемы мониторинга.
Материалы издаются в авторской редакции.
Материалы публикуются при финансовой поддержке
проекта РНП.2.2.3.1.7764 по аналитической ведомственной целевой программе "Развитие научного потенциала высшей школы
(2006 –2008 годы)".
УДК 504:061.2/.4
ББК Е0я43
ISBN 978-5-8397-0587-6
© Ярославский государственный
университет им. П.Г. Демидова, 2007
2
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ПЕТР ГРИГОРЬЕВИЧ ОШМАРИН
(1918-1996)
3
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ПАМЯТИ ПЕТРА ГРИГОРЬЕВИЧА ОШМАРИНА
(1918-1996)
В марте 2008 г. исполняется девяносто лет со
дня рождения выдающегося исследователя, педагога и организатора Петра Григорьевича Ошмарина. Настоящий сборник посвящен памяти этого
человека, жизнь которого была вереницей замечательных достижений в разных областях.
Парень из обычной многодетной рабочей семьи заканчивает
среднюю школу за девять лет вместо десяти и поступает в Нижегородский педагогический институт. Там он становится учеником известного паразитолога А.А. Соболева, воспитавшего в провинции едва ли не половину гельминтологической элиты страны. В двадцать
лет студент публикует первую свою работу. И это не тезисы объемом
в страничку, а полновесная статья о гельминтофауне врановых птиц,
сделанная на значительном материале, собранном в Нижегородской
области. В 1938 г. он получает диплом и уезжает на Байкал, где работает учителем биологии и химии в поселке Усть-Баргузин, собирая
параллельно материал для кандидатской диссертации. Диссертация
под названием «Паразитические черви промысловых животных Бурят-Монгольской АССР» защищена в 1946 г. в Москве. Но в ее подготовке образуется долгая пауза – служба в армии, а затем Великая
Отечественная война. Он – солдат, курсант, командир отделения,
взводный, ротный, помощник начальника связи артиллерийского
полка. Свирепая зима 1942-43 г.г., ранение в голову, окружение, плен,
побег из колонны военнопленных, выход к своим в ледяную стужу,
обморожение, потеря половины каждой ступни…
Формальный инвалид и не думает быть таковым в реальности.
После демобилизации он стремительно проходит путь от лаборанта
до доцента кафедры зоологии в том самом вузе, где учился. В этот
период он приобретает первые навыки преподавания в вузе и участвует в первой из своих больших экспедиций – многомесячном плавании на знаменитой китобойной матке Алеут, изучая гельминтов китообразных.
4
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В 1948 г. Петр Григорьевич резко меняет свою жизнь. Он уезжает
во Владивосток и оформляется на должность старшего научного сотрудника Зоологического отдела Дальневосточной базы Академии
Наук. Этот период его жизни легендарен. На территории Приморья
он разрабатывает с нуля и пускает в ход оригинальную систему профилактики гельминтозов животных. Он является председателем краевой комиссии по охране природы. По заданию Министерства рыбного
хозяйства его научная группа находит способы хранения морских
промысловых рыб (терпуга, сайры, угольной рыбы, минтая) при которых они не повреждаются гельминтами и не теряют товарный вид.
На материале экспедиционных вскрытий он пишет, защищает и издает в виде капитальной монографии диссертацию на тему «Паразитические черви млекопитающих и птиц Приморского края (фауна, экология, география)». Выходят в свет его первые теоретические статьи
и защищаются первые ученики. В крае возрождают Дальневосточный
госуниверситет, и он становится первым деканом естественного факультета и основателем кафедры зоологии. Он – один из основателей
и первый директор Биолого-почвенного института АН СССР, а также
инициатор создания Института биологии моря. Весь 1960 год он проводит во Вьетнамской экспедиции Тихоокеанского института рыбного хозяйства и океанографии в качестве гельминтологаисследователя. Не ограничиваясь непосредственными обязанностями,
он собирает и морем пригоняет во Владивосток баржу (!) с биологическим материалом. На научно-промысловой станции управления
рыбного хозяйства Вьетнама он организует лабораторию паразитологии, которая успешно функционирует по сей день. Эта годичная командировка приносит ему правительставенную награду Вьетнама, а
за заслуги перед собственным Отечеством Петра Григорьевича награждают орденом Трудового Красного Знамени. Огромная работа
ложится на плечи беспартийного человека, совершенно чуждого
карьерных амбиций и тяготящегося администрированием. Времени на
науку остается все меньше, и он решается на очередные существенные перемены в жизни.
В 1970 г. новый государственный университет открывается в
Ярославле, и Петр Григорьевич перебирается сюда с Дальнего Востока. Последний отрезок его творчества оказывается самым длинным и
составляет четверть века. Вновь не удается полностью освободиться
от бремени основателя и организатора. Петр Григорьевич создает в
ЯрГУ кафедру зоологии (ныне – экологии и зоологии), однако при
первой возможности уходит с заведования. В этот период он более
5
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
чем когда-либо занимается преподавательской работой – ведет полевые практики по зоологии и читает превосходные кусы лекций по
зоологии, паразитологии и эволюционной теории. Ценность его лекций и полевых выходов под его руководством многократно увеличивают три обстоятельства: обширный экспедиционный опыт, дар рассказчика и огромный исследовательский талант. Под его
руководством начинает оформляться зоологический музей, готовятся
диссертации, выпускается регулярный сборник «Экология гельминтов», в котором публикуются крупнейшие российские паразитологи.
В начале восьмидесятых годов Петр Григорьевич выходит на
пенсию. Этот выход является началом не периода покоя, а «свободного полета» в науке, полета принесшего прекрасные плоды. Научные
интересы исследователя сосредоточиваются вокруг теоретических
проблем морфологии, экологии и эволюции паразитов, а также вокруг
некоторых проблем эволюционной теории. В соавторстве с Т.С. Раисовым и Ю.К. Богоявленским выходит в свет первый в мире Большой
практикум по паразитологии. И наконец-то осуществляется давняя
мечта – монография «Следы в природе». Эта уникальная по качеству
книга о следах жизнедеятельности позвоночных животных, сделанная
в соавторстве с Д.Г. Пикуновым, была признана лучшей по издательству «Наука» за 1990 г. В ней Петр Григорьевич проявляется не только как зоолог широчайшей эрудиции, но и как потрясающий мастер
технического рисунка. Статьи, книги, учебные пособия перестали выходить лишь за несколько месяцев до смерти автора. У него около ста
тридцати научных публикаций, большая часть которых выполнена
без соавторов и которые появлялись в течение пятидесяти семи лет!
У Петра Григорьевича много учеников и двадцать из них – доктора и кандидаты наук. Его научная школа не из тех, где последователи разрабатывают мелкие аспекты идеи своего шефа. Он дарил нечто несравненно большее, а именно, свежую идею, слабо
разработанное направление исследований либо никем не замеченный
круг объектов. А вместе с ними ученик получал полную свободу действий. Не все выдержали бремя самостоятельности. Многие уходили
туда, где можно легче и быстрей защититься. Но те, кто оставался,
никогда об этом не жалел. Учитель был абсолютно прав, считая степени, звания, должности и награды лишь побочным результатом труда. Он никого не водил за руку и никогда оставлял ученика без помощи, если та действительно требовалась. Поддерживать в сложных
жизненных ситуациях и обсуждать научные проблемы он был готов
всегда. Его научные комментарии отличались необыкновенным изя6
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ществом благодаря огромному кругозору и бритвенно острому интеллекту.
Как человек Петр Григорьевич производил очень сильное впечатление. Главной из его отличительных черт была огромная порядочность. Она заставляла его чураться интриг и говорить людям в
глаза любые нелицеприятные вещи. Она позволяла всем, кто с ним
общался, доверять ему безоговорочно. Она помогала ему оценивать
людей, и он практически не ошибался в оценках. Она подарила ему
друзей, которых он сохранил до конца жизни, и породила недоброжелателей, имеющихся у всякой экстраординарной личности. Ему было
непросто, но, скорее всего, он был счастливым человеком, потому что
посвятил жизнь труду и людям. Больше десяти лет его нет с нами, но
его именем до сих пор называют вновь открытые виды гельминтов.
Он – один из лучших паразитологов ХХ столетия. Он достиг больших
вершин, и сам стал одной из вершин для тех, кто приходит в паразитологию после него.
7
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Паразитологические исследования
П.Г. Ошмарина и динамика его научных
интересов
Ястребов М.В., Ястребова И.В.
Ярославский государственный университет
имени П.Г. Демидова
Перу Петра Григорьевича Ошмарина принадлежит около 130 научных работ, большая часть которых выполнена без соавторов. В настоящем обзоре мы остановимся на тех из них, которые считаем наиболее значимыми.
Научная работа П.Г. Ошмарина началась с подготовки студенческой публикации о гельминтофауне врановых птиц Горьковской области [1]. Данное название традиционно для того времени. Следует
помнить об обстановке в отечественной гельминтологии в конце 30-х
и в 40-х годах прошлого века. В то время широкое хождение имело
учение академика К.И. Скрябина о так называемой девостации гельминтов, то есть об их уничтожении как биологических видов. Идея,
абсурдная в своей основе, дала большой положительный эффект.
«Врага» надо было знать, и огромные средства вкладываются в инвентаризацию гельминтофауны Советского Союза. В течение трех десятилетий проводятся несколько сот Союзных гельминтологических
экспедиций и ряд зарубежных, по материалам которых пишется множество диссертаций и монографий. Таким образом, с фаунистики начинается научная деятельность многих больших мастеров тех лет.
Наиболее существенными работами П.Г. Ошмарина в этой сфере являются его кандидатская диссертация [2] о паразитических червях
промысловых животных Бурят-Монголии, книга о гельминтах животных Юго-Восточной Азии [3], определитель гельминтов домашних и
диких свиней [4], но в особенности – докторская диссертация о гельминтах зверей и птиц Приморья, изданная позднее в виде монографии
[5]. Эта диссертация практически не имеет себе равных по количеству
первичного материала: около 2000 полных гельминтологических
вскрытий, 1136 страниц текста, 321 оригинальный рисунок, 129 видов
гельминтов, неизвестных ранее науке, 17 новых родов. Из 654 видов
гельминтов, зарегистрированных в Приморье на то время, 465 приходятся на долю диссертанта.
8
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Изучение гельминтофауны служит отличной базой для исследований во многих других областях паразитологии и для теоретических
обобщений в области общей паразитологии, морфологии, экологии и
эволюционной теории, которым П.Г. Ошмарин отдал богатую дань. В
своем изложении мы не соблюдаем хронологию публикаций, поскольку ко многим темам автор возвращается неоднократно, разрабатывая и исправляя сделанное ранее. В целом рассматриваемый период охватывает более сорока лет.
Труды П.Г. Ошмарина в области морфологии закономерно вырастают из определений фауниста, при которых приходится просматривать бесконечное число структур и видеть мелкие различия в их
форме и топографии как у разных биологических видов, так и внутри
отдельно взятого вида. Наблюдаемые закономерности строения автор
всегда истолковывает с точки зрения условий жизни гельминтов, либо способов освоения ими ресурсов среды. Сфера интересов П.Г.
Ошмарина в этой области весьма широка, и в его публикациях можно
наблюдать буквально россыпь острых и интересных наблюдений. Дается характеристика проморфологии акантоцефалов, указывается и
объясняется несоответствие между их внешней многолучевой симметрией и билатеральной симметрией систем внутренних органов.
Приводятся случаи вторичного формирования внешней билатеральности [6]. Описываются сравнительно редкие случаи акцелерации половой системы трематод, являющейся основой их прогенеза [7], и редукция кишечника некоторых нематод как результат их перехода к
питанию через покровы [8]. Формулируются версии об участии в питании вентральной камеры трематод семейства Gastrothylacidae [9] и
хвостового придатка трематод отряда Hemiurida [10]. Дифференцировка тела нематод подотряда Trichocephalata на нитевидную переднюю и утолщенную заднюю части объясняется специализацией отделов соответственно на прикреплении и питании и на производстве
половых продуктов [11]. Указывается, что аналогичная дифференцировка тела присуща большинству трематод и является эволюционно
древним приобретением, а ее отсутствие вторично и связано со специализацией той или иной группы сосальщиков [12]. В другой работе
П.Г. Ошмарин описывает черту строения, конвергентно возникающую у многих трематод: дистальный участок матки мешковидно
расширен, или весь этот орган имеет мешковидную форму. Он устанавливает, что трематоды с такой маткой откладывают яйца периодически, более или менее крупными порциями. Время откладки определяется периодизмом действия органов хозяина (захватывание пищи,
9
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
глотание и т.д.), в которых трематоды локализуются [13]. В статье о
групповой локализации у трематод [14] приводятся примеры совместного паразитирования двух и более особей в капсулах и дивертикулах. Во всех случаях наблюдается комплекс отличий от ближайших
родственных видов из реофильных условий: изменение формы тела в
сторону утолщения, редукция органов прикрепления и мускулатуры
тела, изменение строения или отсутствие цирруса. Предполагается,
что групповая локализация легко сохраняется, и что она гарантирует
успех оплодотворения. Подобные группы рассматриваются как дистанционные колонии, то есть индивидуальности более высокого ранга, чем особи. Особняком от прочих стоит небольшая статья, посвященная
анализу действующей системы трематод отряда
Paramphistomatida [15]. Авторы показывают, что система имеет изъяны методологического и технического характера. Во-первых, она основана на строении одних лишь мышечных органов – присосок и копулятивного аппарата, и без учета строения прочих органов не
отражает истинной степени родства между видами. Во-вторых, использование счетных признаков строения присосок непродуктивно,
поскольку при несовершенной гистологической технике велик субъективизм при счете.
Среди эколого-морфологических работ П.Г. Ошмарина и его сына, выполненных на трематодном материале, есть несколько, удивительным образом показывающих, со сколь многим бывает связано
простое изменение в соотношении двух частей половой системы. У
трематод известна обратная пропорциональность в степени развития
желточников и матки. Виды с мощными желточниками имеют небольшую матку и наоборот. В первом случае яйца пребывают в матке
недолго и содержат при откладке мирацидия на ранних стадиях дробления (Fasciolidae, Echinostomatidae, Strigeididae и многие другие).
Эти крупные, тонкоскорлуповые яйца имеют запас пищи для зародыша, поставляемый желточниками. По завершении развития крупный мирацидий выходит в воду и активно ищет промежуточного хозяина. Мы имеем либеролярвальный тип развития. Во втором случае
(слабые желточники и мощная матка) яйцо остается в матке долго, и
эмбриогенез личинки происходит в теле мариты. Матка вмещает
большой суммарный объем яиц. Желточники слабы, поэтому яйца без
запаса пищи, зато содержат вполне развитого мирацидия и бывают
двух типов. Одни, очень крупные и тонкостенные, открываются тотчас после откладки, и, как в первом случае, крупный мирацидий плавает в поисках промежуточного хозяина (Cyclocoeliidae, Philophthal10
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
midae). Это пролярвальный тип развития. Вторые, мелкие, с толстой
прочной оболочкой и мелким мирацидием внутри, пассивно пребывают в свободной среде и лишь случайно проглатываются промежуточным хозяином (Opisthorchiidae, Dicrocoeliidae и др.) – инклюзиолярвальный тип развития. Каждый из типов имеет достоинства и
недостатки экологического характера. Инклюзиолярвальный хорош
тем, что обеспечивает инвазию хозяев и в воде, и на суше. Но плохо,
что ее случайность заставляет производить огромное количество яиц.
Здесь работает числовой фактор заражения хозяина. Роль случайности куда ниже при про- и либеролярвальном типах: направленная поисковая работа мирацидия резко повышает вероятность попадания в
промежуточного хозяина, о чем говорит относительно малое число
яиц. На первый план выходит уже экологический фактор заражения.
В связи с разницей в числе производимых яиц можно ожидать, что
существуют специфические особенности гонад и других половых органов в каждой из групп [16-20]. Таким образом, изменение пропорций половой системы является материальной основой эмбрионизации
онтогенеза и различных стратегий размножения и открывает путь к
выживанию инвазионных элементов в разных средах жизни.
Широкий экологический и эволюционный подход объединяет с
описанными только что работами три сравнительно небольших, но
очень интересных теоретических опуса, посвященных ленточным
червям. Один из них касается метамерии цестод [21]. Здесь показывается, что их метамерия бывает внутренней и наружной. При наличии
обеих форм наружная метамерия может соответствовать внутренней
или не соответствовать ей. Способ образования метамерии может
быть паратомическим и терминальным, причем первый способ – более древний. Внутренняя метамерия и терминальный способ образования при открытой матке многократно увеличивают плодовитость
цестод. Терминальный способ образования метамерии при закрытой
матке, свойственный высшим группам цестод, увеличивает вероятность инвазии промежуточного хозяина и, значит, экологический
фактор заражения. В статье о плодовитости в филогенезе цестод [22]
весьма изящно демонстрируются способы эволюционного изменения
упомянутой плодовитости в разных группах ленточных червей. К таким способам относятся наличие или отсутствие сегментации тела и
вегетативного размножения, длина стробилы, открытая либо закрытая
матка и ее объем, время развития яиц и сложность их устройства и
другие. Существенную ценность представляет мысль, что всех цестод
нельзя априорно считать высоко плодовитыми животными. Как и в
11
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
прочих таксонах аналогичного ранга, здесь наблюдаются тенденции
как к снижению плодовитости при сравнительно высокой выживаемости потомства, так и к ее экстремальному повышению при мощной
элиминации инвазионных элементов. Дискуссия о моно- или полизоичной природе цестод – это предмет третьей из названных работ [23].
Данный вопрос пытаются решить полтора столетия без видимого успеха. П.Г. Ошмарин указывает, что среди цестод имеются группы, как
отвечающие признакам колонии, так и не отвечающие им. Если не
принимать в расчет несегментированных цестод, то эволюционно
первичным следует считать возникновение метамерии половых органов. Позднее возникает метамерия тела, не соответствующая метамерии половых органов или соответствующая ей. На этой стадии цестоды не являются колониями, так как их метамерия не связана с
отпочковыванием метамеров от особи-основательницы и у них нет
терминального роста и последовательного отделения члеников от
заднего конца тела. Дальнейшее увеличение плодовитости цестод
привело к появлению у них особи-основательницы и терминального
роста. Зоиды таких гельминтов (например, лентецов) имеют высокую
степень индивидуальности, поскольку самостоятельно производят и
выделяют яйца, а то, что обычно называют особью, имеет все признаки колониальности. В целом, у цестод различается до пяти уровней
индивидуальности, и большинство из них – организменные колонии.
Экология паразитических червей рассматривается П.Г. Ошмариным и безотносительно к способам их размножения. Хрестоматийной
стала статья, посвященная фиксации гельминтов [24], и ряд ее положений вошел в учебники. Впервые предлагается более или менее четкое определение фиксации, которая трактуется как сохранение гельминтом нормальной для него локализации. Автор впервые выделяет
виды фиксации, основанные на двух разных принципах классификации. Для активной фиксации мышечные усилия требуются, для пассивной – нет. При обратимой фиксации гельминт может перемещаться в пределах локализации и даже за ними, а при необратимой он не
способен изменить место, однажды занятое в организме хозяина. Говорится о том, что эволюционно самой древней является активная
фиксация в отсутствие развитых органов прикрепления. Позднее возникают разнообразные прикрепительные структуры при сохранении
способности гельминтов к перемещению во время миграций, питания,
в поисках полового партнера. Затем у многих специализированных
групп происходит замена активной фиксации на пассивную при освоении условий, где нет изгоняющего действия среды.
12
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Среди работ П.Г. Ошмарина, ставших классическими, нельзя забыть небольшую книжку о специфичной экологии гельминтов [25].
Понятие «специфичная экология» не прижилось, ибо по смыслу оно
соответствует факториальной экологии. Но дело не в этом, а в богатстве фактического и теоретического материала, представленного в
данной работе. В частности, речь идет об обширной информации, касающейся особенностей симметрии тела, его пропорций и строения
различных органов гельминтов при обитании в тех или иных органах
позвоночных животных. Самое же главное – это первая в мировой
литературе попытка показать внутреннее разнообразие организменной среды жизни. Автор разделяет два типа мест паразитирования на
основе наличия или отсутствия механического изгоняющего действия
среды. По сути это две среды обитания – реофильная и статофильная.
Внутри каждого типа мест паразитирования выделяются группы мест
паразитирования, экологический статус которых на сегодняшний
день не ясен. Кроме того, предпринята первая в истории попытка создать классификацию жизненных форм гельминтов. Формы получают
названия в соответствии с таксономической принадлежностью и локализацией паразитов, например «ангионематоды», «ренотрематоды»
и т.д. В результате, практически в каждой жизненной форме рядом
оказываются совершенно не похожие друг на друга виды, а жизненная форма под названием «интестинотрематоды» представляет собой
буквально хаос из видов с самым разнообразным внешним обликом.
Ошибка очевидна, поскольку даже отдельные параметры габитуса
(размер и форма тела, сегментация, вооружение, присоски) не привязаны к конкретной локализации, не говоря уже об их всевозможных
сочетаниях. Классификация не выдерживает критики, но попытка ее
создания позволяет взглянуть на условия жизни гельминтов в новом
ракурсе. Понятие «жизненная форма» объединяет виды, общие черты
которых сложились под действием сходных факторов отбора. Наличие сходных факторов возможно в разных условиях существования, а
применительно к гельминтам – при разных локализациях. И П.Г.
Ошмарин не был бы собой, если бы не исправил свою ошибку, создав
позднее вторую классификацию жизненных форм трематод, в основе
которой лежат габитуальные черты гельминтов безотносительно к их
локализации [26]. Сами названия форм звучат уже совершенно по
другому: «первичнодифференцированные», «переднеприкрепляющиеся», «присоскоподобные» и т.д.
Из теоретических тем чисто паразитологического профиля необходимо упомянуть еще одну, к которой рано или поздно приходят все
13
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
крупные паразитологи – это вопрос об определении паразитизма [27].
За двести с лишним лет существования паразитологии в оформленном виде определение так и не было создано. Попытка, предпринятая
П.Г. Ошмариным, не дает принципиально нового подхода, но она интересна как наиболее содержательный критический анализ существующих определений. В итоге, автор поддерживает идею, в соответствии с которой всех без исключения паразитов объединяет лишь
одно – обитание в организменной среде. Статья настолько интересно
построена, что остается лишь сожалеть о ее опубликовании в региональной печати, а не в одном из центральных журналов.
В последнее десятилетие работы П.Г. Ошмарин выходит на уровень крупных эволюционных обобщений. В работе о конвергенциях у
гельминтов [28] впервые обозначается обширный список свойств, независимо возникающих в разных группах паразитических червей: некоторые виды органов прикрепления, питание через покровы, рассеченная форма гонад, три типа яиц, личиночное размножение и другие.
По традиционным воззрениям, параллелизмы характерны для родственных групп, и сходство между организмами при этом глубокое.
При конвергенциях все наоборот – группы не родственные, а сходство поверхностное. На множестве зоологических примеров доказывается, что эта точка зрения не соответствует истине. Нет четких границ
между «родственными» и «неродственными» филогенетическими
группами. Неустановима грань между глубоким и неглубоким сходством. А потому не существует принципиальных различий между понятиями «конвергенция» и «параллелизм». Помимо этого, термины
«конвергентное развитие» и «конвергентная эволюция» неправильны.
Эволюция, отбирающая уклонения, дивергентна по самой своей природе, и можно говорить лишь о конвергентном сходстве, которое есть
следствие эволюционного процесса.
В статье, посвященной проблеме эволюции органов и функций
П.Г. Ошмарин и его сын впервые в истории называют базовое свойство функций – их мультиорганность [29]. Значение этой крошечной по
объему работы, к сожалению еще не оценено по достоинству. Между
тем оно очень велико, поскольку кладет конец бесконечному спору
«структуралистов» и «холистов» о неразрывной связи между органами и функциями, либо об их относительной независимости. Становится совершенно ясно, что органы и функции неразрывны в эволюционной статике и относительно независимы в динамике. Не менее
ясно и то, что при изучении модусов эволюции органов и функций
необходимо сменить акценты и изучать не органы и их функции, а
14
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
органы и функции, без всякого слова «их». Авторы обозначают выход
из тупика, в котором соответствующий раздел эволюционной теории
пребывает уже несколько десятилетий.
Работая в вузе, П.Г. Ошмарин дважды обращался к написанию
учебной литературы [30, 31]. Его учебное пособие к полевой практике
по зоологии беспозвоночных, при всех своих дидактических несовершенствах, является единственным в стране, в котором имеется паразитологический раздел практики. Что же касается «Руководства по
практической гельминтологии», то этот капитальный труд (22 печатных листа и 168 оригинальных рисунков) является по существу
Большим практикумом по гельминтологии и не имеет аналогов в мировой литературе.
В настоящей статье рассматриваются не все направления научной работы П.Г. Ошмарина. Мы оставили в стороне его прикладные
исследования и великолепную книгу о следах жизнедеятельности позвоночных животных. Но даже представленный материал характеризует Петра Григорьевича как профессионала очень большого масштаба. Число опубликованных им работ не поражает воображение.
Однако эти труды свидетельствуют о масштабном и оригинальном
мышлении и имеют исключительно высокое качество.
Литература
1. Ошмарин П.Г., Спасский А.А. К гельминтофауне птиц Горьковской области // Труды Гос. Пед. Ин-та им. Горького, 1939. Т. 4.
С. 45-69.
2. Ошмарин П.Г. Трематоды промысловых животных БурятМонгольской АССР. Дисс. на соискание ученой степени канд. биол.
наук. Москва, 1946.
3. Ошмарин П.Г., Мамаев Ю.Л., Лебедев Б.И. Гельминты животных Юго-Восточной Азии. М.: Наука, 1970. 219 с.
4. Рыжиков К.М., Ошмарин П.Г., Хрусталев А.В. Определитель
гельминтов домашних и диких свиней. М.: Наука, 1983. 168 с.
5. Ошмарин П.Г. Паразитические черви млекопитающих и птиц
Приморского края. М.: Изд-во АН СССР, 1963. 323 с.
6. Ошмарин П.Г. К вопросу о проморфологии акантоцефалов //
Acta veterinaria, 1959. V. 9. № 1. P. 109-116.
7. Ошмарин П.Г. акцелерация половой системы как вероятный
путь происхождения прогенеза некоторых трематод // Доклады АН
СССР. Новая серия, 1950. Т. 75. № 4. С. 595-596.
15
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
8. Ошмарин П.Г. Явление редукции кишечника у филярии Anenteronema scrjabini nov. gen. nov. sp // Доклады АН СССР. Новая серия,
1949. Т. 66. № 6. С. 1223-1225.
9. Ошмарин П.Г., Степанов О.И., Ошмарин А.П. О строении и
происхождении вентральной камеры трематод семейства Gastrothylacidae Styles et Goldberg, 1910 (Trematoda: Paramphistomatata) // Актуальные проблемы естественных и гуманитарных наук. Ярославль:
Изд-во Яросл. ун-та, 1995. С. 77-80.
10. Ошмарин П.Г., Жарикова Т.И. О природе хвостового придатка у гемиурат (Trematoda: Hemiurata) // Биология внутренних вод,
1989. № 84. С. 26-29.
11. Ошмарин П.Г. О функциональном значении и о происхождении дифференцировки тела трихоцефалов на нитевидную переднюю
и утолщенную заднюю части // Зоологический журнал, 1960. Т. 39. №
7. С. 1091-1092.
12. Oshmarin P.G. On the differentiation of the body wall of trematodes into motor and genital parts and on the phylogenetycal age of this
property // Acta Veterinaria Ac. Sci. Hungaricae, 1958. V. 8. № 3. P. 257263.
13. Ошмарин П.Г. Экологическое значение расширения дистального участка матки некоторых трематод // Паразитология, 1975. Т. 9.
№ 5. С. 434-438.
14. Ошмарин П.Г. О групповой локализации у трематод // Работы
по гельминтологии. М.: Наука, 1981. С. 145-152.
15. Гуревич М.Ю., Ошмарин П.Г., 1984. О значении метода Нэсмарка в создании системытрематод подотряда Paramphistomata
(Szidat, 1936) // Вопросы экологической гельминтологии. Ярославль:
Изд-во Яросл. ун-та. С. 8-15.
16. Ошмарин А.П. О взаимосвязи типов начальных стадий онтогенеза трематод // Матер. науч. конф. Всесоюз. О-ва гельминтологов.
Вып. 29. Трематоды и трематодозы. М.: Изд-во АН СССР, 1977. С.
112-118.
17. Ошмарин П.Г. Два типа начальных стадий циклов развития
гельминтов // Helmintologia, 1959. V. 1. № 1. P. 199-204.
18. Ощмарин П.Г. К изучению специфичной экологии гельминтов. Владивосток: Изд-во ДВНЦ АН СССР, 1959. 111 с.
19. Ошмарин П.Г. Некоторые морфофункциональные особенности желточников трематод // Зоол. журн., 1978. Т. 57. № 8. С. 11251129.
16
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
20. Ошмарин П.Г. Числовой и экологический факторы заражения
животных гельминтами // Экологическая и экспериментальная паразитология. Вып. 2. Л.: Изд-во ЛГУ, 1979. С. 154-165.
21. Ошмарин П.Г., Степанов О.И. Формы метамерии у цестод,
способы ее образования и биологическое значение // Биологические
науки, 1986. № 12. С. 25-30.
22. Ошмарин П.Г. Плодовитость в филогенезе цестод // Экология
гельминтов. Ярославль: Изд-во Яросл. ун-та, 1978. С. 40-50.
23. Ошмарин П.Г. Цестоды как колониальные животные // Биология и систематика гельминтов животных Дальнего Востока. Владивосток: Изд-во ДВО АН СССР, 1981. С. 101-106.
24. Ошмарин П.Г. К понятию «фиксация гельминтов» // Биологические ресурсы Дальнего Востока. М.: Изд-во АН СССР, 1960. С. 182190.
25. Ошмарин П.Г. К изучению специфичной экологии гельминтов. Владивосток: Изд-во ДВНЦ АН СССР, 1959. 111 с.
26. Ошмарин П.Г., Егорова М.Н. Эколого-морфологические типы
трематод // Экология гельминтов. Ярославль: Изд-во Яросл. ун-та,
1978. С. 52-71.
27. Ошмарин П.Г. Об определении явления паразитизма // Вопросы экологической гельминтологии. Ярославль: Изд-во Яросл. ун-та,
1984. С. 58-72.
28. Рыжиков К.М., Ошмарин П.Г. Конвергенция у гельминтов и
вопрос о соотношении понятий «конвергенция» и «параллелизм»
// Морфологические исследования животных. М.: Наука, 1985. С. 179188.
29. Ошмарин П.Г., Ошмарин А.П. Мультиорганность функций
как одна из основ филогенетических изменений органов // Эволюционные исследования. Вавиловские темы. Владивосток: Изд-во ДВЩ
АН СССР, 1988. С. 123-125.
30. Ошмарин П.Г., Ястребов М.В. Полевая практика по зоологии
беспозвоночных. Ярославль: Изд-во Яросл. ун-та, 1995. 124 с.
31. Раисов Т.К., Ошмарин П.Г., Богоявленский Ю.К. Руководство
по практической гельминтологии. Алма-Ата, 1994.
17
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Секция 1. Растительные природные
комплексы охраняемых территорий
Влияние нетрадиционных органических
удобрений на урожай различных сортов
картофеля, выращиваемого по
биологизированной технологии на дерновоподзолистых почвах разной степени
окультуренности
Балабко П.Н.1, Батурина Л.К.1, Карпова Д.В.1,
Хуснетдинова Т.И.1, Черкашина М.Ф.2
1
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова,
2
УОПЭЦ МГУ им. М.В. Ломоносова
В связи с различиями климатических условий, зональности и неоднородности почвенного покрова в России дальнейшее развитие
земледелия в перспективе должно осуществляется по нескольким направлениям. Первое направление – интенсификация земледелия (на
основе мелиорации и химизации), которое требует больших затрат
ресурсов и энергии на многократную обработку почв (15-20 проходов
техники), применение повышенных доз органических и минеральных
удобрений, применение гербицидов и средств защиты растений. Второе направление – биологизация (экологизация), которое позволяет
значительно сократить затраты ресурсов и энергии, уменьшить себестоимость продукции, повысить экологические показатели ее качества, сохранить или повысить плодородие почв и улучшить экологическую
обстановку
окружающей
среды.
Урожайность
сельскохозяйственных культур при интенсивной системе земледелия
выше, чем при биологизированной, но при этом происходит деградация почв: эрозия, дегумификация, переуплотнение, слитизация, потеря агрономически ценных агрегатов, загрязнение почв, окружающей
среды и продуктов питания агрохимикатами. Третье направление –
нулевая технология (nо-till технология). Которая требует только одного прохода посевной техники по полю. При этой технологии сокра18
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
щается расход топлива, экономится время использования техники (35 проходов), уменьшается отрицательное влияние техники на почву,
снижается эрозия, сохраняется структурное состояние почвы и биоразнообразие, увеличивается содержание органического вещества в
почве, улучшается экологическая ситуация [1].
Опыт проводился на дерново-подзолистых почвах разной степени окультуренности (табл. 1) на территории землепользования Учебцентра
МГУ
им.
но-опытного
почвенно-экологического
М.В.Ломоносова УОПЭЦ, («Чашниково», Солнечногорского района
Московской области).
Таблица 1
Агрохимическая характеристика почв опытных полей
№ поля,
название почвы
рНсол.
Поле 1 Дерново-подзолистая 5,2
слабоокультуренная
Поле 2 Дерново-подзолистая 6,7
хорошоокультуренная
Гумус,%
Р2О5
2,74
Азот
общий,%
0,11
5,15
0,22
39,46
К2О
мг/100г почвы
23,4
8,9
13,7
В исследованиях использовались голландские, белорусские и
отечественные сорта картофеля: Сантэ, Никита, Брянский деликатес,
Удача, Брянская новинка, Рождественский, Невский. Система обработки включает следующие мероприятия: послеуборочное лущение,
весенняя вспашка, нарезка гребней, междурядная обработка. Посадку
картофеля проводили в гребни, ширина которых 70 см, расстояние
между клубнями 35 см, окучивание проводили в фазу бутонизации. В
качестве нетрадиционных органических удобрений использовались
гуматы различных производителей:
Гумат 1 – предоставлен ВНИИУА им. Прянишникова.
Гумат 2 – принадлежит к разработкам Владимирского НИИСХ
(название препарата Регрос С), приготовлен из гусиного вермикомпоста, характеризуется как качественный, экологически чистый препарат, способный ускорить срок созревания культур на две недели, наиболее эффективен в условиях, отклоненных от нормы, чрезмерное
увлажнение, засуха и т.д.
Гумат 3 – принадлежит фирме ГУМАТ города Иркутска – содержит не менее 80% калиевых и натриевых солей гуминовых кислот.
19
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Хорошо растворим в воде с образованием небольших количеств взвеси минеральных составляющих.
Дозы препаратов использовались по рекомендациям производителей. В качестве сидеральной культуры применяли донник белый.
Значительную часть потребляемого фосфора он извлекает из труднодоступных форм почвенных фосфатов, благодаря высокой растворяющей способности корневых выделений. Мощная корневая система
является эффективным улучшателем почвы, способствующим улучшению влагоемкости и оптимизации структуры [2]. Свежая биомасса
растений, насыщенная легкоминерализуемым органическим веществом, витаминами, ферментами, являясь превосходным субстратом для
почвенных микроорганизмов, в состоянии поддерживать на необходимом уровне биогенность почвы, обеспечивающую формирование
достаточно высокого плодородия, устойчивости, гомеостаза, благоприятной экологической обстановки почвы. По данным Банкина Т.А.
[3] урожайность картофеля по сидерату и соломе составила 180-200
ц/га против 110 в контроле. К преимуществам зеленых удобрений,
несомненно, относятся их экологичность и возможность существенного снижения техногенного загрязнения окружающей среды: сокращаются объемы вносимых минеральных удобрений и энергозатраты,
связанные с применением как минеральных, так и органических
удобрений. Так, в работе Шакирова и др. [4] установлено, что запашка сидератов в 2,5 раза дешевле внесения навоза, 25 т зеленой массы
донника равна 50 т навоза, обеспечивает положительный баланс гумуса – 1,5 т/га в год.
Исследование проводилось в 3 направлениях:
- влияние сорта на урожайность картофеля;
- сравнительное действие гуматов на структуру урожая картофеля (сорт Брянский деликатес);
- сравнительная оценка эффективности 2х видов нетрадиционных
органических удобрений (гуматов и сидератов) на урожайность картофеля.
На урожайность культур, а также на эффективность удобрений,
влияют многочисленные факторы окружающей среды и прежде всего – погодные условия [5]. По результатам исследований засушливого
2005 г. наиболее урожайными из использованных сортов явились
Сантэ, Удача, Рождественский (рис.1), а в 2006г с большим количеством осенних осадков, высокую урожайность картофеля составил сорт
Брянский деликатес-362,44ц /га и Сантэ – 334.15ц /га.
20
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Урожайность, ц/га
Урожайность различных сортов картофеля
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Рис. 1. Сравнительная урожайность различных сортов картофеля (данные 2005 года)
Применение гуматов привело к изменению структуры урожая
картофеля (сорт Брянский деликатес). На слабоокультуренной почве
(поле №1) явной закономерности изменения структуры урожая не наблюдается. Было выявлено положительное действие гуматов на количество клубней среднего размера – наиболее ценной семенной фракции на хорошо окультуренной дерново-подзолистой почве поля №2
(рис.2). Показатель урожайности клубней является результативным
критерием оценки действия агроприемов. В исследованиях Головкова
А.М., Инюшкина Н.А., Черкашиной Н.Ф. [6] испытуемые сорта Сантэ. Удача, Брянский деликатес результаты на контроле и при применении «БИОУД-1» были одинаковы. Обработка клубней картофеля
биоудобрением гумистар практически не дали положительных результатов, но отмечена сортовая отзывчивость картофеля на биоудобрения. Так, сорт Сантэ положительно реагировал на биоудобрения
гумистар: прибавка к контролю составила 24 ц/га или 10.7%, в то
время как от «БИОУД-1» прибавка урожая к контролю составила
лишь 6 ц/га или 1%. Сорт Удача хорошо отзывался на обработку
клубней «БИОУД-1» с последующей подкормкой растений этим биоудобрением. Его урожайность превысила контроль на 7 ц/га. По сравнению с сортом Сантэ урожайность сорта удача была на 16.4 ц/га
выше. Сорт Брянский деликатес значительно отзывался на биоудобрения "БИОУД-1" » в тоже время урожайность картофеля по навозу,
т.е. в нашем опыте как контрольный вариант, была на 11ц/га выше,
чем с жидким удобрением «БИУД –1» [6].
21
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Действие гуматов на количество клубней
разны х фракций (Сорт "Б рянский деликатес")
П оле 1
100%
80%
м елк
ср
круп
60%
40%
20%
0%
Контроль
Гум аты 1
Гум аты 2
Гум аты 3
Действие гуматов на количество клубней разных
фракций (Сорт "Брянский деликатес") Поле 2
100%
80%
мелк
60%
ср
40%
круп
20%
0%
Контроль
Гуматы 1
Гуматы 2
Гуматы 3
Рис.2. Сравнительное действие гуматов на количество клубней картофеля разных фракций на дерново-подзолистых почвах разной степени окультуренности
Рассматривая структуру урожая, можно отметить, что в нашем
случае гуматы простимулировали уменьшение веса крупной фракции
картофеля и увеличение веса средней и мелкой фракции, что является
позитивным при производстве семенного картофеля. Полевой опыт
по эффективности нетрадиционных органических удобрений проводили в трехкратной повторности. Контролем являлась почва, удобренная навозом из расчета 18 т/га.
Схема опыта Урожайность (ц/га)
(сорт Брянский деликатес)
1.Контроль
260.00
2.Гумат 1
247.67
3.Гумат 2
283.00
4.Гумат 3
280.67
5.Сидераты
266.00
6.Сидераты+Гумат 1 328.33
22
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
7.Сидераты+Гумат 2 320.33
8.Сидераты+Гумат 3 350.67
Показатель точности, % 5.76
НСР
50.4
Достоверно отличимыми являются варианты с совместным применением гуматов и сидерета (варианты 6, 7 и 8), где получена прибавка урожая 13, 12 и 15% соответственно.
В заключении необходимо отметить, что применение гуматов на
дерново-подзолистой сильноокультуренной почве привело к увеличению количества клубней наиболее ценной средней фракции картофеля сорта Брянский деликатес. Наибольший эффект дает применение
гумата 3. Значительную прибавку урожая картофеля сорта Брянский
деликатес дает совместное применение гуматов и сидерата. Таким
образом, применение биологизированной технологии в зоне дерновоподзолистых почв дает возможность увеличить урожайность картофеля, уменьшить энергозатраты и сохранить плодородие почв.
Литература
1. NO-TILL-ШАГ К ИДЕАЛЬНОМУ ЗЕМЛЕДЕЛИЮ: Учебн. –метод. пособие. – М.: Народное образование, 2006. – 122с.
2. Тысленко А.М., Тужилин В.М., Новиков В.М. Средоулучшающая и продукционная роль донника в полевых севооборотах // Агроэкологические функции органического вещества почвы и использование органических удобрений и
биоресурсов в ландшафтном земледелии. Владимир, 2004. С. 407-410.
3. Банкина Т.А., Лабутова Н.М., Банкин М.П., Таразанов В.А., Долинский
А.С., Королёва П..А. Роль сидеральных удобрений в плодородии и экологическом состоянии дерново-подзолистых почв // Агроэкологические функции органического вещества почвы и использование органических удобрений и биоресурсов в ландшафтном земледелии. Владимир, 2004. С. 430-433.
4. Шакиров Р.С., Шакирова Г.И., Бикмухаметов З.М. Органические удобрения и местные агроруды в адаптивно-ландшафтном земледелии Татарстана //
Агроэкологические функции органического вещества почвы и использование
органических удобрений и биоресурсов в ландшафтном земледелии. Владимир,
2004. С. 358-362.
5. Андрианов А.Д.. Андрианов Д.А. Органические удобрения под ранний
картофель // Агроэкологические функции органического вещества почвы и использование органических удобрений и биоресурсов в ландшафтном земледелии. Владимир, 2004. С. 523-526.
6. Головков А.М., Инюшкин Н.А., Черкашина Н.Ф. Сравнительная эффективность нетрадиционных удобрение и их влияние на урожайность картофеля //
Эколого-агрохимические проблемы воспроизводства плодородия почв в современных условиях. М., 2004. С. 79-84.
23
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
южнотаежные вязовники долины реки
Печегды (ярославская Область) *
Богачев В.В., Вахрушева М.М.
Ярославский государственный университет им. П. Г. Демидова
e-mail: ver@bio.uniyar.ac,ru
Характеризуется состояние вязовых интразональных древесных
сообществ по их распространению, структуре древостоя, возобновлению, жизненному состоянию и флористико-ценотическому составу.
Вязовники, как сообщества, основу которых составляют широколиственные породы, встречаются в подзоне южной тайги и по долинам рек доходят до южной полосы средней тайги. Для данных подзон
они рассматриваются как интразональные лесные сообщества, сформировавшиеся на рубеже верхнего плейстоцена и голоцена – около
6000- 10000 лет назад [3, 6]. Их можно рассматривать как “островные” уникальные сообщества, удаленные на значительном расстоянии от основного ареала. В границах подзоны южной тайги вязовники
повышают разнообразие лесных сообществ, формируют своеобразные флористико-ценотические комплексы. Они представляют научный интерес в плане познания их интразональности, региональных
особенностей, труктуры, флористического состава, устойчивости, а
также с позиций природоохранной значимости.
Исследования проводились в среднем отрезке долины р. Печегды, на котором обследовалась территория вдоль русла общей протяженностью более 50 км. Изучались вязовники по коренным берегам,
пойме и овражным системам. Использовались общепринятые геоботанические методы [5].
Облесенность долины реки составляет 70-75%. Древесных сообществ лишены участки коренных берегов и поймы, пригодные для
сельскохозяйственного использования вблизи бывших и существующих деревень. Наряду с вязовыми встречаются и другие лесные формации: сероольшаники, осинники и искусственные посадки ели и сосны 60-летнего возраста на месте уничтоженных вязовников. В
составе лесных фитоценозов по занимаемой площади значительно
преобладают вязовники, встречающиеся фрагментарно в виде массивов различной величины.
*
Авторы признательны Чемерис Е. B. (ИБВВ РАН, Борок) за помощь в определении видов мхов.
24
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В формировании вязовников участвуют два вида вязов – Ulmus
glabra Huds. и U. laevis Pall. [1], занесенных в Красную книгу Ярославской области [4]. Из них доминирует U. glabra, поэтому сообщества данных видов рассматриваются нами как одна формация Вяза
шершавого (Ulmeta glabra).
Вязовые массивы, как правило, являются монодоминантными.
Иногда встречаются небольшие участки вязов с Tilia cordata Mill. и
Alnus glutinosa (L.) Gaertn.. В составе древостоя также могут участвовать и мелколиственные породы – Alnus incana (L.) Moench., Populus
tremula L., Betula pubescens Ehrh., которые встречаются в разных сочетаниях с вязом. В состав II яруса могут входить также Padus avium
Mill., Sorbus aucuparia L. и Salix caprea L.. В сильно разреженных вязовниках были отмечены случаи произрастания Picea abies (L.) Karst..
Внедрение других видов является следствием вторичных сукцессий,
происходящих в результате рубок.
По возрастному составу вязовники средневозрастные и представлены двумя основными поколениями – 21-40 лет (диаметр стволов 2045 см) и 61-80 лет (диаметр стволов 65-85 см). Старые (перестойные)
особи вяза первого поколения – около 300 лет и более (с диаметром
стволов 120 см и более) встречаются единичными экземплярами. Отсутствуют поколения вяза в возрасте от 100 до 250 лет. Вязовые
группировки могут быть как одновозрастные, так и представленные 2
поколениями.
Для вязовников характерен внутрипопуляционный полиморфизм
по жизненному состоянию отдельных особей, который проявляется в
наличии экземпляров высоко- и низкоствольных, одноствольных и
кустистых (до 5 стволов), прямо- и кривоствольных, с досковидными
корнями, с раздвоенными стволами. Вязовники страдают от мороза,
что выражается в наличии морозобойных трещин практически на всех
стволах.
Подрост вяза, высотой от 0,5 до 20 м, выявлен как в чистых вязовниках, так и в вязовниках с примесью мелколиственных пород, а
также в ольшаниках и осинниках с участием вяза. Обилие подроста
может достигать 10-14 экз/100м². В пределах одного насаждения подрост может быть представлен 2-3 возрастными группами. Изредка
подрост образует одновозрастной сомкнутый полог высотой 3-5 м, с
покрытием до 70%.
Подлесок выражен хорошо, со средней сомкнутостью 0,3-0,4
(0,7). Он образован различными видами (всего 13), из которых наиболее обычны Lonicera xylosteum L., Euonymus verrucosa Scop. и Corylus
25
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
avellana L.. Редко встречаются Frangula alnus Mill., Ribes spicatum
Robson и R. nigrum L.
Всходы вяза встречаются по склонам коренных берегов, пойменным участкам и по овражным системам. Они характерны для чистых
насаждений вязовников с разным возрастным составом, ольшаников и
осинников с примесью вязов. Всходы вязов отмечены на месте песчаного карьера, окруженного вязами, на лесной заброшенной дороге, а
также в посадках ельника по их периметру.
В пределах каждого сообщества всходы встречаются эпизодически и характеризуются неравномерным распределением. Чаще и более обильны в осветленных участках с разреженным древостоем и
подлеском, в отдельных случаях в затененных участках (сомкнутость
крон древесного яруса – 0,9). Они выявлены в сообществах с различным невысоким лугово-лесным травостоем, исключительно редко и
единично встречаются в зарослях Equisetum hyemale L.. Всходы отсутствуют на участках с высоким густым травостоем (Urtica dioica L.,
Calamagrostis arundinaceae (L.) Roth, Dactilis glomerata L., Chamenerion angustifolium (L.) Scop., Pteridium aquilinum (L.) Kuhn ex Decken.).
Встречаются всходы как одиночные, так и групповые. Размеры
их группировок при оптимальных условиях занимают более 100м².
Плотность 1-2-летних всходов составляет до 12 экз/м², 3-4-летних до
0,2 экз/м². Это свидетельствует о чрезвычайно высокой гибели всходов вяза в первые годы жизни, на что также указывают исследования,
проведенные в Ленинградской области для Ulmus glabra [9].
Всходы 1-го года жизни достигают высоты в среднем 5-7 (14) см
на конец сентября. Моноподиальное нарастание надземного побега
сохраняется у большинства особей к концу вегетации, однако, у отдельных более крупных особей отмечается переход к симподиальному ветвлению с образованием побегов 2-го порядка. Стебли всходов
дуговидно изогнуты, опушены в верхней части. На верхушках моноподиально и симподиально нарастающих побегов образуются молодые листочки в количестве 1-7, длиной в среднем около 2 см (1,2 – 3,5
см). У молодых листьев, в отличие от взрослых, не выражена асимметрия, изредка двоякозубчатость, но выражены видовые признаки в
виде наличия волосков. В корневой системе главный корень с тенденцией к плагиотропному росту извилистый, длиной до 6 см, с многочисленными, обильно ветвящимися боковыми корнями.
Всходы 2-го года жизни на конец сентября достигают высоты 26
см. С этого этапа вязам присуще только симподиальное нарастание с
образованием побегов 2-го порядка ветвления в количестве 1-3. На
26
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
особях развивается до 16 листьев, длиной до 10 см, с хорошо выраженной двоякозубчатостью. Главный корень длиной до 25 см, в основании которого начинают развиваться скученные немногочисленные
придаточные корни.
У 3-4-летних особей высота побегов до 70 (80) см с диаметром
кроны до 50 см. Преобладает 3-ий порядок ветвления. В корневой
системе придаточные корни развиты достаточно хорошо, горизонтально растущие, длиной до 5 см. Особи 5–летние высотой до 1,5 м.
Господствует 5-ый порядок ветвления. Корневая система придаточная, поверхностная.
Ценофлора вязовников представлена 142 видами высших сосудистых растений. Цветковые составляют 124 вида, голосеменные – 1
(Picea abies), споровые – 6 и мхи 11 видов. Цветковые насчитывают
44 семейства из 93 родов. Наиболее многочисленными по количеству
видов (от 7 до 12) являются семейства: Rosaceae и Compositae – по 12
(9,6%), Labiatae – 9 (7,2%), Ranunculaceae и Poaceae – по 8 (6,4%). Они
содержат 39,5% видов от общего видового состава. Количество одновидовых семейств составляет 21,8%, что обусловлено малым количеством видов в данных семействах или неподходящими для них условиями местообитания. В составе родов насчитывается небольшое
количество видов: Campanula, Viola, Carex (по 4), Ranunculus, Festuca,
Vicia и Stellaria (по 3 вида). Остальные роды содержат по 1-2 вида.
Споровые растения представлены папоротниками (Dryopteris carthusiana (Vill.) H. P. Fuchs, D. filix-mas (L.) Schott, D.dilatata A. Grau,
Athyrium filix-femina (L.) Roth и хвощами (Equisetum hyemale, E. pratense Ehrh.).
Во флоре вязовников преобладают виды бореальные – 68 (52%)
над неморальными – 55 (42%). Доля бореально-неморальных видов
составляет 8 (6%). В древесно-кустарниковом ярусе также бореальные виды (20) преобладают над неморальными (10), тогда как в травяном покрове неморальные виды (50) численно превышают бореальные (43).
В травяном покрове вязовников преобладают мезофиты – 62 вида
(61%). Группа видов, переходная к гигрофитам (гигромезофиты, мезогигрофиты) составляет 32%, гигрофитов – 6 видов (6%). Такое соотношение свидетельствует о том, что вязовники приурочены к среднеувлажненным местообитаниям со свежими почвами. В то же время
они встречаются и в переувлажненных местообитаниях по кромке
русла, по днищам оврагов с проточными водами, а также по склонам
коренных берегов, с выклинивающимися грунтовыми водами.
27
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Группа мезотрофов (Pulmonaria obscura Dumort., Aconitum septentrionale Koelle, Glechoma hederacea L., Cirsium heterophyllum (L.) Hill.
и др.) составляет 62 вида (61%). Из кальцефилов встречаются Lithospermum officinale L., Solidago virgaurea L., Rubus caesius L., Carex rhizina Blytt ex Lindbl., что связано с наличием карбонатов в почве. Из
нитрофилов наиболее обычны Aegopodium podagraria L. Asarum europaeum L., Anthriscus sylvestris (L.) Hoffm., Stellaria nemorum L., Angelica sylvestris L., Stachys sylvatica L. и др.
Анализ состава жизненных форм ценофлоры вязовников показал,
что самую многочисленную группу составляют многолетники
(94,5%). Среди них преобладают гемикриптофиты и геофиты (64%).
Короткокорневищные виды (Dryopteris filix-mas, Chelidonium majus
L., Geum urbanum L. и др.) численно превосходят (39%) длиннокорневищные (Aegopodium podagraria, Asarum europaeum, Carex praecox
Schreb., Festuca gigantea (L.) Vill.и др.), что вызвано преобладанием
тяжелосуглинистых почв. В небольшом количестве (9%) присутствует также группа стержнекорневых растений (Angelica sylvestris,
Anthriscus sylvestris, Heracleum sibiricum L., Pimpinella saxifraga L.и
др.). Для сравнения укажем, что на долю фанерофитов приходится
23%.
Самой малочисленной группой являются однолетники – 8 видов
(5,5%) – Galeopsis bifida Boenn., Impatiens noli-tangere L., Sonchus
oleraceus L., Viola tricolor L., Vicia sativa L., Stellaria media (L.) Vill.,
Lamium purpureum L., Lapsana communis L. Эту группу составляют
виды-вселенцы, занесенные из других сообществ.
Ценотический состав флоры вязовников характеризуется преобладанием лесных и опушечно-лесных видов – 78 (60%). Высокая доля
приходится на виды из других естественных ценозов (аллофиты) – 34
(26%) и антропофиты – 18 (14%). Аллофиты представлены видами
болотно-лесными (14) – Caltha palustris L., Deschampsia cаespitosa (L.)
Beauv., Impatiens noli-tangere, Alnus glutinosa и др.; опушечнолуговыми (7) – Heracleum sibiricum L., Hypericum perforatum L., Knautia arvensis (L.) Coult. и др.; опушечными (5) – Agrimonia eupatoria L.,
Ajuga reptans L., Solidago virgaurea и др.; болотно-луговыми (5) – Filipendula ulmaria (L.) Maxim., Geum rivale L., Ranunculus repens L. и др.;
луговыми (3) – Festuca pratensis Huds., Bromopsis inermis (Leyss.) Holub, Carduus crispus L.. Антропофиты представлены группами видов
сорных растений (6) – Galeopsis bifida, Lamium purpureum, Leonurus
quinquelobatus Gilib. и др.; сорно-опушечными (6) – Arctium tomentosum Mill., Artemisia absinthium L., Barbarea vulgaris R. Br. и др.; сорно28
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
лесными (4) – Chelidonium majus, Geum urbanum и другие, а также интродуцентами (2) – Vicia sativa, Solidago сanadensis L.
Травяной покров вязовников в долине р. Печегды более разнообразен по сравнению с тем, что указывается для Северо-Запада Европейской России, где выделено для вязовых (ильмовых) лесов две ассоциации:
ильмовник
снытевый –
Aegopodio-Ulmetum
и
страусниковый – Matteuccio-Ulmetum [2]. Вязовники в долине р. Печегды представлены 9 растительными ассоциациями.
Вязо-хвощевая (зимующий) – Ulmetum-Equisetosum (hyemale) –
самая широко распространенная ассоциация, приуроченная к местам
выхода грунтовых вод по склонам коренных берегов, в их основании
и пойменным участкам протяженностью в отдельных случаях на сотни метров. Сообщества данной ассоциации характеризуются плотными древостоями (сомкнутость крон I яруса 0,8-0,95). В древостой к
вязу чаще примешивается Alnus incana, реже Populus tremula и Betula
pubescens. Подрост вяза встречается в отдельных сообществах, малочисленен (до 6 экз/100м²). Изредка встречаются Padus avium и Sorbus
aucupariа. Подлесок выражен в большинстве сообществ со средним
покрытием 20%, в составе которого постоянна и обильна Lonicera xylosteum, реже и единичными экземплярами встречаются Rubus idaeus
L., в том числе, и неморальные виды: Euonimus verrucosa, Corylus
avellana и Viburnum opulus L..
Травяной покров со средним проективным покрытием 80 % (4095%), субдоминанта – 30-70%. Представлен небольшим количеством
видов (от 16 до 38). Из неморальных видов постоянно присутствуют
Aegopodium podagraria, Asarum europaeum, реже Pulmonaria obscura,
Anemonoides ranunculoides (L.) Holub, но их обилие меньше чем бореальных. Ассоциацию отличает присутствие значительного числа мезогигрофитов и гигрофитов: Geum rivale, Stellaria nemorum,
Deschampsia cаespitosa, Chrysosphenium alternifolium L., Stachys
sylvatica и др.
Ассоциация вязо-хвощевая (луговой) – Ulmetum-Equisetosum
(pratense) с проективным покрытием хвоща лугового до 65%. Ассоциация не типичная для вязовников, встречается крайне редко и характеризуется уменьшением обилия неморальных видов в сложении
травяного яруса при их количественном преобладании.
К группе неморальнотравных относятся 7 ассоциаций: UlmetumAegopodiosuм, Ulmetum-Asarosum, Ulmetum-lamiosum (maculatum),
Ulmetum-Campanulosum (rapunculoides), Ulmetum-Dryopteriosum (filixmas), Ulmetum-Stachyosum (sylvatica), Ulmetum-nemoroherbosuм. Из
29
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
них чаще всего встречаются Ulmetum-Aegopodiosuм и Ulmetumnemoroherbosuм, к числу редко встречаемых относятся UlmetumStachyosum и Ulmetum-Campanulosum. Последняя имеет флуктуирующий характер. Ассоциации близки по видовому составу, количество видов в них колеблется от 21 до 37. Неморальные виды количественно превышают бореальные в 1,5-2 раза. В состав данных
ассоциаций входят и элементы неморально-степной флоры –
Alchemilla nemoralis Alech., Agrimonia eupatoria, Carex praecox.
Моховой покров в вязовниках развит незначительно и представлен в основном эпифитными мхами. Участие эпиксильных и эпигейных мхов крайне низкое. Они характеризуются неравномерным распределением, их синузии в виде небольших скоплений. Выявлены
следующие виды мхов*: Amblystegium serpens, Atrichum tenellum, Brachythecium rutabulum, Cirriphyllum piliferum, Fissidens taxifolius,
Lophocolea heterophylla, Plagiochilla porelloides, Rhytidiadelphus
triquetrus, Sciurophyprum reflexum, Serpoleskea subtilis.
Во флоре вязовников выявлены Solidago сanadensis – новый вид
для Ярославской области [8], Carex hartmanii Cajand., указанная для
области П. Ф. Маевским [7], виды Fraxinus excelsior L., Lithospermum
officinale L., Campanula rapunculoides L., занесенные в региональную
Красную книгу [4], а также Festuca altissima All., Ranunculus propinquus C. A. Mey, Vicia cassubica L., не указанные по месту сбора материала (Тутаевский район) [7].
На основании проведенных исследований можно оценить состояние вязовников долины р. Печегды в условиях южной тайги как
устойчивое, длительно производное, занимающих прочные фитоценотические позиции. Преобладание моноценозных вязовых сообществ, отсутствие в их составе хвойных и мелколиственных пород,
обилие подроста вяза свидетельствует о невозможности в данных условиях смены вязовников другими породами в ходе естественных
сукцессионных процессов. Отсутствие в древостое вязовников возрастных поколений от 100 до 250 лет, значительная доля особей вязов
с отклонениями по жизненному состоянию, высокий удельный вес
заносных видов отражают результат длительного антропогенного
воздействия на исследованные сообщества. Преобладание в составе
флоры бореальных видов над неморальными, малое количество всходов вязов семенного происхождения обусловлено суровыми климатическими условиями для формации Ulmeta glabra.
30
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Литература
1. Богачев В. В. Вязовники долины реки Печегды (Ярославская область)/В.
В. Богачев, М. М. Вахрушева/ Экологические проблемы уникальных природных
и антропогенных ландшафтов: Материалы Всероссийской научно-практической
конференции/ Отв. ред. В. Н. Казин; ЯрГУ, 2004. – С. 39-44.
2. Василевич В. И. Широколиственные леса Северо-Запада Европейской
России. II. Типы липовых, кленовых, ясеневых и ильмовых лесов / В. И. Василевич, Т. В. Бибикова // Ботан. журн. – 2002. Т. 87. № 2. – С. 48 – 61.
3. Кожевников Ю. П. Реликтовая вязовая роща на р. Волхов / Ю. П. Кожевников // Ботан. журн. – 1998. Т. 83. № 11. – С. 106 -111.
4. Красная книга Ярославской области / Ярославль: Изд-во А. Рутмана,
2004. – 384 с.
5. Методы изучения лесных сообществ. – СПб.: НИИХимии СпбГУ, 2002. –
240с.
6. Попадюк Р. В. Восточноевропейские широколиственные леса / Р. В. Попадюк, А. А. Чистякова, С. И. Чумаченко. – М.: Наука, 1994. – 364 с.
7. Определитель высших растений Ярославской области. – Ярославль:
Верх.-Волж. кн. изд., 1986. –181с.
8. Цвелев Н. Н. Определитель сосудистых растений Северо-Западной России (Ленинградская, Псковская и Новгородская области) / Н. Н. Цвелев. – СПб.:
Изд-во СПХФА, 2000. – 781 с.
9. Черепанов И. В. Возобновление Alnus incana (Betulaceae) и Ulmus glabra
(Ulmaceae) – доминантов пойменных лесов / И. В. Черепанов // Ботан. журн. –
2004. Т. 89. № 11. – С. 1787 – 1795.
Диатомовые водоросли полистово-ловатского
сфагнового массива (Рдейский
государственный природный заповедник,
Новгородская область) *
Куликовский М.С.
Институт биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина РАН,
пос. Борок, Ярослаская обл., Некоузский р-н
E-mail: max-kulikovsky@yandex.ru
Введение
Полистово-Ловатский сфагновый массив расположен в зоне широколиственно-хвойных лесов (Боч, Мищенко, 2000) в центре Приильменской низменности (Богдановская-Гиенэф, 1968). На территории этого крупнейшего в Европе верхового болота, в Новгородской
*
Работа выполнена при поддержке «Фонда содействия отечественной науке».
31
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
области, расположен Рдейский государственный природный заповедник. Уникальность этой экоситемы способствовала проведению на ее
территории различных исследований (Аболин, 1914; БогдановскаяГиенэф, 1968), однако альгологические изыскания, за исключением
недавно проведенных нами работ (Куликовский, 2007), ранее не проводились.
Цель работы – выявление состава диатомовых водорослей Полистово-Ловатского
массива,
систематический
и
экологогеографический анализ флоры и установление закономерностей распределения Bacillariophyta в сфагновом массиве.
Материал и методы исследования
Материалом для данной работы послужила 41 проба, собранная
21-23 июля 2005 года в Полистово-Ловатском сфагновом массиве на
территории Государственного природного заповедника «Рдейский»
(Новогородская область). Отбирали поверхностные пробы планктона,
детрита со дна и торфяного субстрата и сфагнума на границе берега и
воды в озерах Домшинское, Корниловское, Островистое, Большое
Горецкое, Малое Горецкое, планктона и детрита со дна озер Рдейское,
Роговское; планктона и торфяного субстрата на границе берега и воды в оз. Чудское и др. биотопах.
Освобождение клеток от органической части проводили методом
холодного сжигания (Балонов, 1975). Препараты изучали с применением трансмиссионной (Н-300) и сканирующей (JSM-25S) электронной микроскопии.
Результаты
В Полистово-Ловатском массиве выявлено 256 видовых и внутривидовых таксона, относящихся к 2 классам, 6 порядкам, 17 семействам.
Центрические диатомовые включают 43 видовых и внутривидовых таксона, 16.8% флоры, относящиеся к 4 порядкам и 5 семействам.
Наиболее представлены порядки Thalassiosirales (23 таксона, доля во
флоре 9%) и Aulacoseirales с одноименным семейством и родом (18;
7%). В первом порядке наибольшее количество видов в семействе
Stephanodiscaceae Makarova (18, доля во флоре 7%), включающим роды Cyclotella Kützing (9 видов, доля во флоре 3.5%), Stephanodiscus
Ehrenberg (8; 3.1%) и Cyclostephanos Round (1; 0.4%). Семейство Thalassiosiraceae Lebour emend. Hasle (5 таксонов, доля во флоре 2%) слагается родами Thalassiosira Cleve (3; 1.2%) и Sceletonema Greville (2;
32
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
0.8%). По одному виду в порядке Melosirales с одноименным семейством и родом, Coscinodiscales с семейством Hemidiscaceae Hendey
emend. Simonsen и родом Actinocyclus Ehrenberg.
Выявленные 213 видовых и внутривидовых таксона, составляющие 83.2% флоры, относятся к классу Pennatophyceae, включающие 2
порядка, 12 семейств и 49 родов. Порядок бесшовных диатомовых
включает 3 семейства. В семействе Fragilariaceae (Kützing) De Toni
(24 таксона, 9.4% флоры) 7 родов, по 2 рода в Diatomaceae Dumortier
(4; 1.6%) и Tabellariaceae Schütt (3; 1.2%).
Порядок шовных диатомовых составляют 182 видовых и внутривидовых таксона, 71% флоры. В семействе Naviculaceae Kützing (101
вид, доля во флоре 39.6%) 19 родов, Cymbellaceae (Kützing) Grunow
(15; 5.9%) 4 рода, Achnanthaceae Kützing (12; 4.8%) 5 родов, Surirellaceae Kützing (6; 2.4%). По два рода в семействах Eunotiaceae Kützing
(36 таксонов, 14.1%), Nitzschiaceae Hassall (6; 2.4%). По одному роду в
семействах Epithemiaceae Grunow (1 вид, 0.4%), Gomphonemataceae
(Kützing) Grunow (4; 1.6%), Rhopalodiaceae Topatschevskiy (1; 0.4%).
Пять
ведущих
семейств:
Naviculaceae,
Eunotiaceae,
Fragilariaceae, Stephanodiscaceae, Aulacoseiraceae Moisseeva, включающие 197 таксонов (77.1%). Ведущие роды Pinnularia Ehrenberg,
Eunotia Ehrenberg, Aulacoseira Thwaites, Navicula Bory s.str., Cyclotella
Kützing, Navicula Bory s.l., Stephanodiscus Ehrenberg, Staurosira Ehrenberg, Frustulia Rabenhorst, Stauroneis Ehrenberg, Encyonema Kützing в
которые входят 163 вида (63.5%).
В Полистово-Ловатском массиве, в выявленной флоре, доля бентосных диатомовых водорослей – 80.5%, планктонных 19.5%.
По отношению к галобности отличие галофобов от галофилов незначительно, 25.8% и 25%, соответственно. Индифференты составляют 8.2%. Мезогалобы представлены одним таксоном (0.4%) – Sceletonema potamos (Weber) Hasle. Для 40.6% таксонов выявленной флоры
данные по их отношению к галобности отсутствуют.
Различие между алкалифилами и ацидофилами среди диатомовых водорослей по отношению к активной реакции среды незначительно, 21.1% и 20.3%, соответственно. Индифференты включают
11.7% таксонов. Для 46.9% выявленных видов литературные данные
по их приуроченности к рН среды отсутствуют.
Космополиты доминируют (32%) при географическом анализе.
Бореальные таксоны составляют 18%, арктоальпийские – 10.2%. Географическая характеристика 39.8% флоры неизвестна.
33
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ОБСУЖДЕНИЕ
В Полистово-Ловатском массиве выявлен большой состав видов
диатомовых, значительно превышающий их количество в других подобных экосистемах. Стоит заметит, что многие болота изучались
другими исследователями фрагментарно. Несомненно, на полученные
результаты влияет степень изученности сфагновых болот, однако даже в целенаправленно изучаемых нами экосистемах Пензенской области число видов сильно варьировало (Куликовский, 2007). Это
можно объяснить количеством разнотипных биотопов, в которых отбирались пробы, связанное с площадью и возрастом болота (Генкал,
Куликовский, 2006) и, соответственно, с диапозоном доступных ресурсов, зависящем от сложности структуры сообществ и экосистем
(Алимов, 2000).
На уровне видов флора диатомовых Полистово-Ловатского массива проявляет высокий уровень оригинальности, что можно продемонстрировать при сравнении с флорой сфагновых болот Пензенской
области на основе индекса сходства Чекановского-Съеренсена равного 39.9%. В отличие от других экосистем (Куликовский, 2007), в изученном массиве выше доля центрических диатомовых, по-видимому,
связанная с наличием на его территории крупных ацидных озер.
Только во флоре этого болота в число доминирующих, по количеству
видов, входят роды Aulacoseira, Cyclotella, Stephanodiscus, занимающих третье, шестое и седьмое место в десяти ведущих. Преобладание
представителей первого рода характерно для флор диатомовых сфагновых болот (Генкал, Куликовский, 2006; Куликовский, 2007; Jatkar et
al., 1979). Состав ведущих семейств и родов пеннатных диатомовых
во многом сходен с данными по другим экосистемам (Гайдуков, 1925;
Воронихин, 1950; Зауер, 1950; Горшкова, 1971; Левадная, Сафонова,
1972; Водопьян, 1976; Егорова и др., 2003; Анисимова и др., 2005; и
др.).
Большое видовое разнообразие центрических диатомовых сказывается на соотношении экологических групп по местообитанию с высокой долей во флоре планктонных водорослей.
По отношению к галобности, мезогалобы занимают незначительное положение, однако находки Sceletonema potamos в планктонных
сообществах часты, что не позволяет рассматривать его как случайный элемент флоры. Галофобы представлены редкими центрическими диатомовыми Aulacoseira nivalis (W. Smith) Genkal et Kulikovskiy,
A. perglabra var. floriniae (Camburn) Haworth, A. tenella (Nygaard) Simonsen, A. valida (Grunow) Krammer, характерными для олиготроф34
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ных, олигосапробных северо-альпийских водоемов с низкой электропроводностью (Houk, 2003). В этом массиве встречены и достигают
значительного развития олиготрофные, северо-альпийские представители рода Cymbopleura (Krammer) Krammer (Krammer, 2003) и высока
доля таксонов рода Eunotia – ацидофильных диатомовых, влияющих
на сложение групп по отношению к активной реакции среды. Находки бореальных и арктоальпийских видов связаны с обнаружением Cavinula pseudoscutiformis (Hustedt) Mann et Stickle, Cymbopleura anglica
(Lagerstedt) Krammer, Encyonema hebridicum Grunow, Eunotia diodon
Ehrenberg и др.
В изученном массиве виды диатомовых проявляют неодинаковую частоту встречаемости. К наиболее распространенным относится
Tabellaria flocculosa (Roth) Kützing с частотой встречаемости 65.3%.
Вторую группу слагает Aulacoseira ambigua (Grunow) Simonsen
(55.1%), которая заменяет Aulacoseira islandica (O.Müller) Simonsen,
широко представленную в болотах Пензенской области (Куликовский, 2007). Третью группу, с частотой встречаемости от 30% до 50%
формируют Frustulia krammeri Lange-Bertalot et Metzeltin, Cyclostephanos dubius (Fricke) Round, Aulacoseira subarctica (O.Müller) Haworth и др. Частота встречаемости от 20% до 30% характерна для Stephanodiscus minutulus (Kützing) Cleve et Möller, Eunotia bilunaris
(Ehrenberg) Mills, E. meisteri Hustedt и др. Тридцать видов входят в
пятую группу с встречаемостью от 10% до 20% и 47 таксонов в шестую с встречаемостью от 5% до 10%. Оставшиеся 159 видов (62.1%)
представлены с частотой менее 5%.
В Рдейском болоте исследованы особенности состава и количества диатомовых в однотипных биотопах. Наиболее сильные отличия
характерны для сообществ реки Редья с наименьшим количеством
видов. Отдельный субкластер образуют планктонные сообщества
изученных озер со средним числом таксонов. В планктонных пробах
из озер зафиксирован большой состав дифференциальных таксонов.
Большое сходство показано для сообществ формирующихся в пограничной зоне сфагнового покрова и уреза воды озера с детритом с глубины озер, с наибольшим количеством зафиксированных таксонов
диатомовых. Именно в прибрежной зоне, как экотонной территории,
формируются наиболее разнообразные сообщества, развитие в которых возможно бентосным и планктонным формам.
В изученных высокоцветных озерах прозрачность не достигала
дна водоемов, что должно затруднять или делать невозможным развитие диатомовых на дне. Высокое сходство видового состава детри35
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
та озер с сообществами пограничной зоны и планктона указывает на
аллохтонный характер первых сообществ диатомовых. Видовой состав, выявленный в бентосе на глубине озер, формируется за счет
осаждения планктонных диатомовых и сноса организмов с прибрежных районов. Среднее количество видов выявлено в более эвтрофной
периферии Полистово-Ловатского сфагнового массива, наибольшее
сходство с которой проявляют сообщества, формирующиеся в торфе
под опадом высших растений. Сообщества диатомовых водорослей
сфагнового покрова и торфа на глубине под моховым покровом содержат среднее число видов, а наибольшее их сходство показывает,
что вторые сообщества образуются, как производные от первых.
Таким образом, наибольшее число видов характерно для различных обводненных участков центральной зоны болота. В обводненной
периферии многие виды, вероятно, не имеют достаточных условий
для своего развития и их количество ниже или равно отдельным участкам сфагнового покрова. По видовому сходству и количеству таксонов можно выделить первичные и производные сообщества. К первичным относятся альгоценозы планктона и сфагнового покрова.
Бентосные сообщества озер и торфа под моховым покровом – производные от первых.
В огромном, по своим масштабам, Полистово-Ловатском массиве
горизонтальная гетерогенность сообществ выше, чем в небольших и
более однотипных болотах Пензенской области (Куликовский, 2007).
Это подтверждается средней пространственной гетерогенностью отдельных биотопов (усредненное значение индекса сходства Чекановского-Съеренсена составляет 0.28), тогда как в Пензенских экосистемах значения индексов в два раза выше (Куликовский, 2007).
ВЫВОДЫ
В изученном Полистово-Ловатском сфагновом массиве, в пределах Рдейского природного заповедника (Рдейское болото, Новгородская обл.), выявлен большой состав диатомовых водорослей, значительно превышаюший их количество в других изученных подобных
экосистемах России и сопредельных государств. В отличие от других
болот в изученном массиве выявлено много представителей центрических диатомовых. По эколого-географической характеристике во
флоре доминируют бентосные, галофобные и галофильные, алкалифильные и ацидофильные водоросли с широким распространением.
Бореальные и арктоальпийские также относительно многочисленны.
36
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Виды проявляют различную частоту встречаемости в пробах и
наиболее распространены Tabellaria flocculosa и Aulacoseira islandica.
Больше половины видов флоры встречаются в пробах единично.
Наибольшее количество видов зафиксировано в пограничной зоне сфагнума и уреза воды озер, детрите с глубины внутриболотных
водоемов. В сообществах реки, обводненной периферии и сфагновом
покрове болота количество диатомовых меньше. На основе сходства
видового состава диатомовых можно выделить первичные и производные от них сообщества. В целом, горизонтальная гетерогенность
сообществ диатомовых в Полистово-Ловатском сфагновом массиве
выше, чем в сравниваемых экосистемах Приволжской возвышенности, меньших по размерам и расположенным в лесостепной зоне.
Дополнения к флоре Ярославской области
Папченков В.Г.1, Борисова М.А.2
1
Институт биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина РАН
пос. Борок, факс: (085-47) 2-40-42, e-mail: papch@mail.ru
2
Ярославский государственный университет им. П.Г. Демидова,
e-mail: m.a.bor2003@mail.ru
Приводятся сведения о находках 38 видов и гибридов сосудистых растений, 25 из
которых являются новыми для Ярославской области.
Ключевые слова: новые и редкие растения, Ярославская область.
Данное сообщение является продолжением серии публикаций,
посвященных флористическим находкам растений на территории
Ярославской области. В результате исследований различных типов
экотопов Ярославской обл. в 2002-2005 гг. и просмотра ранее собранных гербарных материалов получены данные о нахождении новых и
редких видов сосудистых растений, в том числе адвентивных. При
цитировании этикеток название области опускается, коллектор указан
только в случае, когда находка сделана не авторами сообщения. Названия таксонов приводятся в алфавитном порядке. Таксоны, впервые
указываемые для флоры области, отмечены звездочкой.
*Achillea nobilis L. x A. submillifolium Klock. et Klitzka – г. Ярославль, левобережье Горьковского вдхр., на песчаном склоне возле
хлебозавода № 2, 5 VIII 2003. Своеобразное растение высотой до 70
см с формой листьев от A. nobilis и корзинками в густых крупных
37
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
щитках, подобных A. submillifolium. Северная граница естественного
распространения родительских видов охватывает лесостепные районы Европейской России. На территории области они являются редкими и заносными [1]. В литературе упоминания о подобном гибриде
мы не встречали.
Agrostis deluta Kurczenko – Брейтовский р-н, Рыбинское вдхр., д.
Горелово, устье р. Чеснавы, обсохшая отмель, 1 VIII 2002. Вид выделен из состава A. gigantea Roth (A. alba auct. non L.). Указывается [2]
на вероятность его произрастания данного вида во всех областях
средней полосы европейской части России.
*Amaranthus x adulterinus Thell. (A. hybridus L. x A. retroflexus
L.) – г. Ярославль, Которосльная наб., на обочине шоссе возле общежития ЯГПУ, 1 плодущий экз. 30 VII 2003. Растение имеет своеобразную форму соцветия: один верхушечный и многочисленные терминальные (пазушные) тирсы, лежащие в пазухах зеленых листьев.
Внутренние листочки околоцветников цветков расширены кверху,
обрезаны или с выемкой. Сведения о распространении данного гибрида на территории России нам не известны.
*Anthyllis x polyphylloides Jus. (A. arenaria (Rupr.) Jus. x A. macrocephala Wend.) – Рыбинский р-н, окр. д. Высоково, песчаное обнажение в пойме р. Ухры, 23 VII 1994. Гибридный вид, распространенный
от Ленинградской и Архангельской обл. до Молдавии [3]. На северном пределе ареала отмечен в окр. г. Луги Ленинградской обл. [4] и
окр. г. Новгород [5].
*Arabis recta Vill. (A. auriculata Lam.) – Некоузский р-н, ст. Шестихино, ж.-д. пути, 8 VI 2000. В бассейне Волги вид известен из
Волжско-Камского и Волжско-Донского флористических районов [6].
*Atriplex x northusiana K. Weim (A. oblongifolia Waldst. et Kit. x A.
patula L.) – г. Ярославль, правобережная пойма р. Которосль, в посадках тополя, 9 XI 1999. Первый родительский вид, A. oblongifolia, в качестве заносного известен в области по двум находкам [1], второй
здесь обычен. Для территории России данный гибрид не приводился.
Batrachium x felixii Soo (B. circinatum (Sibth.) Spach x B. trichophyllum (Chaix) Bosch – 1) Брейтовский р-н, р. Желвата, ниже устья р.
Нодога, 27 VII 2000, О. Козловская; 2) Угличский р-н, Угличское
вдхр., п. Сосновский, 16 VIII 2004. Новые находки редкого в регионе
гибрида, обладающего промежуточными морфологическими признаками родительских видов [7].
Betula x aurata Borkh (B. pendula Roth x B. pubescens Ehrh.) –
Брейтовский р-н, Рыбинское вдхр., Центральный мыс, торфяник, 29
38
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
VI 2001. Довольно полиморфный гибрид, а, возможно, отчасти и гибридогенный вид [8], вероятно имеет более широкое распространение
в области. Требует дополнительных сборов и изучения.
*Bidens cernua L. x B. radiata Thuill. – г. Рыбинск, правобережье
Рыбинского вдрх., на песке, 2.VIII 1997, Э. Гарин. Ранее в области
отмечался другой гибрид, B. x polakii Velenovsky (B. frondosa L. x B.
radiata Thuill.), образованный одним из указанных родительских видов [9].
Bidens x garumnae Jeaniean et Debray (B. frondosa L. x B. tripartite L.) – 1) 20 км выше г. Ярославля, Горьковское вдхр., прибрежный
песок, 2 X 2001; 2) г. Ростов, оз. Неро, западный берег, обсохшая зона, 8 VIII 2002; 3) Любимский р-н, д. Пустынь, сырой берег р. Соть,
19 VIII 2004; 4) г. Ярославль, прибрежье р. Которосль у мукомольного завода, 13 X 2004. Это наиболее обычный гибрид B. frondosa. Он и
его возвратные гибриды обнаруживаются везде, где появляется данный вид и на новые территории B. x garumnae нередко «идет» впереди вида. Так, первый экземпляр B. x garumnae был собран на берегу
Рыбинского вдхр. у пос. Борок Некоузского р-на еще в 1997 г. [9], а B.
frondosa в пределах водохранилища (у г. Мышкин) был обнаружен
лишь в 2003 г.; первые ювенильные экземпляры B. frondosa в г. Ярославле появились в 2000 г., а в 2004 г. B. x garumnae уже собран в 90
км к северу – в Первомайском р-не Ярославской обл.
Bolbochoenus koshewnikovii (Litv.) A.E. Kozhevnikov – 1) г. Ростов.
оз. Неро, в районе парка, в поясе гелофитов, 11 VIII 2002; 2) там же, о.
Рождественский, 11 VIII 2002; 3) там же, обсохшее песчаное прибрежье озера вблизи Спасо-Яковлевского монастыря, 11 VIII 2002. Ранее
для области приводился под названием B. planiculmis (Fr. Schmidt)
Egor. [10] и был отмечен в Рыбинском и Некоузском районах области
[11].
*B. koshewnikovii (Litv.) A.E. Kozhevnikov x B. yagara (Ohwi) Y.C.
Yang et M. Zhan – Некоузский р-н, ст. Шестихино, болотце у вокзала,
26 VIII 1992, Л. Лисицына. Сведения о распространении данного гибрида на территории России нам не известны.
*B. laticarpus Marhold, Hroudová, Duchaček et Zákravsky – 1) г.
Ростов, оз. Неро, северо-западный берег, 9 VIII 1973, Л. Лисицына; 2)
Некрасовский р-н, оз. Согожское, 6 VIII 1985, А. Кузьмичев, А. Краснова; 3) Некоузский р-н, Рыбинское вдхр., мелководье у пос. Борок,
11 VI 1986, Л. Лисицына; 4) Рыбинский р-н, Рыбинское вдхр., пристань Коприно, обсохшее мелководье, 7 IX 1992; 5) г. Ростов, оз. Неро, в воде среди гелофитов, 7 VIII 2002.
39
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
*B. yagara (Ohwi) Y.C. Yang et M. Zhan – 1) Некрасовский р-н, оз.
Великое, 9 VII 1963, В. Экзерцев; 2) оз. Великое у д. Макарово, 17
VIII 1973, Л. Лисицына; 3) Некрасовский р-н, оз. Искробольское, 4
VIII 1985, А. Кузьмичев, А. Краснова; 4) там же, оз. Согожское, 6 VIII
1985, А. Кузьмичев, А. Краснова; 5) Рыбинское вдхр., залив напротив
д. Яковлевское, 23 VI 1987, Л. Лисицына; 6) правый берег р. Пачеболки при впадении ее в р. Ухру, 25 VIII 1988, Л. Лисицына; 7) оз.
Неро, юго-западный берег в районе д. Песочное, 21 VII 1990, Л. Лисицына; 8) Мышкинский р-н, Рыбинское вдхр., мелководье напротив
г. Мышкин, 5 VII 1993, Г. Ляшенко; 9) Рыбинский р-н, Рыбинское
вдрх., мелководье у п. Коприно, 26 VII 1993, О. Лебедева; 10) Некрасовский р-н, левобережная пойма Горьковского вдхр., оз. Великое,
северная часть, прибрежье, 4 VIII 1997, И. Ершов, Е. Крылова. По
данным И.В. Татанова [12] северная граница распространения вида
проходит по югу Московской обл., долинам рек Оки и Москвы.
Carex acuta L. x C. aquatilis Wahl. – 1) Некоузский р-н, с. Лацкое,
р. Латка, по урезу воды. 2 VII 1993; 2) Даниловский р-н, р. Ухра в
верховьях, 25 VII 1994. Ранее эта гибридная осока приводилась для
озера и р. Ваи в Брейтовском р-не и мелководий Рыбинского вдхр. в
Некоузском р-не [9].
*Chenopodium acerifolium Andrz. x Ch. acuminatum Willd. – 1) г.
Ростов, оз. Неро, обсыхающая зона, 8 VIII 2002. Один из родительских видов, Ch. acuminatum, в качестве заносного неоднократно отмечался в г. Ярославле на ж.-д. путях и песчано-галечных обнажениях в
пойме р. Которосль [1].
*Chenopodium acerifolium Andrz. x Ch. album L. – 1) г. Ростов, оз.
Неро, обсыхающая зона, 8 VIII 2002. Ранее такой гибрид был отмечен
на одном из островов Куйбышевского вдхр. у пос. Васильево, Татарстан [13]. О возможности образования в природе такого гибрида указывал А.П. Сухоруков [14].
*Chenopodium acuminatum Willd. x Ch. album L. – г. Ростов, оз.
Неро, обсыхающая зона, 8 VIII 2002. Сведения о распространении
данного гибрида на территории России нам не известны.
Chenopodium acuminatum Willd. x Ch. strictum Roth – Брейтовский
р-н, д. Горелово, Рыбинское вдхр, устье р. Чеснавы, обсохшая отмель,
1 VIII 2002. Прежде оба родителя и сам гибрид отмечались в г. Ярославле на ж.-д. путях [1]. Другие сведения по этому гибриду нам не
известны.
*Chenopodium x schulzeanum J. Murr (Ch. glaucum L. x Ch. rubrum
L.) – г. Ростов, оз. Неро, обсыхающая зона, 8 VIII 2002. На возмож40
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ность образования данного гибрида в местах совместного произрастания обеих родителей указывал С.Л. Мосякин [15].
*Corispermum membranaceum Iljin – 1) Некрасовский р-н, пос.
Красный Профинтерн, на обочине шоссе вблизи крахмало-паточного
комбината, 7 IX 1998; 2) г. Ярославль, намывные пески на левом берегу Горьковского вдхр., возле лодочной станции, 29 VIII 2000. Единичные находки североамериканского псаммофильного вида из родства C. leptopterum (Aschers.) Iljin [16] показаны для Ленинградской
обл. [5].
*Corispermum leptopterum (Aschers.) Iljin x C. marschallii Stev – г.
Ярославль, Мукомольный пер., у забора платной стоянки, на привозном песке, 30 VII 2003. Этот гибрид впервые приводится для Ярославской обл. и Верхне-Волжского флористического района, в целом.
Один из родительских видов данного гибрида, C. marschallii Stev.,
широко распространен в области, второй – пока еще редкий, но с тенденцией к расселению, ранее отмечался на песчаных наносах по берегам р. Волги в Некрасовском и Ярославском р-нах [17]. С.Л. Мосякин
[16] указывает на возможность образования такого гибрида на территории европейской части России.
*Corispermum uralense (Iljin) Aell. – г. Ярославль, песчаная коса
на левом берегу Горьковского вдхр., в районе галантерейной фабрики, 29 VIII 2003. Данные о североамериканском псаммофильном виде
в Европейской России приводятся лишь для территории Удмуртии
[16], куда он заносится со строительным материалом [18].
Diphasiastrum tristachyum (Pursh) Holmb – Брейтовский р-н, Рыбинское вдхр., о-в напротив устья р. Тереха, сухой сосняк на берегу,
13 VII 2002. Северная граница распространения вида на территории
средней полосы Европейской России проходит по Московской обл.
[2].
Eleocharis mamillata Lindb. fil. – Брейтовский р-н, Рыбинское
вдхр., Центральный мыс, торфяник, 29 VI 2001. Ранее в области был
отмечен на Горьковском вдхр. (Костромское расширение, разлив по р.
Соть) [19].
*Epilobium minutiflorum Hausskn. – 1) г. Ярославль, ж.-д. пути у
Московского вокзала, 7 VII 1992; 2) Некрасовский р-н, ж.-д. полотно
между ст. Лютово и ст. Бурмакино, 22 VII 1998; 3) Рыбинский р-н, ст.
Тихменево, ж.-д. полотно, 19 VII 1998, Э. Гарин, Р. Чапас; 4) Некоузский р-н, ст. Шестихино, ж.-д. полотно, 24 VII 1998, Э. Гарин. Вид
широко распространен в Корее, на северо-востоке и северо-западе
Китая, в Монголии, на Тянь-Шане, в Центральной Азии, в Гималаях,
41
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
в Турции [20]. В пределах территории бывшего СССР он известен из
Средней Азии и с Кавказа [21]. На территории России отмечается
впервые.
*Equisetum x rothmaleri C.N. Page (= E. x togesianum Rothm.) (E.
arvense L. x E. palustre L.) – Первомайский р-н, окр. с. Пречистое, у.
Уча, мелководный приток, 3 IX 1997. Ранее в области отмечался другой гибрид хвоща полевого – E. arvense L. x E. sylvaticum L. [11].
*Festuca polesica Zapal. – Брейтовский р-н, Рыбинское вдхр., о-в
напротив устья р. Тереха, песчаная бровка по урезу воды, 13 VII 2002.
Festuca unifaria Dumort. (F. rubra L. var. juncea Hack) – Брейтовский р-н, окр. пос. Брейтово, песчаный берег Рыбинского вдрх., 29 VI
2002. Псаммофильный европейский вид, известный в северо-западной
части России [5].
*Medicago caerulea Less. ex Ledeb. – г. Ярославль, в междупутье
на гравии у ст. Приволжье и вдоль корпусов ЯМЗ. Несколько растений в фазе цветения – начало плодоношения, 10 VIII 2000. Вид песков
и песчаных степей Прикаспийской низменности [22] в центральных и
северных регионах европейской части России ранее не отмечался.
Melampyrum laciniatum Koshevn. et Zing. – Брейтовский р-н, окр.
д. Мусино, сфагновое болото с мелким березняком, 13 VIII 2000. Вторая находка вида в области, прежде он был обнаружен в Переславском р-не [23].
*Persicaria x figirtii (Beck) Soják (P. hydropiper (L.) Spach x P. lapathifolia (L.) S.F. Gray) – 1) Некрасовский р-н, берег оз. Искробол,
VIII 1992, Н. Измайлов; 2) г. Рыбинск, пос. Переборы, Рыбинское
вдхр., сырая низина в прибрежье, 15 IX 2001. Приводился для Угличского вдхр. в пределах Тверской обл. [9].
*Persicaria x hervieri (Beck) Soják (P. lapathifolia (L.) S.F. Gray x
P. minor (Huds.) Opiz) – 1) Некоузский р-н, ст. Шестихино, ж.-д. полотно, 7 IX 2001; 2) г. Ростов, оз. Неро, обсохшее песчаное прибрежье, 8 VIII 2002. Ранее в области отмечался другой гибрид, P. x lenticularis (Hy) Sojak (P. lapathyfolia (L.) S.F. Gray x P. maculata (Rafin.)
A. ex D. Love), образованный от одного из общих родительских видов
[1]. В литературе упоминаний о данном гибриде мы не встречали.
Persicaria hypanica (Klok.) Tzvel. – г. Ростов, оз. Неро, обсохшее
песчаное прибрежье, 8 VIII 2002. Вторая находка редкого южного
иммигранта в Ярославской области [1]. В качестве заносного вида известен в Казани [24].
42
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
*Polygonum volchovense Tzvel. – Брейтовский р-н, д. Горелово,
мелководье Рыбинского вдхр. у устья р. Чеснава, 1 IX 2002. Известен
по сборам в Ленинградской и Новгородской обл. [5].
*Phragmites altissimus (Benth.) Nabill – г. Ростов, оз. Неро, западный берег, высокие песчаные места, 8 VIII 2002. Южный вид, интенсивно продвигающийся на север. С 1990 г. известен в соседней Тверской обл. [25].
*Potentilla canescens Bess. x ? P. umbrosa Stev. – 1) г. Рыбинск,
пути у ж.-д. станции, 13 VIII 2002. Ближайшие находки первого из
родительских видов – в Псковской обл. и Татарстане. Второй вид (от
него у гибрида форма листочков прикорневых листьев, длинный черешок центрального листочка, присутствие в опушении железистых
волосков) известен только из Крыма [26].
Sambucus ebulus L. – 1) Ярославская обл., Переславский р-н, Тархов холм, восточный склон, в ольшанике, 12 VIII 1990, В. Богачев.
Ранее этот редкий в области вид был известен из г. Ярославля [27].
Гербарные образцы, подтверждающие находки, хранятся в гербариях Ярославского госуниверситета им. П.Г. Демидова (YAR) и
ИБВВ им. И.Д. Папанина РАН (IBIW), дубликаты переданы в Гербарий Ботанического института им. В.Л. Комарова (LE).
Литература
1. Борисова М.А. Флора транспортных путей Ярославской области. Дис.
канд. биол. наук. – Саранск, 2002. – 286 с.
2. Маевский П.Ф. Флора средней полосы европейской части России.10-е
изд. – М.: Тов-во науч. изданий КМК, 2006. – 600 с.
3. Миняев Н.А., Клочкова З.В. О роде Anthyllis L. (Fabaceae) В Европейской части СССР // Новости сист. высш. растений. 1977. Т. 14. – С. 140-152.
4. Миняев Н.А., Акулова (Клочкова) З.В. Род Язвенник – Anthyllis L. //
Флора европейской части СССР. – Л., 1987. Т. 6. – С. 98-103.
5. Цвелев Н.Н. Определитель сосудистых растений Северо–Западной России (Ленинградская, Псковская и Новгородская области). – СПб., 2000. – 782 с.
6. Котов М.И. Сем. Brassicaceae Burnett (Cruciferae Juss. nom. altern.) – Крестоцветные // Флора европейской части СССР. – Л., 1979. Т. 4. – С. 30-148.
7. Бобров А.А. Шелковники (Batrachium (DC.) S.F. Gray, Ranunculaceae) европейской части России и их систематика // Гидроботаника: методология, методы. – Рыбинск: ОАО «Рыбинский дом печати», 2003. – С. 70-81.
8. Цвелев Н.Н. О родах Betula L. и Alnus Mill. (Betulaceae) в Восточной Европе // Новости сист. высш. растений. 2002. Т.34. – С. 47-73.
9. Папченков В.Г., Гарин Э.В. Флористические находки в бассейне Верхней
Волги // Бот. журн. 2000. Т. 85. № 12. – С. 97–101.
10. Лисицына Л.И., Папченков В.Г., Артеменко В.И. Флора водоемов
Волжского бассейна. (Определитель цветковых растений). – СПб., 1993 – 220 с.
43
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
11. Папченков В.Г., Бобров А.А., Богачев В.В., Чемерис Е.В. Флористические находки в Ярославской области // Бот. журн., 1996. Т. 81. № 4. – С. 109-118.
12. Татанов И.В. Критические заметки о видах Bolboschoenus desoulavii
(Drov.) A.E. Kozhevnikov и Bolboschoenus yagara (Ohwi) Y.C. Yang et M. Zhan
(Cyperaceae) // Новости сист. высш. растений. 2003. Т. 35. – С. 51-62.
13. Папченков В.Г., Шпак Т.Л. Флористические находки на островах и мелководьях Куйбышевского водохранилища // Бот. журн. 1992. Т. 77. № 9. – С. 84–
94.
14. Сухоруков А.П. Маревые Средней России. – М.: Изд-во «Диалог-МГУ»,
1999. – 35 с.
15. Мосякин Л.С. Род Марь – Chenopodium L. // Флора Восточной Европы. – СПб., 1996. Т. 9. – С. 27-44.
16. Мосякин Л.С. Род Верблюдка – Corispermum L. // Флора Восточной Европы. – СПб., 1996. Т. 9. – С. 63–69.
17. Борисова М.А., Гарин Э.В., Папченков В.Г. Флористические находки на
транспортных путях Ярославской области // Бот. журн. 2001. Т. 86. № 2. – С.
111–115.
18. Пузырев А.Н. Способы иммиграции ксенофитов в Удмуртию // Проблемы изучения адвентивной и синантропной флоры в регионах СНГ. Москва–
Тула, 2003. – С. 83–84.
19. Папченков В.Г., Лисицына Л.И. Флористические находки в Верхнем
Поволжье // Бот. журн. 1993. Т. 78. № 7. – С. 86–90.
20. Chen C.–J., Hoch P.C., Raven P.H. Systematic of Epilobium (Onagraceae)
in China // Systematic Botany Monographs. 1992. Vol. 34. – P. 1–209.
21. Черепанов С.К. Сосудистые растения России и сопредельных государств (в пределах бывшего СССР). – СПб., 1995. – 992 с.
22. Васильченко И.Т. Род Люцерна – Medicago L. // Флора европейской части СССР. Л., 1987. Т. 6. – С. 187–195.
23. Папченков В.Г., Бобров А.А., Гарин Э.В. О некоторых флористических
находках в Тверской и Ярославской областях // Бот. журн. 1998. Т. 83. № 7. – С.
140–144.
24. Цвелев Н.Н. Род Горец – Persicaria Mill. (ceм. Polygonaceae Juss) // Флора Восточной Европы. – СПб., 1996. Т. 9. – С. 125-132.
25. Нотов А.А., Шубинская Н.В., Маркелова Н.П., Плетнев Д.М., Спирина
У.Н. Новые и редкие для Тверской области адвентивные растения // Бюл. МОИП. Отд. Биол. 2002. Т. 107. Вып. 2. – С. 47–48.
26. Камелин Р.В. Лапчатка – Potentilla L. // Флора Восточной Европы. –
СПб., 2001. Т. 10. – С. 394-452.
27. Определитель высших растений Ярославской области. – Ярославль,
1986. – 182 с.
44
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Содержание пигментов сестона
как показатель структурных характеристик
фитопланктона высокоэвтрофного озера
Сиделев С.И., Бабаназарова О.В.
Ярославский государственный университет
им. П.Г. Демидова
е-mail: Sidelev@mail.ru; baba@bio.uniyar.ac.ru
На примере высокоэвтрофного озера (оз. Неро) с преобладанием в фитопланктоне сине-зелёных водорослей планктотрихетового типа проанализирована связь между пигментными и
структурными характеристиками развития фитопланктона. Обсуждается возможность применения пигментных показателей в
качестве индикаторов развития фитопланктона в озере.
Введение
Ведущая роль в функционировании водных экосистем принадлежит фитопланктону как продуценту первичного органического вещества. Исследования структуры фитопланктона сопряжены с трудностями количественного и качественного учёта водорослей,
требующего больших затрат времени и хорошего знания таксономии.
Применение косвенных методов оценки развития фитопланктона, в
частности, спектрофотометрического определения пигментов в сестоне, получило широкое распространение с середины прошлого столетия. Многих исследователей до сих пор привлекает доступность и
быстрота определения пигментов, поэтому во многих зарубежных и
отечественных гидробиологических работах принято выражать общую биомассу водорослей количеством хлорофилла “a”, а через отношения различных пигментов оценивать состояние и состав фитопланктона.
Однако, как известно, удельное содержание хлорофилла “a” в
сырой биомассе фитопланктона значительно варьирует в зависимости
от многих факторов [1-5], что не позволяет вывести общий переходный коэффициент между концентрацией хлорофилла и биомассой,
пригодный для большинства водоёмов. Другие пигментные характеристики (хлорофиллы “b” и ”c”, пигментные индексы), полученные
спектрофотометрически, также не всегда адекватно могут отражать
структуру фитопланктона. Для выяснения границ применения анализа
содержания пигментов, как индикаторов развития фитопланктона,
45
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
необходимо установление связей между пигментными и структурными (биомасса, таксономический состав, разнообразие сообщества) показателями развития фитопланктона в каждом конкретном водоёме.
Для высокоэвтрофного озера Неро (Ярославская область) исследования фитопланктона и его пигментных характеристик проводилось в
1987-89 гг. Институтом Биологии Внутренних Вод РАН им. Папанина
[6]. В дальнейших наблюдениях [7-10], проводимых на кафедре экологии и зоологии ЯрГУ им. П.Г. Демидова, определение пигментов являлось одним из основных контролируемых параметров при развитии
фитопланктона в озере. В настоящее время наличие многолетних данных по биомассе, составу и пигментам фитопланктона, а также сравнение с исследованиями 80-х годов позволяет уточнить и обобщить характер взаимосвязей этих параметров в озере Неро.
Материалы и методы исследования
В работе используются материалы по биомассе, таксономическому составу и пигментным показателям фитопланктона, полученные
при исследовании высокоэвтрофного озера Неро в период с 2000 по
2005 гг. Озеро Неро – самое большое в Ярославской области (площадь около 58 км2), озеро мелководное (средняя глубина 1.6 м, максимальная – 4.7 м) и слабопроточное с большими запасами сапропеля
на дне. Северная и центральная части акватории озера относятся к
"фитопланктонному", а южная часть – к "макрофитному" типу водоёмов [6].
46
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис.1. Карта-схема расположения станций отбора проб в озере Неро
Отбор проб воды для анализа пигментов и биомассы водорослей
производился сопряженно. Пробы отбирались ежемесячно с марта по
октябрь на пяти стандартных станциях (3-8) в северной части озера,
прилегающей к г. Ростову Великому (рис. 1). В июле, как правило,
обследовалась вся акватория водоёма на 14 станциях.
Биомассу водорослей определяли счётно-объёмным методом
[11], содержание пигментов в планктоне – стандартным спектрофотометрическим [12].
Фитопланктон концентрировали на мембранных фильтрах
МФАС-М-2 с последующей их экстракцией в 90 % ацетоне. Процедура приготовления экстрактов значительно не отличалась от таковой,
описанной в [6]. Оптическую плотность экстракта измеряли на спектрофотометре СФ-26. Концентрацию хлорофиллов “a”, “b”, “c” определяли по уравнениям Джеффри и Хамфри [13].
47
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Пигментные индексы (Е480/Е664, Е450/Е480, Е430/Е664) рассчитывали исходя из оптических плотностей ацетонового экстракта пигментов в областях длинноволнового и коротковолнового максимумов
поглощения света хлорофиллом “a” (664 нм и 430 нм) и коротковолнового максимума для каротиноидов (430 нм, 450 нм, 480 нм).
Отношения оптических плотностей экстрактов, косвенно отражающие соотношения концентраций пигментов, могут служить показателями физиологического состояния, структуры и разнообразия фитопланктонного сообщества. В данном исследовании используются
три пигментных индекса:
Индекс Е480/Е664 и индекс Маргалефа (Е430/Е664) характеризуют соотношение общих каротиноидов и хлорофилла “a”. Считается, что
повышение значений этих индексов свидетельствует об ухудшении
физиологического состояния фитопланктона.
Индекс Е450/Е480 характеризуется максимальными величинами для
дополнительных хлорофиллов и каротиноидов диатомовых и зелёных
водорослей. Минимальные значения (близкие к 1.0) характерны для
популяций сине-зелёных водорослей с преобладанием жёлтых пигментов [14,15].
Результаты исследования и их обсуждение
Количественные показатели развития фитопланктона значительно варьировали в период наблюдений (средне вегетационная биомасса изменялась от 14,6 до 28,1 мг/л), в то же время, находясь в пределах значений, отмеченных в 1987-89 гг. [6]. Сезонная динамика
развития фитопланктона характеризовалась одним летне-осенним пиком в 1987-89, 1999, 2003 годах. В 2005 г. обилие фитопланктона резко возрастало в июне – июле и снижалось уже к августу, а в сентябре
было невысоко. Несколько пиков отмечалось летом-осенью 2000 и
2004 гг. и летняя депрессия в развитии фитопланктона в 2002 году
(Рис. 2.). В целом, в многолетней динамике показана более широкая
сезонная вариабельность количественного развития фитопланктона
относительно предшествующих наблюдений [6,9]. Ранее отмечалось,
что в структуре сообщества 1999-2003 гг. на уровне количественного
соотношения различных отделов значимо, в два раза уменьшился
вклад зеленых водорослей относительно 1987-89 гг. [9]. Незначительно развивались зеленые хлорококковые водоросли и в 2004 г., тогда
как в 2005 г. их вклад в июне дал всплеск до 35 % от общей биомассы. В целом, в 2000-2005 гг. основная тенденция – увеличение развития сине-зеленых водорослей. Как правило, уже с июня они занимают
главенствующие позиции с неизменным доминированием тонких
48
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
нитчатых Limnothrix redekei (Van Goor) Meffert., составляющей более
половины биомассы в ценозах июля-августа и часто вегетирующей
вплоть до октября. В марте 2003 г. отмечалось цветение этого вида
подо льдом. Как правило, сопутствует ей Pseudoanabaena limnetica
(Lemm.) Kom. – доминант 1987-89 гг. [6]. Все чаще на позиции доминанта и часто встречаемого вида выходит Planktothrix agardhii Gom.,
в июне – июле 2005 г. этот вид являлся абсолютным доминантом ценоза. Доминанты конца 80-х Aphanizomenon flos-aquae (Lemm.) Lemm
и Microcystis aeruginosa Kütz. emend. Elenk. в настоящий период также время от времени достигали доминантных позиций, оставались
часто встречаемыми, но все же вклад их в суммарную биомассу был
несколько меньшим.
Вклад других отделов водорослей в суммарную биомассу в основном имел большее значение весной и ранним летом. Так, в мае,
как правило, доминировала Aulacoseira ambiqua (Grun.) Sim., сопутствовали ей другие диатомовые водоросли Asterionella formosa Hass.,
Diatoma elongatum (Lyngb.) Ag., виды родов Synedra и Nitzsсhiа. В
2004 г. в начале мая пик обилия создавали мелкоклеточные центрические диатомеи Stephanodiscus minutulus (Kutz.) Cleve et Moller и Stephanodiscus hantzschii Grun. (16,8 %). Криптофитовые имели значительный вклад в биомассу фитопланктона осенью 2002 и летом 2005
гг. Эвгленовые водоросли преимущественно развивались в подлёдных ценозах и летом 1999 и 2000 гг.
При сохранении достаточно высокого богатства видов (до 70-75 в
пробе) отмечено значимое уменьшение индексов разнообразия Шеннона. Средние значения индексов Шеннона в 2000 – 2005 гг. варьировали
от 2,33 до 3,11 бит/ед.биомассы. В 1987-88 гг. индексы Шеннона были
выше – от 3,62 до 3,85 бит/ед.биомассы [6]. Таким образом, в 2000-2005
гг. происходило постепенное выравнивание сообщества к планктотрихетовому (осциляториевому) типу, что характеризует водоем как находящийся на конечной стадии фитопланктонной сукцессии в ряду мелководных высокоэвтрофных систем [16].
Сопряженный анализ данных по биомассе фитопланктона и содержанию хлорофилла “a” в сестоне (Хл ”a”) показал достаточное подобие кривых сезонной динамики обоих показателей в разные годы
(Рис. 2).
49
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 2. Сезонная динамика концентраций хлорофилла “a”
и биомассы фитопланктона в озере Неро в разные годы
При анализе пространственного распределения изучаемых параметров по всей акватории озера наблюдалось хорошее совпадение
концентраций Хл “a” и биомассы водорослей в июле 2002 года и значительное расхождение в июле 2003 года.
При корреляционном анализе конкретных (не усреднённых) данных, как для отдельных лет наблюдения, так и, в целом, за период с
2000 по 2005 гг. были получены тесные и высоко значимые положительные корреляции между Хл “a” и биомассой фитопланктона. При
этом коэффициент корреляции варьировал для разных лет от 0.72 до
0.97, что значительно выше его значений, полученных в исследованиях 80-х годов (r от 0.55 до 0.73) [6]. Было установлено, что зависимость Хл ”a” и биомассы фитопланктона лучше всего описывается
уравнением степенной функции с коэффициентом корреляции 0,83
(n=58) (рис. 3), что согласуется с данными Ляшенко О.А. [17].
Связь концентраций Хл “a” и биомассы фитопланктона значительно усиливается при анализе усреднённых по месяцам данных за
все года наблюдений (рис. 4), что объясняется, по-видимому, нивелированием ошибок отдельных определений рассматриваемых показателей.
50
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
120
Хл"a" = 6,82 Вф0,55
r = 0.83
p<0.001
Хл "a", мкг/л
100
80
60
40
20
0
0
10
20
30
40
50
60
70
Вф, мг/л
Рис. 3. Связь концентраций Хл “a” и биомассы фитопланктона за период
2000-2005 гг.
r = 0,94
p<0.001
120
Хл"a", мкг/л
100
80
60
40
20
0
0
10
20
30
40
50
60
70
Вф, мг/л
Рис. 4. Связь среднемесячных значений концентраций Хл “a” и биомассы
фитопланктона за период 2000-2005 гг.
Интересно сравнить полученные результаты с наблюдениями
1987-89 гг. В работе О.А. Ляшенко [17] приводится уравнение регрессии между концентрацией Хл “а” и биомассой фитопланктона в логарифмической форме: lgХл “a”= (1.03±0.04) + (0.67±0.04)lgВф. По нашим результатам логарифмическое уравнение исследуемых
параметров имело вид: lgХл “a”= (0.83±0.06) + (0.55±0.05)lgВф. Более
высокий коэффициент регрессии (0.67) в исследованиях 80-х гг. по
51
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
сравнению с периодом 2000-2005 гг. (0.55) , свидетельствует о более
высоком содержание Хл “a” в единице биомассы фитопланктона.
Удельное содержание Хл “a” в сырой биомассе фитопланктона
(Хл/В) за период 2000-2005 гг. значительно варьировало как в течение
сезонов в северной части озера (0,05-0,7 %), так и по всей акватории
водоёма летом (0,08-3,97 %). Полученные нами величины укладываются в пределы известных из литературы значений для других водоёмов (0,02-9,7 %) [4]. Для оз. Неро в 1987-89 гг. отмечались значения
0,05-1,7 % [17]. Наиболее часто встречаемые (0,4-0,6 %) и средние в
межгодовой динамике (0,51-0,6 %) величины Хл/В в 1987-89 гг. [17]
значительно превышали наблюдаемые среднегодовые значения этого
показателя за период 2000-2005 гг. (0,18-0,43 %).
К основным причинам и факторам, определяющим вариабельность удельного содержания хлорофилла “a”, наряду с ограниченностью применяемых методов, относятся свет, биогенные элементы и
таксономический состав фитопланктона [1-5].
Некоторые исследователи отмечают, что на связь Хл “a” и биомассы фитопланктона значительное влияние могут оказывать продукты распада хлорофилла (феопигменты), недоучёт которых приводит к
завышению концентраций Хл “a”, и ,соответственно, к ошибкам при
расчёте показателя Хл/В. Так, для Рыбинского водохранилища была
установлена более тесная связь биомассы водорослей с чистым Хл “a”
в разные сезоны года по сравнению с концентрациями общего хлорофилла (без учёта феопигментов) [2]. Влияние продуктов распада Хл
“a” на его удельное содержание в биомассе фитопланктона оз. Неро
было выявлено нами в 2002 году, когда содержание феопигментов
достигало 80 % от суммы с чистым Хл “a”. При учёте феопигментов r
между Хл “a” и биомассой водорослей в целом увеличился с 0,87 до
0,94 (n=15), а в пространственном аспекте в июле с 0,64 до 0,82 (n=8).
Зависимость Хл/В от некоторых биотических и абиотических
факторов среды в озере Неро достаточно подробно рассматривается в
[17]. Отмечается наличие достоверных связей Хл/В с таксономическим составом и биомассой фитопланктона, и отсутствие корреляций
с биогенными элементами и прозрачностью воды как показателя световых условий в водоёме. В наших исследованиях также не наблюдалось значимых связей между Хл/В и основными абиотическими факторами (температура и прозрачность воды, концентрация азота и
фосфора).
Известно, что влияние таксономического состава фитопланктона
на Хл/В хорошо прослеживается на культурах водорослей. Мини52
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
мальные значения Хл/В наблюдаются у сине-зелёных и диатомовых
водорослей, зелёные же водоросли в 4-5 раз богаче по содержанию
хлорофилла “a”[18]. В наблюдениях 80-х годов в оз. Неро была обнаружена слабая отрицательная корреляция показателя Хл/В с долей
сине-зелёных водорослей (r= -0,39), и положительная связь с долей
зелёных водорослей от общей биомассы (r= 0,48) [17], Это, в общем,
соответствует представлениям о зависимости удельного содержания
Хл “a” от состава фитопланктона. В настоящем исследовании для всего массива данных (n=58) достоверных связей Хл/В от таксономического состава фитопланктона установить не удалось, хотя направления связей соответствовали ранее выявленным в озере Неро.
В то же время, анализ связи концентраций Хл “a” с биомассами
отдельных групп водорослей в озере в 2000-2005 гг. выявил более
тесные связи между хлорофиллом и биомассой сине-зелёных (г=0,79;
р<0,001) по сравнению с зелёными (г=0,66; р<0,001) и диатомовыми
(г=0,39; р<0,01) водорослями. Обусловлено это доминированием в
планктоне озера большую часть вегетационного сезона именно нитчатых сине-зелёных водорослей.
Между концентрациями хлорофилла “c” и биомассами диатомовых, золотистых, криптофитовых и динофитовых водорослей, содержащих данный пигмент, значимых корреляций обнаружено не было.
Между содержанием хлорофилла “b” и биомассой зелёных водорослей наблюдалась умеренная положительная связь (r=0.36; р<0.05).
Слабая связь данных показателей, скорее всего, объясняется значительными ошибками спектрофотометрического определения дополнительных хлорофиллов.
Не обнаружено значимых связей пигментного индекса Е480/Е664 и
индекса Маргалефа (Е430/Е664) со структурными показателями развития фитопланктона (биомассой и таксономическим составом) в озере
Неро.
Другой пигментный показатель – индекс Е450/Е480 – относительно
недавно стал использоваться в гидробиологических исследованиях
[14,15]. На основе высоких коэффициентов корреляции Е450/Е480 с долей сине-зелёных водорослей в общей биомассе предлагается использовать индекс для выявления начальных этапов цветения водоёма
этой группой водорослей [15]. Наши данные по озеру подтвердили
возможность применения индекса Е450/Е480 в качестве показателя развития сине-зелёных водорослей.
53
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Коэффициент корреляции между индексом Е450/Е480 и долей сине-зелёных водорослей от общей биомассы (Вс-з/Вобщ) составил r= 0,85 (Рис. 5).
Проведённый корреляционный анализ данных по индексу
Е450/Е480 и структурным характеристикам фитопланктона в озере Неро, позволил расширить интерпретацию этого пигментного показателя (Табл. 2).
Наряду с сильной отрицательной связью индекса Е450/Е480 с долей
сине-зелёных водорослей в общей биомассе наблюдается положительная корреляция с долей зелёных (Взел/Вобщ) и диатомовых
(Вдиат/Вобщ) водорослей. Кроме того, обнаружена тесная связь индекса с отношением биомасс зелёных и диатомовых водорослей к
биомассе сине-зелёных (Взел+диат/Вс-з) (Табл. 2). Характер выявленных связей свидетельствует об уменьшении значений индекса при
возрастании степени доминирования сине-зелёных водорослей. Повышенные же величины Е450/Е480 свидетельствуют о смешанном составе фитопланктона в данный период времени и значительном участии в биомассе диатомовых и зелёных водорослей. Это подтверждает данные о минимальных значениях индекса Е450/Е480 (около
1) для пигментов сине-зелёных водорослей и повышенные величины
данного индекса для пигментов зелёных и диатомовых [по: 14].
1
Вс-з/Вобщ
0,8
0,6
0,4
0,2
0
1
1,5
2
2,5
Е450/Е480
Рис. 5. Связь пигментного индекса Е450/Е480 с долей сине-зелёных водорослей от общей биомассы фитопланктона (Вс-з/Вобщ) в озере Неро
54
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 2
Коэффициенты корреляции между индексом Е450/Е480 и структурными характеристиками фитопланктона в озере Неро
Показатель Вс-з/Вобщ
(n=15)
Е450/Е480 -0.85
Взел/Вобщ
(n=26)
0.73
Вдиат/Вобщ
(n=26)
0.44
Взел+диат/Вс-з
(n=15)
0.8
На основании этого предварительного анализа, можно выдвинуть
предположение об использовании индекса Е450/Е480 не только как показателя степени развития сине-зелёных водорослей, но и как показателя вклада в биомассу других отделов водорослей (диатомовых и зелёных). Дальнейшее накопление сведений об изменениях индекса
Е450/Е480 при различном составе фитопланктона позволит, возможно,
выделить границы значений индекса, соответствующие конкретным
величинам количественного соотношения водорослей на уровне
крупных таксонов.
Заключение
При высоких средне вегетационных показателях обилия фитопланктона оз. Неро, сезонная динамика биомассы и численности характеризуется минимальными значениями подо льдом, быстрым нарастанием биомассы весной, доминированием нитчатых сине-зеленых
водорослей планктотрихетового типа с начала июня, значительной
вариабельностью летнего хода биомассы и высокими значениями
осенью. Планктотрихетовый комплекс в 2000-05 гг. характеризовался
доминированием – Limnothrix redekei, субдоминированием Pseudoanabaena limnetica, появлением и высоким развитием в последние три
года Planktothrix agardhii.
Проведённый анализ данных по содержанию Хл “a” и биомассе
фитопланктона за 2000-2005 гг. показал наличие тесных прямых корреляций между данными показателями, как в отдельные годы, так и, в
целом, за рассматриваемый период. Динамика содержания хлорофилла
в сестоне хорошо отражает сезонные и межгодовые изменения обилия
фитопланктона в озере Неро. Тем не менее, значительная вариабельность удельного содержания Хл “a” в биомассе фитопланктона не позволяет вывести общее уравнение связи между данными показателями
даже в одном конкретном водоёме. Данное заключение подтверждает
выводы большинства исследователей, затрагивающих данный вопрос в
литературе [1, 2, 3, 4, 5], в том числе, и по озеру Неро [6, 17]. Биомассу
фитопланктона и содержание Хл “a” следует рассматривать как само55
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
стоятельные экологические показатели. Концентрации хлорофилла отражают не столько обилие фитопланктона, сколько продукционные
возможности водорослей в данный момент времени.
Из всех рассматриваемых в работе пигментных показателей (хлорофиллы “b” и “c”, индексы Е480/Е664, Е430/Е664, Е450/Е480) наиболее
тесные и значимые связи структурных характеристик фитопланктона
обнаружены с индексом Е450/Е480. Предлагается использовать данный
индекс не только как показатель развития сине-зелёных водорослей,
но и как показатель развития других отделов альгофлоры (зеленых и
диатомовых водорослей).
Литература
1. Трифонова И.С., Десортова Б. Хлорофилл как мера биомассы фитопланктона в водоёмах разного типа // Гидробиологические процессы в водоёмах.
Л.: Наука, 1983. с. 58-80.
2. Елизарова В.А. Содержание фотосинтетических пигментов в единице
биомассы фитопланктона Рыбинского водохранилища // Флора, фауна и микроорганизмы Волги. Рыбинск: ИБВВ АН СССР, 1974. с. 46-66.
3. Михеева Т.М. Оценка продукционных возможностей единицы биомассы
фитопланктона // Биологическая продуктивность эвтрофного озера. М.: Наука,
1970. с. 50-70.
4. Dillon P.J., Rigler F.H. The phosphorus – chlorophyll relationship in lakes
// Limnol. Oceanogr. 1974. Vol. 19. № 5. P. 767-773.
5. Tolstoy A. Chlorophyll a in relation to phytoplankton volume in some Swedish lakes // Arch. Hydrobiol. 1979. Vol. 85.№ 2. P. 133-151.
6. Современное состояние экосистемы озера Неро. Рыбинск: ИБВВ АН
СССР, 1991. Ч. 1. 176 с.
7. Бабаназарова О.В. Структура фитопланктона и динамика содержания биогенных элементов в озере Неро // Биология внутренних вод. 2003. № 1. С. 33-39.
8. Бабаназарова О.В. Фитопланктон озера Неро – структура и разнообразие
// Озёрные экосистемы: биологические процессы, антропогенная трансформация, качество воды. Материалы международной научной конференции. Минск,
2003. с. 249-252.
9. Бабаназарова О.В., Ляшенко О.А., Лазарева В.И., Сигарёва Л.Е., Зубишина
А.А., Холт Д., Смирнова С.М., Сиделев С.И., Калинина О.Е. Результаты мониторинга планктонного сообщества озера Неро //Экологические проблемы уникальных природных и антропогенных ландшафтов. Материалы Всероссийской научно-практической конференции. Ярославль: Ярос. гос. ун-т, 2004. С. 88-98.
10. Сиделев С.И., Бабаназарова О.В. Зависимость сезонной динамики хлорофилла “a” от некоторых факторов водной среды в северной части озера Неро
// Современные проблемы биологии, экологии, химии. Региональный сборник
научных трудов. Ярославль: ЯрГУ, 2005. с. 137-142.
11. Кузьмин Г.В. Фитопланктон. Видовой состав и обилие // Методика изучения биогеоценозов внутренних водоёмов. М.: Наука, 1975. с. 73-87.
56
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
12. Сигарёва Л.Е. Спектрофотометрический метод определения пигментов
фитопланктона в смешанном экстракте // Методические вопросы изучения первичной продукции планктона внутренних водоёмов. СПб.: Гидрометеоиздат,
1993. с. 75-85.
13. Jeffrey S.W., Humphrey G.F. New spectrophotometric equations for determing chlorophylls a, b, c1 and c2 in higher plants algae and natural phytoplankton
// Biochem. Phys. Pflanz. 1975. V. 167. № 2. p. 191-194.
14. Сигарёва Л. Е. Пигментная модель фитопланктона и её использование
// Методические вопросы изучения первичной продукции планктона внутренних
водоёмов. СПб. : Гидрометеоиздат, 1993. С. 120-125.
15. Сигарёва Л.Е., Ляшенко О.А. Значимость пигментных характеристик
фитопланктона при оценке качества воды// Водные ресурсы, 2004. Т. 31. № 4. с.
475-480.
16. Reynolds C. S., Huszar V., Kruk C., Naselli-Flores L. and Melo S. Towards a
functional classification of the freshwater phytoplankton // J. Plankton Res., 2002.
V. 24. N. 5. р. 417-428.
17. Ляшенко О.А. Растительные пигменты как показатели биомассы фитопланктона в мелководном эвтрофном озере // Проблемы региональной экологии.
2004. № 5. с. 6-14.
18. Пырина И.Л., Елизарова В.А. Спектрофотометрическое определение
хлорофиллов в культурах некоторых водорослей // Биология и продуктивность
пресноводных организмов. Л.: Наука, 1971. с. 56-65.
Фотоморофгенез Arabidopsis thaliana (L.)
Heynh дикого типа и мутанта hy4 при
адаптации
к УФ-А излучению
Шайтарова О.В. , Зеленьчукова Н.С. , Минич И.Б.
Томский государственный педагогический университет,
634041, Томск, пр. Комсомольский, 75, тел. (8322) 52-11-70, Email:minich@tspu.edu.ru
Изучение закономерностей в отношениях между растениями и
средой их обитания на разных уровнях организации является одной
из главных фундаментальных задач экологической науки, так как растительность представляет собой важнейший компонент абсолютного
большинства экосистем и биосферы в целом. Важнейшим фактором
окружающей среды для растений является свет, который выступает
источником энергии для фотосинтеза и регулятором всех сторон жизнедеятельности растительного организма [1-3]. Растения получают из
окружающей среды световые сигналы, которые являются индикаторами свойств окружающей обстановки и используют полученную
57
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
информацию для адаптации и развития [3-4]. Это осуществляется с
помощью фоторецепторов с целью определения спектрального состава, интенсивности, направленности светового потока, продолжительности и периодичности освещения [5].
За длительную историю эволюционного развития растения выработали способность использовать не только ФАР, но и УФ-А лучи
для различных реакций роста и развития. Поглощение УФ-А лучей
различными частями растений достигает весьма большой величины,
что определяет роль УФ-А излучения как важного фактора экологии
[6-7]. Существуют различные мнения о роли УФ-А радиации в жизнедеятельности растений. Отмечается как угнетающее, так и стимулирующее влияние УФ-А лучей или их действие приравнивают по
значению к видимым лучам [6]. Однако точно известно, что действие
УФ-А излучения малоэффективно при коротких экспозициях, но эффективно при длительном облучении и высокой интенсивности [8].
Роль УФ-А света значительно возрастает при совместном действии с
ФАР, особенно в синергизме с синим светом (СС) [5, 9], т.е. УФ-А
излучение является важным фактором для протекания процессов фотоморфогенеза [10].
Изучение действия света определенных длин волн и интенсивности в естественных условиях является сложной задачей из-за влияния
на растения множества факторов. Поэтому в настоящее время исследования проводят, применяя генетические технологии с использованием растений Arabidopsis. Это позволяет объяснять роль света исследуемого диапазона, устанавливая взаимодействия между
различными фоторецепторами [5].
Хотя защитные и адаптационные механизмы действуют в растениях, существо этих реакций до сих пор не раскрыто. Способность
растений к световой адаптации является важной проблемой, требующей исследований [11]. Перспективным аспектом проблемы фотоморфогенетической регуляции является расширение набора фотозависимых реакций и, в частности, тех из них, которые касаются
участия УФ света в регуляции ростовых и фотоморфогенетических
реакций [12]. Это является важным, поскольку в последние несколько
лет в связи с разрушением озонового слоя влияние УФ радиации становится все более значимым [1].
Целью работы явилось выяснение роли УФ-А излучения в морфогенезе и формировании фотосинтетического аппарата Arabidopsis
thaliana.
58
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В работе использовали три линии Arabidopsis thaliana (L.) Heynh.
Первая линия Landsberg erecta (Ler-0) является фоновой для большого
числа мутационных линий [13-14]. Мутационная линия hy4 получена
на основе Ler. Она является дефектной по фоторецептору синего света и УФ-А излучения – по структуре CRY1 [15]. Мутант проявляет
пониженную чувствительность к продолжительному облучению СС и
УФ-А при фотоморфогенезе проростков [14, 16]. Мутационная линия
hy3 получена на основе Ler [17]. Мутации в локусе HY3 обусловливают специфический дефект по фитохрому [18], вследствие чего, линия hy3 является дефектной только по структуре PHYВ. Она характеризуется ослабленным морфогенетическим ответом на красную часть
спектра [14, 16].
Растения выращивали с фотопериодом 16 часов до получения семян (раскрытия стручков) в двух различных световых условиях. Грунтом для выращивания служила смесь равных количеств чернозема, перегноя и торфа. В первом варианте (контроль) растения выращивали на
белом свету (БС) (базовое излучение) от люминесцентных ламп L 37
W/77 «Fluora» (Osram, Германия) с интенсивностью светового потока
126 Вт/м2. Во втором варианте (опыт) (БС+УФ) растения выращивали
на комбинированном свету, состоящем из базового излучения и УФ-А
света. Источником УФ-А излучения служила лампа TLD 36 W/08
«Black Light» (Philips, Нидерланды) (интенсивность 0,35 Вт/м2).
Испытания были проведены путем определения морфометрических и биохимических показателей растений. Все измерения проводили на 30 растениях в 3 повторностях. Статистическую обработку
результатов проводили с помощью программы «Excel» с доверительным интервалом 0,95.
Результаты исследований показали различные ответы Arabidopsis
thaliana (L.) Heynh. на УФ-А излучение в зависимости от используемой
линии. У растений Ler при выращивании в опыте (БС+УФ), наблюдали
ингибирование процессов роста и развития. Ингибирующее влияние
УФ-А излучения привело к изменению динамики развития растений
Ler и удлинению срока их вегетации до 55 суток (табл. 1). Это способствовало образованию у опытных растений Ler большего количества
бутонов, цветков и стручков, а также числа семян в стручке, что привело к увеличению их семенной продуктивности в 2 раза (табл. 2).
Удлинение сроков вегетации опытных растений Ler, по сравнению с контрольными, не связано с изменениями уровня фотосинтетических пигментов, содержание которых достоверно не изменялось на
протяжении всего вегетационного периода.
59
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таким образом, облучение Arabidopsis thaliana (L.) Heynh. Ler
комбинированным светом удлиняет срок онтогенеза растений за счет
ингибирования ростовых реакций УФ-А излучением. Это, в свою
очередь, приводит к усиленному росту и развитию репродуктивных
органов и увеличению семенной продуктивности растений в целом.
Таблица 1
Рост Arabidopsis thaliana (L.) Heynh. Ler и мутантов hy4 и hy3 в зависимости от условий освещения: I – БС, II – БС+УФ
Время от начала проращивания, сутки
Ler
hy4
hy3
I
II
I
II
I
II
2
3
2
3
3
4
7
9
7
9
9
11
14
20
15
19
15
19
17
23
17
20
16
20
20
30
21
29
22
29
23
31
23
30
24
34
35
50
30
54
31
54
Фенологические фазы
Появление всходов
Появление первого листа
Формирование стебля
Появление бутонов
Цветение
Формирование стручков
Раскрытие стручков
Таблица 2
Реальная семенная продуктивность Arabidopsis thaliana (L.) Heynh.
дикого типа Ler и мутантов hy4 и hy3 в зависимости
от условий освещения: I – БС, II – БС+УФ
Параметры
Ler
hy4
hy3
I
II
I
II
I
II
Количество семян в 29,70 ± 46,30 ± 27,60 ± 48,30 ± 12,90 ± 15,80 ±
стручке, шт
1,71
1,18
1,25
1,40
1,04
1,90
Реальная семенная 449,60 863,1 ± 310,30 822,3 ± 172,8 ± 157,4 ±
продуктивность
± 35,42 92,06 ± 91,80 173,77 15,07
39,48
(кол-во семян с одного растения), шт
При экспозиции комбинированным светом (БС+УФ) мутантов
hy4 значительно удлиняется период вегетации (до 59 суток), причем
удлиняется каждый этап онтогенеза (табл. 1). Это выразилось в удлинении сроков начала образования репродуктивных органов от 3-х до
7-ми суток (табл. 1). Несмотря на более поздний переход опытных
растений hy4 в репродуктивную фазу, отметили образование большего количества бутонов, цветков и стручков, чем на БС, а также боль-
60
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
шего числа семян в стручке, что привело к увеличению их семенной
продуктивности в 2,7 раза (табл. 2).
В отличие от растений Ler у мутанта hy4 ингибирование ростовых процессов УФ-А излучением сопряжено с накоплением фотосинтетических пигментов. Увеличение содержания хлорофиллов у опытных растений hy4 в отличие от контрольных, происходит за счет
усиленного синтеза в основном хлорофилла b (на 75%) и в меньшей
степени хлорофилла а (на 31%).
Таким образом, УФ-А излучение влияет на морфогенез растений
Arabidopsis thaliana (L.) Heynh. мутантной линии hy4, удлиняя этапы
онтогенеза за счет ингибирования роста растений и изменяя содержание фотосинтетических пигментов, что приводит к увеличению периода их вегетации и способствует повышению семенной продуктивности в 2,7 раза.
У опытных растений hy3, также как у Ler и hy4, значительно увеличивается период вегетации (до 59 суток) за счет удлинения этапов
онтогенеза (табл. 1). Это привело к существенным различиям в динамике развития растений. В опыте наблюдали ингибирование роста
гипокотиля и стебля. Однако достоверных изменений количества репродуктивных органов, семян в стручке и семенной продуктивности
обнаружено не было.
Изменения динамики ростовых реакций мутанта hy3 на комбинированном свету по сравнению с растениями, выращенными на БС,
связаны с увеличением уровня фотосинтетических пигментов: хлорофилла а – на 19%, хлорофилла b – на 34%, каротиноидов – на 64%.
Таким образом, УФ-А излучение влияет на морфогенез растений
Arabidopsis thaliana (L.) Heynh. мутантной линии hy3, ингибируя ростовые реакции растений и изменяя уровень содержания фотосинтетических пигментов, тем самым, удлиняя этапы онтогенеза. Это приводит к увеличению периода вегетации растений, но не влияет на их
семенную продуктивность в отличие от растений Ler и hy4.
Сопоставительный анализ полученных результатов показывает,
что световая адаптация растений к облучению их УФ-А светом совместно с ФАР проявляется в удлинении сроков вегетации, в усилении ростовых реакций, в ускоренном развитии репродуктивных органов, что приводит к увеличению семенной продуктивности растений
в целом. При низкой интенсивности УФ-А излучения (с интенсивностью светового потока не более 0,35 Вт/м2) основную роль в адаптационном процессе, ведущего к изменению морфогенеза растений,
61
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
выполняют не фотосинтетические пигменты, а фоторегуляторные
пигменты – криптохромы, в частности, cry1.
Литература
1. Stapleton A.E. Ultraviolet Radiation and Plants: Burning Questions // The
Plant Cell. 1992. V.4. P.1353-1358.Кефели В.И. Фотоморфогенез, фотосинтез и
рост как основа продуктивности растений. Пущино, 1991. 136 с.
2. Jackson J.A., Jenkins G.I. Extension-growth responses and expression of flavonoid biosynthesis genes in the Arabidopsis by4 mutant // Planta. – 1995. – V. 197. –
P. 233-239.
3. Franklin K.A. and Whitelam G.C. Light signals, phytochromes and cross-talk
with other environmental cues // Journal of Experimental Botany. – 2004. – V. 55. –
№ 395. – P. 271-276.
4. Kasahara M., Swartz T.E., Olney M.A. et al. Photochemical Properties of the
Flavin Mononucleotide-Binding Domains of the Phototropins from Arabidopsis, Rice,
and Chlamydomonas reinhardtii // Plant Physiology. – 2002. – V. 129. – P. 762-773.
5. Whitelam G.C. and Devlin P.F. Light signalling in Arabidopsis // Plant Physiol. Biochemistry. – 1998. – V. 36 – № l-2. – P. 125-133.
6. Дубров А.П. Действие ультрафиолетовой радиации на растения. – М.:
Изд. Академии наук СССР, 1963. – 115 с.
7. Тооминг Х.Г. Солнечная радиация и формирование урожая. – Л.: «Гидрометеоиздат», 1977. – 199 с.
8. Дубров А.П. Генетические и физиологические эффекты действия ультрафиолетовой радиации на высшие растения. – М.: Наука, 1968. – 257с.
9. Christie J.M. and Briggs W.R. Blue Light Sensing in Higher Plants // The
Journal of Biological Chemistry. – 2001. – V. 276. – № 15. – P. 11457-11460.
10. Данильченко О.А., Гродзинский Д.М., Власов В.Н. Значение ультрафиолетового излучения в жизнедеятельности растений // Физиология и биохимия культурных растений. – 2002. – Т. 34. – № 3. – С. 187-197.
11. Borevitz J.O., Maloof J.N., Lutes J. et al. Quantitative Trait Loci Controlling
Light and Hormone Response in Two Accessions of Arabidopsis thaliana // Genetics. – 2002. – V. 160. – P. 683-696.
12. Кефели В.И. Фотоморфогенез, фотосинтез и рост как основа продуктивности растений. – Пущино, 1991. – 136с.
13. Koornneef M., Rolffand E., Spruit C.J.P. Genetic control of light-inhibited
hypocotyl elongation in Arabidopsis thaliana // Pflanzenphysiol. 1980. V. 100. P.147160.
14. Seed and DNA catalog / Arabidopsis Biological Resource Center. Internet
Edition. 1997. V.12. 266 p. -http://aims.cps.msu.edu/aims
15. Ahmad M., Cashmore A.R. HY4 gene of A. thaliana encodes a protein with
characteristics of a blue-light photoreceptor // Nature. 1993. V.366. P.162-166.
16. http://Arabidopsis.info
17. Chasan R. Phytochrome: seeing red // The Plant Cell. 1991. V.3. P.12531254.
18. Somers D.E., Sharrock J.M. et al. The hy3 long hypocotyls mutant is deficient in phytochrome B // The Plant Cell. 1991. V.3. №12. P.1263-1274.
62
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Секция 2. Животный мир
уникальных природных экосистем
Некоторые особенности гуморального
и клеточного иммунитета лещей оз.
Чашницое и Рыбинского водохранилища
Заботкина Е.А., Лапирова Т.Б., Чуйко Г.М., Назарова Е.А.
Институт биологии внутренних вод им. И.Д.Папанина РАН,
пос. Борок Ярославской обл.,(48547)24111, e-mail: zabel@ibiw.yaroslavl.ru
Озеро Чашницкое располагается в южной части Ростовского района Ярославской обл., недалеко от водораздела бассейнов рек Клязьминской Нерли и Сары. Площадь его зеркала – 54 га, средняя глубина – 4.1 м. Особенностью озера является его полная изолированность
от ближайших рек. Водоснабжение идет за счет родников в его центральной части и стока с водосбора, половину которого составляют
заболоченные земли. В мало- и средневодные годы озеро является
практически бессточным, в годы высокой водности избыток воды
стекал через лог в сторону оз. Караш. (Озера Ярославской обл.…,
1970), но в настоящее время он полностью пересох и зарос. Воды озера слабо минерализованные и средне цветные с высокой степенью
прозрачности. Грунты, формирующие дно озера, неоднородны на
различных его участках. В восточной части широко распространены
песчанистые отложения, иногда с примесью гальки и валунов. У западного и южного берегов преобладают торфянистые илы, которые
местами перекрывают сапропель. В целом озеро может быть отнесено
к олиготрофному типу. В 1936 году в озере был интродуцирован лещ,
который в настоящее время сформировал локальную устойчивую популяцию, характерной особенностью которой является длительная
изоляция (более 70 лет) от других популяций леща Верхневолжского
региона.
Цель исследования – сравнить иммунофизиологический статус у
лещей из изолированной популяции оз. Чашницкого и открытой популяции Волжского плеса Рыбинского водохранилища .
Для исследования использовали по 20 неполовозрелых и половозрелых особей леща обоего пола в возрасте от 3 до 8 лет с длинной
63
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
тела от 14.5 до 34.5 см и массой от 54 до 705 г., отловленных неводом
в конце июня-начале июля. Исследовали общее содержание белка и
показатели гуморального иммунитета: уровень бактериостатической
активности (БАСК) и неспецифических иммунных комплексов (НИК)
сыворотки; а также клеточного иммунитета: состав лейкоцитов периферической крови и иммунокомпетентных органов, долю активированных нейтрофилов и индекс активности нейтрофилов крови.
Уровень БАСК оценивали нефелометрическим методом, рассчитывая прирост суточной культуры тест-бактерий в питательной среде,
содержащей сыворотку, по отношению к среде без сыворотки (контроль). Результаты выражали в % угнетения роста бактерий. Определение НИК проводили осаждением с полиэтиленгликолем по общепринятой методике. Полученные результаты выражали в условных
единицах (Методические указания…, 1999). Содержание общего белка определяли рефрактометрически.
Для исследования состава лейкоцитов периферической крови и
иммунокомпетентных органов приготавливали мазки крови и мазкиотпечатки головной и туловищной почек, селезенки и печени. Стекла
фиксировали в течение 15-20 мин. в этиловом спирте и окрашивали
краской Романовского-Гимза. Подсчитывали на каждом стекле по 200
клеток каждого органа. При определении типов лейкоцитов использовали классификацию Н.Т.Ивановой (1983).
Фагоцитарную активность нейтрофилов при спонтанном и активированном фагоцитозе оценивали по интенсивности образования
гранул диформазана в тесте с НСТ по методу Герасимова, Игнатова
(2001), модифицированному нами для рыб. По степени активности
образования гранул диформазана в цитоплазме клеток нейтрофилы
классифицировали на 4 группы: 0 – отсутствие гранул диформазана в
цитоплазме клетки; 1 – гранулы занимают менее 1/3 площади клетки;
2 –от 1/3 до 2/3; 3 – более 2/3. Рассчитывали долю активированных
нейтрофилов (ДАН, %) и индекс активации нейтрофилов по общепринятой формуле (ИАН, усл. ед.) (Герасимов, Игнатов, 2001).
ИАН= (0Н0 + 1Н1 + 2Н2 + 3Н3)/100,
где Н0, Н1, Н2 и Н3, – количество нейтрофилов с активностью 0, 1,
2 и 3 балла, соответственно.
Статистическую обработку данных проводили с использованием
программы Excel. Результаты представлены в виде средних значений
и стандартных ошибок (х±SE). Достоверность различий оценивали по
t-тесту Стьюдента при Р<0.05.
64
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Результаты исследований показали, что лещи оз. Чашницкого отличаются от лещей из Рыбинского водохранилища по ряду показателей.
Уровень БАСК у рыб из оз. Чашницкое был достаточно низким –
17±12%. Следует также отметить, что не все исследованные образцы
сыворотки обладали противомикробными свойствами. Доля таких
иммунодефицитных особей (ИД) составила 33% от общего числа обследованных рыб. Уровень БАСК лещей из Рыбинского водохранилища равнялся 61±15%, причем иммунодефицитных особей в обследуемой выборке не выявлено (Рис. 1).
Уровень НИК лещей в оз. Чашницком был несколько ниже, чем у
водохранилищных (15 и 25 усл. ед. соответственно). Однако различия
оказались статистически недостоверны (Рис. 1).Содержание общего
белка сыворотки крови в обеих группах рыб было очень близким –
2.59 и 2.66 мг% у лещей из озера и водохранилища, соответственно
(Рис. 2).
Показатели
неспецифического
гуморального иммунитета
3,0
80
2,8
60
2,6
40
2,4
20
2,2
0
2,0
БАСК, %
Оз. Чашницкое
Содержание общего
белка сыворотки крови,
мг%
ЦИК, усл. ед.
Водохранилище
Рис. 1
Оз. Чашницкое
Водохранилище
Рис. 2
Озерная популяция рыб имела более высокое относительное содержание тромбоцитов, лимфоцитов и метамиелоцитов в периферической крови. Доля зрелых форм нейтрофилов, наоборот, в их крови
была меньше. В иммунокомпетентных органах наблюдалась сходная
картина: относительное количество лимфоцитов было выше, а палочкоядерных и сегментоядерных нейтрофилов ниже у лещей из озера по
сравнению с рыбами из водохранилища (Табл. 1).
Таблица 1
65
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Соотношение лейкоцитов в периферической крови и иммунокомпетентных органах лещей из оз. Чашницкого и Рыбинского водохранилища
Типы лейкоцитов
Тромбоциты
Лимфоциты
Моноциты
Гемоцитобласты
Миелоциты
Метамиелоциты
Палочкоядерные нейтрофилы
Сегментоядерные
нейтрофилы
Эозинофилы
Лимфоциты
Макрофаги
Плазматические
клетки
Гемоцитобласты
Миелоциты
Метамиелоциты
Палочкоядерные нейтрофилы
Сегментоядерные
нейтрофилы
Эозинофилы
Лимфоциты
Макрофаги
Плазматические
клетки
Гемоцитобласты
Миелоциты
Метамиелоциты
Палочкоядерные нейтрофилы
Сегментоядерные
Рыбинское водохранилище
Периферическая кровь
79,52±3,30
74,03±3,65
73,15±11,12*
55,39±8,26
1,40±0,52
5,33±2,93
1,40±0,90
3,56±1,95
2,30±1,22
3,72±1,41
14,20±6,44
8,39±2,32
Оз. Чашницкое
6,35±2,15*
21,17±8,07
1,15±0,41
2,33±1,07
1,35±0,98
0,11±0,17
Головная почка
49,87±3,67*
38,00±4,78
2,60±0,92
2,39±0,68
2,10±0,42
2,67±0,48
10,25±2,70
11,14±1,44
10,30±2,10
8,17±1,26
7,22±2,31
13,00±3,22
9,15±1,98*
20,78±5,20
2,85±1,09
2,44±0,73
1,75±0,75*
5,33±1,04
Туловищная почка
48,35±4,65
38,70±3,60
2,72±0,68
4,62±1,13
1,93±0,48
2,73±0,70
10,86±2,33
10,00±1,30*
8,51±1,49
7,12±0,78
7,12±1,13
13,12±2,56
12,97±3,28
17,97±2,97
2,76±0,76
2,73±0,42
66
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
нейтрофилы
Эозинофилы
1,89±1,01*
5,90±0,60
Селезенка
Лимфоциты
Макрофаги
Плазматические
клетки
Гемоцитобласты
Миелоциты
Метамиелоциты
Палочкоядерные нейтрофилы
Сегментоядерные
нейтрофилы
Эозинофилы
75,78±4,85
7,37±2,48
71,22±3,18
10,04±2,34
1,43±0,40
1,74±0,51
3,85±1,61
2,28±1,27
4,60±1,98
1,96±0,87
1,20±0,67
4,16±1,58
3,53±1,10
7,65±3,05
0,85±0,57
2,02±0,61
0,31±0,34
0
Печень
Лимфоциты
Макрофаги
Плазматические
клетки
Гемоцитобласты
Миелоциты
Метамиелоциты
Палочкоядерные нейтрофилы
Сегментоядерные
нейтрофилы
Эозинофилы
70,75±5,15
12,75±3,35
66,38±9,20
15,91±4,28
0
0
1,7±1,38
0,4±0,48
5,9±1,24
0,17±0,26
0,44±0,30
4,99±2,22
6,75±3,25
10,17±4,43
1,3±0,6
1,83±0,85
0,45±0,36
0,11±0,17
Лещи из озера обладали более низкими значениями ДАН при спонтанном, но более высокими – при активированном фагоцитозе, тогда как
величины ИАН были более низкими в обоих случаях (Табл. 2).
Основываясь на полученных результатах, можно заключить, что
параметры гуморального звена неспецифического иммунитета у лещей из оз. Чашницкое значительно ниже, чем у рыб из Рыбинского
водохранилища. Относительно низкие значения БАСК и высокая доля
ИД особей, выявленных у озерных лещей, обычно характерны для
рыб, находящихся длительное время в неблагоприятных условиях.
Что касается содержания НИК, то различия вполне объяснимы и при
более длительном наблюдении могли быть статистически достоверными. Дело в том, что уровень циркулирующих НИК косвенно подтверждает объем ксенобиотической нагрузки на организм. Более низ67
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
кая величина этого показателя у леща из относительно антропогенно
незагрязненного по сравнению с водохранилищем озера является
вполне логичной.
Таблица 2
Доля активированных нейтрофилов (ДАН) и индекс активности
нейтрофилов (ИАН) периферической крови лещей
из разных водоемов
Водоем
Чашницкое
Рыбинское
вод-ще
ДАН, %
спонтанный индуцированный
25±4
46±12*
27±7
38±14
ИАН, усл.ед.
спонтанный индуцированный
0,33±0,07*
0,77±0,23
0,52±0,09
1,07±0,18
Соотношение различных типов лейкоцитов в крови и иммунокомпетентных органах также указывает, что лещи из озера обитают в
более чистых водах по сравнению с рыбой из водохранилища. Вместе
с тем, более низкие доли незрелых форм нейтрофилов в крови сказываются на показателях фагоцитарной активности (ДАН и ИАН), что, в
свою очередь, свидетельствует об угнетении защитных функций организма.
Причина различий в показателях у лещей из исследованных водоемов может скрываться в различиях гидрохимического режима,
степени зараженности паразитами, уровнях антропогенной нагрузки
на водоемы. Одной из причин может быть и длительная изоляция популяции лещей из озера, приводящая к постепенному выщеплению
рецессивных мутаций, ухудшающих иммунофизиологическое состояние рыб.
Литература
Озера Ярославской области и перспективы их хозяйственного использования. Ярославль: ЯГПУ, 1970.388 с.
Иванова Н.Т. 1983. Атлас клеток крови рыб. М.: "Легкая и пищевая промсть", 184 с.
Герасимов И.Г., Игнатов Д.Ю. 2001. Функциональная неравнозначность
нейтрофилов крови человека: генерация активных форм кислорода // Цитология.
Т.43, №1. С.432–436.
Методические указания по определению уровня естественной резистентности и оценке иммунного статуса рыб. М., Минсельхозпрод. 1999. 38 с.
68
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Метод определения стрессоустойчивости
пресноводных рыб по показателям ионного
обмена *
Запруднова Р.А.
Институт биологии внутренних вод РАН им. И.Д. Папанина,
152742 п. Борок Ярославской обл.,
e-mail: rimma@ibiw.yaroslavl.ru
Внутривидовая разнокачественность по устойчивости к стрессу у
животных (и рыб в том числе) относится к наиболее важной проблеме
в биологии. Значимость исследований по выявлению этой разнокачественности повышается в связи с ростом антропогенной нагрузки на
водоемы и возникновением в них напряженных стрессовых ситуаций.
Как правило, индивидуальная вариабельность различных показателей
у рыб в местах повышенного загрязнения сначала повышается, а затем снижается, вероятно, в связи с элиминацией стрессонеустойчивых особей. Из-за отсутствия фенотипической адаптации к ксенобиотикам выявление генотипически устойчивых рыб особенно важно в
тех случаях, когда применяемые методы борьбы с загрязнениями оказываются малоэффективными, либо вообще не действенными. Существует также настоятельная потребность в определении стрессоустойчивости рыб в рыбоводных хозяйствах, особенно это относится к
ценным производителям и особям, подвергаемым сильным стрессовым воздействиям типа транспортировки, зимовки в неблагоприятных условиях. Для корректной постановки опытов в научных лабораториях также необходимо предварительное разделение рыб по
стрессоустойчивости.
Для внутривидового разделения представителей высших наземных животных по стрессоустойчивости применяется метод "открытое поле", где различия определяются по характеру двигательной активности. В связи с тем, что в жизни рыб, как водных животных, роль
ионов особенно велика, настоящим исследованием предлагается метод для диагностики стрессоустойчивости на основании обмена ионами натрия и калия между организмом и водой у особей, содержащихся в небольшом обьеме воды сниженной минерализации. При
этом необходимо придерживаться следующих правил:
1) Использовать воду того же ионного состава, что в местах обитания рыб в открытых пресных водоемах. Но возможно применение
*
Работа выполнена при поддержке РФФИ (проект № 06-04-48282).
69
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
до соответствующего уровня разбавленной грунтовой (водопроводной) воды, как это было в наших исследованиях, когда концентрация
ионов натрия, калия, кальция и магния в водопроводной воде составляла, соответственно, 0.42-0.56, 0.04-0.1, 2.1-2.5 и 0.83-1 ммоль/л, что
примерно в 5 раз превышало таковую в воде водохранилища. Существенно облегчает процесс диагностики неустойчивых к стрессу рыб
относительная независимость величины первоначальных ионных потерь от минерализации и ионного состава воды. Однако у устойчивых
к стрессу минерализация воды влияет на характер ионного обмена.
Например в неразбавленной грунтовой воде у этих рыб усиливается
абсорбция натрия, величина которой связана обратной зависимостью
со стрессоустойчивостью. Ограниченный объем статьи не позволяет
подробно остановиться на этом вопросе.
2) Диагностика стрессоустойчивости рыб по показателям ионного обмена требует применения достаточно сильной нагрузки. В значительной степени эта проблема решается использованием небольших объемов воды для содержания рыбы, где главными стрессовыми
факторами являются ограничение подвижности и уменьшенное содержание кислорода. Для леща, плотвы и щуки применяли соотношение массы тела и воды 1:20. Подбор оптимального соотношения массы тела и воды должен проводиться с учетом влияния других
стрессовых факторов, чтобы не допустить их переизбытка (например,
в виде очень маленького объема воды или высокой температуры) и
компенсировать недостаток дополнительными нагрузками. Например,
для карася, рыбы пугливой, живущей в стоячих водоемах, очень
сильным стрессором служила высокой интенсивности принудительная аэрация воды. Кроме того, в опытах с карасем применяли неудобной формы аквариумы, из-за чего рыба постоянно находилась в полусогнутом состоянии. Дополнительный стрессовый фактор такого рода
позволил использовать большие объемы воды, т.е. соотношение между массой тела и воды – 1:50.
3) Диагностику стрессоустойчивости рыб по показателям ионного
обмена можно проводить в любых температурных условиях на протяжении всего диапазона толерантности, но предпочтительнее использовать область 10-20◦C, которая находится в пределах естественного колебания температур в течение полугода в естественной среде обитания
(в период навигации), и круглый год может поддерживаться в лабораторных условиях без использования терморегулирующих устройств. За
границами этого диапазона в более низких температурах процесс исследования растягивается на длительный период, а высокие (предле70
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
тальные) температуры значительно ограничивают диагностические
возможности метода из-за переизбытка стрессовой нагрузки, наиболее
выраженной зимой. В верхних предлетальных температурах устойчивые к стрессу особи реагируют по типу неустойчивых. Кроме того, необходимо учитывать различия в скорости ионных потоков, имеющие
место в пределах температурного диапазона 10-20◦C. Так скорость ионных процессов и, следовательно, время диагностики в 10 и 20◦C различаются не менее, чем в 1.5 раза.
4) Одним из важнейших принципов, который должен соблюдаться при диагностике состояния рыб по показателям ионного обмена
является сравнение между собой близких по возрасту особей, а на
ранних этапах онтогенеза (особенно у сеголеток) к тому же и близких
по массе тела. Потери ионов в воду уменьшаются по мере старения
рыб. Скорость диффузии у сеголеток превышает таковую у взрослых
особей в десятки раз. Однако на поздних стадиях онтогенеза возрастные различия в ионном обмене существенно уменьшаются, это позволяет сравнивать по стрессоустойчивости особей, отличающихся на
2-3 года.
5) На наш взгляд, определение стрессоустойчивости по ионному
обмену можно осуществлять в любое время года. Однако в период
размножения (когда рыба находится в состоянии естественного напряжения) в качестве основного диагностического показателя должны служить потери ионов калия, т.к. непродолжительный период
времени активный транспорт ионов натрия из воды может быть выражен сильнее у особей с меньшей устойчивостью к стрессу, чем у
более устойчивых.
Основная часть опытов проводилась на половозрелых особях леща Abramis brama Рыбинского водохранилища, а также двухлетках
искусственно разводимого карася серебряного Carassius auratus. Реже
исследовались плотва Rutilus rutilus и щука Esox lucius Рыбинского
водохранилища. Перед опытом рыбы акклимировались от 2 нед до 3
мес к лабораторным условиям в отстоянной грунтовой (водопроводной) воде при соотношении массы тела и воды 1:150-300. Рыб не
кормили. В работе пользовались такими показателями как суммарная
потеря (поглощение) – измеряемая по количеству потерянного или
поглощенного иона единицей массы тела за период наблюдения – называемая еще чистым потоком (“netflux”) и концентрация ионного
баланса (или установившееся в процессе исследования равновесие
потерь и поглощения ионов), которая означает минимальную концентрацию иона в среде, при которой организм может поддерживать
71
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
свою жизнеспособность. В ряде случаев вычисляли скорость потери
ионов. Концентрацию ионов натрия и калия в пробах определяли на
приборе Flapho-4 в воздушно-пропановом пламени, кальция и магния – на AAS-1 – в воздушно-ацетиленовом. Обмен ионов между организмом и водой во всех опытах изучали до момента гибели, продолжительность жизни служила контрольным показателем
стрессоустойчивости рыб. По мере снижения стрессоустойчивости
снижалась продолжительность жизни и увеличивался ионный дисбаланс. В ответ на помещение рыб в ограниченный объем воды невысокой минерализации первоначально наблюдали усиление диффузии
ионов в воду. По величине этих потерь и по характеру ионного обмена между организмом и водой, устанавливающемуся в ходе опыта, и
осуществляли разделение рыб по стрессоустойчивости. Для окончательной диагностики предлагаемым методом требуется от нескольких
часов до 2-3 суток.
На основании выполненных исследований рекомендуется следующая схема изучения рыб на стрессоустойчивость при температуре
16-19◦C в лабораторных условиях. В начале рабочего дня каждая рыба
помещается в небольшой объем воды с принудительной аэрацией с
минерализацией близкой или равной воде в природном водоеме. Соотношение массы тела и воды для взрослых рыб различных видов
1:20-1:50. В этих условиях у неустойчивых к стрессу особей выявляются непрерывные потери ионов натрия в воду: например, у леща
скорость потери ионов в течение первых суток колебалась в пределах
0.37-0.58 ммоль/кг.ч. Через 8-12 ч (в конце рабочего дня) количество
потерянных ионов натрия составляло 2.8-4.2 ммоль/кг, а через 1.5
сут – 3.9-5.6 ммоль/кг. Концентрация ионного баланса у неустойчивых рыб к концу первых суток исследования приближалась к 0.3-0.4
ммоль/л. У устойчивых к стрессу рыб на протяжении 7-9 ч (т.е. рабочего дня) и в дальнейшем концентрация натрия в окружающей их воде поддерживается неизменной, либо возможны редкие кратковременные небольшие потери этих ионов, вскоре сменяющиеся
усилением их абсорбции. Концентрация ионного баланса по натрию у
стрессоустойчивых рыб оставалась на уровне содержания этого иона
в открытых пресных водоемах: в основном она колебалась в пределах
0.15-0.2 ммоль/л. У рыб с высокой стрессоустойчивостью этот показатель мог быть ниже в 3-10 раз (0.02-0.1 ммоль/л) за счет усиления
абсорбции ионов натрия из воды.
Величина диффузии ионов калия служит дополнительным индикатором состояния рыб. Однако в первые сутки исследования точ72
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ность диагностики по показателям калиевого обмена в указанных
температурных условиях несколько уступает таковой по натрию, т.к.
границы диапазонов потерь этих ионов у рыб с различной стрессоустойчивостью располагаются достаточно близко. Так у неустойчивых к стрессу особей скорость потери калия в первые 8-12 ч исследования изменялась в пределах 0.06-0.11 ммоль/кг.ч, а у устойчивых −
0.012-0.045 ммоль/кг.ч. У неустойчивых потери калия были практически непрерывными, однако через 1-2 сутки иногда можно было наблюдать непродолжительную стабилизацию в ионном обмене на
уровне ионов в воде 0.25 ммоль/л. Примечательно, что показатели калиевого обмена по диагностической ценности с течением времени начинают значительно превосходить показатели натриевого обмена и
уже на 2-3 сутки содержания рыб в ограниченном объеме воды могут
служить количественной характеристикой степени стрессоустойчивости каждой особи в связи с большой индивидуальной вариабельностью величины потерь ионов калия среди стрессоустойчивых рыб. У
высокоустойчивых к стрессу рыб (или мало чувствительных) длительный период времени наблюдали низкие потери ионов калия в воду. Кроме того, возможны фазы равновесия абсорбции и диффузии и
даже преобладание абсорбции ионов калия из воды над потерями: например, у леща за одни сутки регистрировали поглощение от 0.25 до
0.4 ммол/кг веса тела. Концентрация ионного баланса по калию у высокоустойчивых к стрессу рыб составляяла 0.02-0.03 ммоль/л. Этот
0.05показатель у среднеустойчивых находился в диапазоне
0.1ммоль/л. В описанных условиях через 1.5 суток с начала опыта по
величине потерь ионов калия можно получить представление об индивидуальной устойчивости 70-80% из всех устойчивых к стрессу
рыб: величина потерь ионов колеблется в диапазоне 0.1-1.4 ммоль/кг.
Через 2-2.5 суток может быть продиагностировано уже 90% особей
(диапазон потерь ионов калия у тех же особей увеличивается примерно в 1.3 раза за счет усиления диффузии наименее устойчивыми особями среди среднеустойчивых и составляет 0.1-1.8 ммоль/кг). С целью наиболее точной оценки состояния отдельных особей
исследование может быть продолжено до 3-3.5 суток, когда диапазон
потерь ионов увеличивается до 0.2-2.2 ммоль/кг. Хотя определяющая
роль в диагностике индивидуальной стрессоустойчивости принадлежит калиевому обмену, однако натриевый обмен служит дополнительным индикатором состояния рыб. Показателем неблагополучия
является не только усиление потерь натрия, но увеличение абсорбции
73
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
этих ионов, сопровождающееся особенно сильными потерями калия,
указывает на близкую гибель рыб.
Рыбы, исследуемые сразу после отлова из естественной среды
обитания, более чувствительны к стрессовым воздействиям, поэтому
в небольшом объеме воды даже у устойчивых к стрессу будут наблюдаться потери ионов натрия в воду. Однако через 1-3 ч они сменяются
преобладанием абсорбции этих ионов и в дальнейшем (через 4-7 ч)
устанавливается равновесие диффузии и активного транспорта ионов
натрия (концентрация ионного баланса) на более низком уровне, чем
в природной среде. Потери калия у рыб питающихся (к которым относятся отловленные из водоема) особенно малы в начале опыта.
Дальнейшие этапы исследования рыб на стрессоустойчивость в экспедиционных условиях аналогичны описанным выше для лабораторных животных. В случае необходимости количество взятых на анализ
проб воды можно сократить до 1-2 в сутки.
Таким образом, на основании выполненных исследований рекомендуется проводить выделение стрессоустойчивых рыб по способности нормализовать натриевый обмен на уровне концентрации этого
иона в природной воде (и ниже) и по меньшим потерям натрия и калия в начале опыта, а дальнейшее определение индивидуальной устойчивости среди устойчивых к стрессу осуществлять по характеру
калиевого обмена. Показателем высокой стрессоустойчивости являются не только малые потери калия, низкий уровень концентрации
ионного баланса, но и преобладание определенный период времени
абсорбции этих ионов над диффузией. Абсолютные значения ионных
параметров могут зависеть от температуры, ионного состава, солености воды, ее объема, возраста рыб и пр. Получить представление о
возможном диапазоне колебаний показателей ионного обмена конкретного объекта в конкретных условиях можно непосредственно в
процессе диагностики, однако всегда лучше заранее подобрать оптимальную нагрузку для эффективного разделения рыб по стрессоустойчивости. В дальнейшем, можно ограничиться исследованием
малого количества проб воды, например, 1-2 в сутки.
В связи с проблемой внутривидовых различий в стрессоустойчивости всегда будет потребность в простых и эффективных прижизненных способах ее определения. Исследования распространенным
методом “открытое поле“ при визуальном наблюдении сопровождаются немалыми физическими и временными затратами, либо нуждаются в сложной (нередко громоздкой) аппаратуре, не применимой в
экспедиционных условиях. Однако наличие пламенного фотометра в
74
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
лаборатории решает проблему исследования ионного обмена рыб в
экспедициях, т.к. концентрация натрия и калия в пробах воды сохраняется неизменной практически неограниченное время и не зависит
от температуры. Кроме того, проведенное нами одновременное изучение ионного обмена и поведения рыб в небольшом объеме воды
обнаружило у неустойчивых к стрессу рыб (т.е. обладающих большими потерями ионов) как повышенную, так и пониженную двигательную активность. Все сказанное позволяет считать метод диагностики по ионному обмену приоритетным в отношении водных
животных
Дыхательные функции пресноводных рыб
в период размножения *
Запруднова Р.А., Камшилов И.М.
Институт биологии внутренних вод РАН им. И.Д. Папанина,
152742 п. Борок Ярославской обл., e-mail: rimma@ibiw.yaroslavl.ru
В настоящей работе изучали закономерности динамики функциональных свойств гемоглобина (сродство к кислороду, эффект Бора) и ионного окружения (концентрация ионов натрия, калия, кальция
и магния в эритроцитах) у пресноводных рыб Рыбинского водохранилища в течение годового цикла, при этом особое внимание уделялось
периоду естественного напряжения − нересту. Исследовали половозрелых особей леща Abramis brama, плотвы Rutilus rutilus, окуня Perca
fluviatilis, налима Lota lota и щуки Esox lucius. Леща изучали на протяжении всего года, а плотву, окуня, щуку и налима в течение 2-3 сезонов года.
Минимальное сродство гемоглобина к кислороду выявили летом.
В холодное время года этот показатель при рН 6.6 буферного раствора увеличивался в 1.6 – 1.9 раз, но при рН 7.2 различий практически
не было. Перед нерестом сродство близко к осенним значениям. После нереста этот показатель в сравнении с осенними значениями
уменьшался при рН 6.6 почти в 1.3 раза, но увеличивался в 1.9 раз
при рН 7.2. (Рис. 1А). Самая низкая в течение годового цикла величина эффекта Бора обнаружена весной перед нерестом и летом. В осенне-зимний период этот показатель повышался более чем в 1.5 раза, а
сразу после нереста непродолжительно увеличивался почти в 2 раза
(Рис. 1Б).
*
Работа выполнена при поддержке РФФИ (проект 06-04-48282).
75
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
А
величина P50
мм рт.ст.
80
рН 7.2
70
рН 6.6
60
50
40
30
20
10
0
осень
перед
нерестом
после
нереста
лето
осень
перед
нерестом
величина эффекта Бора
после
нереста
лето
Б
1,2
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
осень
перед нерестом
после нереста
лето
Рис.1 Сезонные изменения сродства гемоглобина к кислороду по величине
Р50 (А) и эффекта Бора (Б) у леща.
Перед нерестом обнаружены максимальная концентрация натрия
в эритроцитах (в 1.4-1.6 раза больше среднегодового уровня) и магния
(в 1.7 раза выше среднегодового и в 2.2 – летнего уровня у весеннеенерестящихся рыб) и минимальная – кальция (в 2-3 раза меньше
среднегодового уровня) (Рис. 2). Концентрация калия в это время
близка к верхней границе среднегодовых колебаний.
После нереста уровень кальция и калия в эритроцитах практически не менялся, а содержание магния снижалось в 1.1 раза, при этом
оставаясь выше, чем в другие периоды года. Сразу после нереста (на
стадии зрелости половых продуктов VI-II) зарегистрировано кратковременное, но большое по величине (до 2-х раз) снижение содержания натрия в красных кровяных клетках. Концентрация магния в
эритроцитах у весенне-нерестящихся рыб летом 1.4-1.8 раз меньше,
чем в осенне-зимний период, а натрия выше почти в 2 раза у мирных
рыб и в 1.3-1.6 – у хищных. У налима, напротив, летние значения
76
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
концентрации натрия в эритроцитах ниже осенне-зимних примерно в
1.4 раза. Концентрация калия у весенне-нерестящихся рыб летом отличалась от осенней и зимней не более чем в 1.1 раза, а у налима этот
показатель летом выше почти в 1.6 раза.
100
90
80
ммоль/л
70
60
натрий
50
калий
40
кальций
30
магний
20
10
0
осень-зима
перед нерестом
после нереста
лето
Рис.2. Сезонные изменения концентрации ионов в эритроцитах у леща
Относительно высокое сродство гемоглобина к кислороду в период размножения, по-видимому, определяется высокой концентрацией ионов магния в красных кровяных клетках – конкурента отрицательного модулятора АТФ. Вероятно, сродство могло быть еще выше,
однако в это время усиливалось действие факторов, сдвигающих диссоционную кривую вправо. Между содержанием кислорода в крови и
концентрацией ионов калия в эритроцитах у рыб существует обратная
зависимость. Поэтому увеличение газообмена (см. ниже) и достаточно высокая концентрация калия в эритроцитах могут указывать на
напряженность дыхательных процессов в крови в период размножения. Значительное снижение содержания кальция в красных кровяных
клетках во время размножения, вероятно, в первую очередь, диктовалось необходимостью стабилизации цитоскелета. Различия в функциональных свойствах гемоглобина в летний и осенне-зимний периоды, по-видимому, также в значительной степени определялись
сезонными изменениями концентрации магния в эритроцитах.
В настоящей работе выявлена отрицательная корреляция между
содержанием натрия в эритроцитах и эффектом Бора. Перед нерестом
максимальная из наблюдаемых в сезоне концентрация натрия в красных кровяных клетках соответствует минимальной величине эффекта
Бора. В летний период эти показатели близки к преднерестовым.
77
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Двукратное уменьшение концентрации натрия в красных кровяных
клетках в осенне-зимний период сопровождалось более чем полуторакратным увеличением эффекта Бора. Кратковременный период сразу после нереста эффект Бора и концентрация натрия в эритроцитах
противоположно изменялись почти в 2 раза. Обратная зависимость
между содержанием натрия в эритроцитах и эффектом Бора основана
на важнейшем механизме регуляции кислотно-щелочного равновесия
микроокружения гемоглобина путем Na+/H+ обмена через мембрану
красных кровяных клеток. Максимально высокое содержание натрия
в эритроцитах рыб перед нерестом свидетельствует об интенсивном
обмене этих ионов, направленном на снижение кислотности среды
внутри эритроцитов и, напротив, кратковременное снижение этого
показателя сразу после нереста указывает на закисление внутриклеточной среды. Вероятно, уровень концентрации натрия в эритроцитах
в течение года определяется активностью рыб и, в первую очередь,
содержанием катехоламинов в крови. У весенне-нерестящихся рыб
концентрация натрия в красных кровяных клетках минимальна зимой,
у налима, наоборот, летом. Повышенная концентрация калия в эритроцитах налима в теплое время года указывает на напряженность дыхательных процессов и увеличение доли дезоксигемоглобина у холодолюбивого вида рыб.
Сведения о годовой динамике содержания в крови эритроцитов,
гемоглобина, а также интенсивности дыхания у различных видов рыб
не однозначны. Если в более поздних работах содержится информация об увеличении перед нерестом количества эритроцитов, гемоглобина и скорости газообмена и снижении этих показателей сразу после
нереста (Беляев и др., 1983; Svobodova et al, 1997), то в более ранних
исследованиях встречаются результаты противоположного характера
(Строганов, 1962).
Ранее показано (Запруднова, 2001), что концентрация ионов натрия, калия, кальция во внутренней среде перед нерестом изменялась
в сторону повышения ионных концентрационных градиентов на клеточной мембране, а после нереста, напротив, − снижения. Выявлены
также усиление активного транспорта ионов натрия из воды и калия
из внеклеточной среды в клеточную в преднерестовый период и
обратного рода изменения – после нереста. Сопоставление результатов исследования сезонных изменений ионных параметров у рыб с
таковыми при экспериментальном стрессе позволяет заключить, что
ионная регуляция перед нерестом и во время икрометания сходна с
таковой в условиях действия несильных непродолжительных стрес78
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
соров, а после нереста − соответствуют тому, что наблюдали на стадии истощения общего адаптационного синдрома при хроническом
стрессе. Реакция организма на несильные непродолжительные стрессоры (т.е. на физиологические раздражители) и представляет собой
физиологический стресс (Аршавский, 1982). При физиологическом
стрессе происходит увеличение интенсивности анаболических процессов и повышение неспецифической резистентности организма.
При экспериментальном патологическом стрессе и после нереста −
ситуация противоположная.
Из различных литературных источников известно об усилении
функциональной активности различных систем у рыб перед нерестом
и ослаблении − после. Так перед нерестом и во время икрометания
увеличиваются уровни различных гормонов (в том числе и тех, которые регулируют минеральный обмен), в нейрогипофизе накапливалось много нейросекреторного вещества, наблюдалась гиперфункция
интерреналовой железы и выделение в кровь больших количеств кортикостероидов, увеличивалось содержание катехоламинов в сердечной мышце и плазме крови, в крови повышалась концентрация пролактина, а также усиливалась активность щитовидной железы,
урофиза, ацетилхолинэстеразы мозга, иммунной системы, кроме того,
возрастала общая активность ферментов цикла Крепса, повышались
теплоустойчивость мышц и всего организма в целом. И, наоборот, в
посленерестовый период в нейрогипофизе наблюдалось резкое
уменьшение нейросекреторного вещества, происходило истощение
интерреналовой ткани, подавление активности щитовидной железы,
уменьшалась чувствительность к введенным гормонам, сразу же после нереста начинала снижаться активность ацетилхолинэстеразы
мозга и падала ниже среднегодового уровня активность иммунной
системы, кроме того уменьшались теплоустойчивость мышц и всего
организма.
Таким образом, на усиление активности дыхательной системы
перед нерестом (и во время икрометания) указывает описанная выше
динамика концентрации катионов в эритроцитах, увеличение количества эритроцитов, гемоглобина, и интенсивности метаболизма. Однако усиление газообмена, завышенная концентрация калия в красных
кровяных клетках перед нерестом может свидетельствовать о некоторой напряженности в организме, не характерной для экспериментального физиологического стресса. Уменьшение количества эритроцитов, гемоглобина и интенсивности метаболизма у рыб после нереста
указывает на снижение активности дыхательной системы. Однако на
79
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
основании большой концентрации магния в красных кровяных клетках и относительно высоком сродстве гемоглобина к кислороду после
нереста можно говорить об участии молекулярных механизмов дыхательной системы в адаптации к экстремальным факторам в сложный
период общего ослабления организма. Ранее установлено (Запруднова, Камшилов, 2007), что при экспериментальном стрессе ионное окружение гемоглобина практически не изменяется до момента гибели
рыб и при этом сохраняется относительно высокое сродство к кислороду.
Таким образом, результаты исследований дыхательных функций
и литературные данные о физиолого-биохимических изменениях в
организме рыб после нереста указывают на то, что животные в данный период становятся наиболее уязвимы к различного рода неблагоприятным воздействиям, включая антропогенные. Так случаи массовой гибели рыб в Рыбинском водохранилище сразу после нереста
можно объяснить значительным снижением резистентности животных в это время года к повреждающим воздействиям той же силы, к
которой они были устойчивы в другие периоды. Однако, как следует
из выше проведенного анализа, крайне нежелательно совмещение с
нерестом (и преднерестовым периодом) дополнительной нагрузки на
рыб, что также приводит к дистрессу или патологическому стрессу. В
Рыбинском водохранилище нередки случаи гибели рыб непосредственно в период нереста. Вероятно, животные начинали размножение
в условиях неблагополучной экологической обстановки водоема
и/или рыбы были уже ослаблены ранее действовавшими неблагоприятными факторами.
Литература
1. Аршавский И.А. 1982. Физиологические механизмы и закономерности
индивидуального развития. М: Наука. 270с.
2. Беляев В.И., Николаев В.М., Шульман Г.Е., Юнева Т.В. 1983.Тканевый
обмен у рыб. Киев: Наукова думка. 142с.
3. Запруднова Р.А. 2001. Стресс у пресноводных рыб: вопросы ионной регуляции // Современные проблемы биологии, химии, экологии и экологического
образования. Ярославль: из-во Яр.ГУ. С.248-251.
4. Запруднова Р.А., Камшилов И.М. 2007. Изменение дыхательных функций эритроцитов пресноводных рыб при стрессе // Проблемы иммунологии, патологии и охраны здоровья рыб и других гидробионтов-2. Мат-лы науч.-практ.
межд. конф. Борок- М. С. 28-33.
5. Строганов Н.С. 1962. Экологическая физиология рыб. Т.I. М.:МГУ. 444с.
6. Svobodova L., Kolarova J. et al. 1997. Haematological investigations in Silurus glanis L. females during pre- and post-spawning period: [Pap] Int. Conf: "Fish Re-
80
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
prod. 96", Ceske Budejovice, 9-12 Sept. 1996 // Pol. arch. hydrobiol. V.44, № 1-2. P.
67-81.
Особенности эмбриогенеза млекопитающих
с различными типами локомоции
Комарова И.П.
Ярославский госуниверситет им. П.Г. Демидова
e-mail komarova@bio.uniyar.ac.ru
Показаны особенности эмбриогенеза шейного отдела позвоночного столба у животных с различным типом движения, опоры и питания. Различия в строении возникают на ранних стадиях развития и
определяются по морфологии тел позвонков, связочных структур,
мышц и «суставов головы».
Изучен эмбриогенез шейного отдела позвоночного столба у млекопитающих с разными типами движения (копытные, насекомоядные,
хищные), разложенные на полные серии гистологических срезов и
окрашенные гематоксилин-эозином( всего изучено 86 серий сагиттальных и поперечных срезов). Шейный отдел млекопитающих представляет собой гибкий, одноплечный рычаг. При движении он опирается на пояс грудных конечностей. Передний конец, дающий
наибольший размах движения сочленяется со скелетом головы, который, и служит причиной разнообразия конструкции шейного рычага в
смысле его длины и подвижности.
Представляет определенный интерес вопрос о зависимости развития и строения шейного отдела позвоночника у различных животных от типа опоры, передвижения, от условий обитания, вариантов
добывания пищи. Так длина шеи у копытных (эмбрионы коровы, свиньи) должна соответствовать длине передних конечностей для питания, должна быть пропорциональна величине и тяжести головы.
Крупная голова «укорачивает» шею, уменьшает подвижность, делает
ее более сильной. У копытных уже на ранних этапах развития позвонки более мощные, широкие, реберно-поперечные отростки и
шестой позвонок имеют дополнительные выросты, к которым крепятся многочисленные мышечные пучки. Совместная работа этих мышц
и меж- и надостистых мышц позволяет использовать шею для разгибательных и сгибательных движений при рытье земли, щипании травы. Подобные движение осуществляются при участии хорошо развитых крыловидных, поперечной и продольной связок атланта.
Одновременно они препятствуют чрезмерному смещению зубовидно81
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
го отростка атланта. Для укрепления «суставов головы» формируются
широкие суставные поверхности, утолщается гиалиновый слой на
них. Возникают синовиальные выросты капсулы, увеличивающие
конгруэнтность и способствующие свободному движению головы.
Несколько иначе развиваются позвонки и суставы эмбрионы крота. Он движется в верхнем, плотном горизонте почвы, роет ее передними мощными конечностями и выбрасывает головой землю вверх.
Вследствие большого «напряжения» в головной и шейной части образуются сразу две системы «упрочения» шейного отдела. Первая – тела позвонков и межпозвоночные диски, вторая – дугоотростчатые
суставы, которые более дорсально располагаются на дуге, и более
вертикально. Кроме того, развитие зубовидного отростка достигает
максимума среди изученных отрядов, он закладывается очень рано,
дополнительно, рано закладываются крупные остистые отростки с
мощными межостистыми мышцами. Поперечная связка атланта –
широкая, плотная, она дополняется широкими крыловыми, связкой
верхушки зуба, дополнительными связками между вентральным бугром атланта и зубом. Все эти системы надежно предохраняют позвоночный столб от смещения. Кроме того, особенное развитие приобретают межпозвоночные диски, они имеют очень широкое фиброзное
кольцо, выходящее за пределы тел позвонков и плотное широкое
пульпозное ядро, с большим количеством колагеновых тяжей по периферии, высокой гидратацией, обеспечивающие хорошую амортизацию.
У хищных (зародыши кошки) также имеются особенные черты в
развитии шейного отдела позвоночника. Это связано с особенностью
движения (пальцехождение, лазание по деревьям, прыжки), питания
(удержание добычи передними лапами, разрывание ее). Надежность
строения и функционирования данного отдела обеспечивается рядом
изменений: удлиняются тела позвонков, зубовидный отросток, расширяются дуги атланта, появляются концентрические тяжи в фиброзном кольце, связочный аппарат также уплотняется за счет повышения
количества волокон в их составе, удлиняется. В «суставах головы»
рано происходит дифференцировка суставных капсул на фиброзный и
синовиальный слои, образуются ворсины, что служит более эффективному устранению инконгруэнтности суставов при сложных движениях [8].
Наряду с индивидуальными и видовыми особенностями в развитии позвоночника, есть и общие закономерности. Так первыми, как
филогенетически более древние, появляются вентральная и дорсаль82
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ная продольные связки, затем связки «суставов головы», а последними возникают и оформляются выйная, межостистая, желтые связки.
Такая последовательность определяется филогенетическими отношениями и, возможно, функциональными потребностями структурных
компонентов. Вентральная и дорсальная продольные связки уже на
ранних этапах эмбриогенеза стабилизируют позвоночный столб.
Связки «головы» предохраняют чрезмерное движение головы и зуба
кзади, способное повредить спинной и головной мозг. Остальные
связки формируются в большей степени в зависимости от потребностей движения, охоты, опоры. Схожие закономерности выявляются и
в строении тел позвонков, отростках. Более мощный и широкий костяк формируется у тех животных и в тех направлениях, где максимальны силы давления, напряжения, опоры. Следовательно, главными определяющими признаками шейного отдела можно назвать
особенности строения, свойственные млекопитающим (семь позвонков, наличие дуги атланта и особое строение второго позвонка, развитый связочный аппарат), затем могут развиваться и нарастать признаки отряда и в особенности индивидуальные, задаваемые локомоцией,
типом опоры и охоты.
В научной литературе часто обсуждается влияние хорды на развитие тканевых элементов, составляющих окружение этой первой
опорной структуры позвоночного столба [1,2,3].
Хорда на ранних стадиях развития является главной опорной
системой будущего зародыша. Она проходит в толще основной части
затылочной кости и далее по средней части тел позвонков. Ширина
канала хорды одинакова на любом уровне и не имеет расширений и
сжатий. Клетки хорды в канале располагаются равномерно, не концентрируясь в межпозвоночных дисках. Хорду окружают одинаковые
по форме и размерам мезенхимные клетки. Позднее выявляется увеличение канала хорды на уровне межпозвоночных дисков, сужение в
теле позвонка. Клетки хорды концентрируются на уровне межпозвонковых дисков, исчезая из тел позвонков. Из клеток хорды начинают
образовываться структуры пульпозного ядра. Ряд авторов [4,5] предполагают, что в этот момент возможна хондрогенная стимуляция мезенхимных клеток хордой и вентральной частью нервной трубки. Это
вполне согласуется с нашими данными, так как все клетки тел позвонков, расположенные вблизи канала хорды меняются. Они увеличиваются в размерах, теряют отростки. По данным Lash [5] стимуляция может происходить через межклеточное вещество, с помощью
протеогликанов, коллагена, других высокомолекулярных веществ.
83
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В дальнейшем канал хорды все более сужается в телах позвонков
и расширяется на уровне межпозвоночных дисков. Формирующиеся
хондроциты сдавливают его за счет деления клеток и образования
клеточных двориков, а также изменяют и межклеточное вещество,
которое также становится более плотным, чем таковое в мезенхиме.
При этом роль коллагена оспаривается, считают, что он более
стимулирует остеогенные процессы, а не хондрогенные. Кроме того,
коллагену отводится роль субстрата на котором закрепляются и ориентируются вновь образующиеся клетки [5,6]. Ellison, Lash [7] полагают, что наличие хорды и нервной трубки не является обязательным
условием охрящевения клеток, хондрогенные потенции присущи осевой мезодерме с самых ранних сроков, а хорда и нервная трубка лишь
способствуют появлению этих потенций.
Хорда и нервная трубка в ряде случаев все-таки оказывают формообразующее влияние на такие структуры как пульпозное ядро и
фиброзное кольцо, а также дуги позвонков, стимулируя разные размерные и плотностные образования у представителей разных отрядов.
Так у насекомоядных (крот) и копытных (корова, свинья) пульпозное
ядро крупнее, более плотно заполнено клетками хорды, имеющими
горизонтальное расположение. Фиброзное кольцо более широкое,
выдается за границы позвонков, образуя специфические переплетенные зоны. У хищных хорда довольно долго прослеживается в середине тел позвонков, а не исчезает на ранних этапах развития, как у выше
названных представителей, образует небольшие пульпозные ядра.
Фиброзные кольца также мощные, плотные, выходят за границы охватываемых позвонков.
Сложно обнаруживаемые систематические или видовые различия
в строении и развитии тканевых элементов у эмбрионов разных животных, объясняются тем, что на ранних стадиях дифференцировки
более значимы будущие экологические или биомеханические характеристики конкретных животных.
Литература
1. Ефимов М.И. Роль органов чувств, центральной нервной системы и хорды в развитии осевого скелета позвоночных животных// Учен. Записки биол.почв. Ф-та Киргизского ун-та,зоология.1955.-вып. 5, с. 3-25. .
2. Holtzer H. Control of Chondrogenesis in the embrio// Biofiys.J. 1955.v.4.pt.2.-P. 239-250.
3. Globus M. Differentiation on vitro of innervated Tail regenerated in larval
Ambistoma// Embr.Exptl/ Mophol. –1975.-vol.33, pt.4.- P. 803-812.
84
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
4. Mayne R., Schilts J. Same overt and covert properties of chondrogenec cell//
Biol. Of Fibroblast .- London, New Iork, 1973.- P. 61-78.
5. Lash J. Chondrogenesis genotypic //J.Ceel. Physiol.-1975.-vol.72,N 2.- P. 3546.
Hall B. Histogenesis and morfogenesis of bone // Clinic. Orthop.- 1971.-N71.P.249-268.
6. Лебедев Д.А., Туманишвили Г.Д. Коллагеновые структуры – одна из информационных систем организма // Успехи современной биологии.-1999.- Т. 88,
вып. 1 с. 36 – 49.
7. Ellison M., Lash J. Chondrogenesis in chic embrio somites in vitro// J. Embriol.Exptl. Morfol.- 1971.-vol.21, N2.- P. 331-340.
8. Ноздрачев А.Д. Анатомия кошки.- Л.: Наука, 1973,-С.1-248.
Пиявки Рыбинского водохранилища:
видовой состав и экотоксикологические
характеристики
Лапкина Л.Н.
Институт биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина РАН,
Борок, lapkina@ ibiw. yaroslavl.ru
По данным Е.И. Лукина на Земле обитает около 400 видов пиявок, в пресноводных водоемах бывшего СССР – около 60 (Лукин,
1976). В Рыбинском водохранилище нами обнаружено и идентифицировано 17 видов пиявок, включая вселенцев, представителей бореальной и южной зоны, одни из которых прекрасно адаптировались, другие редки и находки их носят скорее случайный характер (Лапкина,
Вербицкий, 2006). В целом в этом обширном водоеме присутствуют
пиявки 4 семейств из 2-х отрядов: Rhynchobdellea – хоботные (сем.
плоские и рыбьи) и Arhynchobdellea – бесхоботные (сем. челюстные и
глоточные). Современный состав фауны пиявок водохранилища
(табл.) обогатился по сравнению с сороковыми годами (3 вида) и шестидесятыми прошлого века (7 видов) и превысил исходную фауну
этих червей до зарегулирования Волги (12 видов). Это результат естественного развития экосистемы, благодаря которому в водохранилище с годами обосновались ранее известные для Верхней Волги виды
пиявок и появились новые, значащиеся, согласно Е.И. Лукину (1976),
в группе палеарктических эндемиков с ограниченным распространением. Это – Caspiobdella fadejewi (Epstein, 1961), типичный представитель каспийской фауны; Acipenserobdella volgensis (Zykoff,1903),
вид, близкий по эколого-географическим характеристикам р.
Caspiobdella; 2 вида южного происхождения: Hirudo medicinalis (L.),
85
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Erpobdella (Dina) lineata) (O.F. Muller,1774); 2 бореальных вида – Protoclepsis maculosa (Rathke,1862) и Boreobdella verrucata (F.Muller,
1844) (Лапкина, Свирский, 2003; Лапкина, Вербицкий, 2006).
Представители пиявок встречаются в разных биотопах водохранилища: в обвалованной зоне периодического осушения, защищенного
прибрежья с обилием макрофитов, открытого мелководья, глубоководной зоне, в устьях впадающих рек. Каждому биотопу соответствует
определенный состав пиявок с 1-2 доминирующими видами, численность которых особенно велика в зарослях макрофитов и в зимовальных ямах на рыбе в глубоководной зоне водохранилища (табл).
Большинство видов сосет кровь и соки тела беспозвоночных и позвоночных животных, меньшая хищничает, заглатывая добычу. Среди
пиявок о. хоботные паразитических форм больше, чем в о. бесхоботные. Плоские пиявки представлены в водоеме наиболее широко – 7-8
видов (1- Protoclepsis maculosa заносится изредка птицами). Среди 3
видов рыбьих пиявок имеются эктопаразиты с узким и широким таксономическим кругом рыб-хозяев: Asipenserobdella volgensis (хозяева –
осетровые), Piscicola geometra (30 видов рыб, из разных семейств),
Caspiobdella fadejewi (карповые рыбы, около 10 видов). Hemiclepsis
marginata наряду с рыбами кормится на земноводных; Protoclepsis tessulata и Protoclepsis maculosa сосут только птиц; пиявки Glossiphonia
complanata, G. concolor, Boreobdella verrucata – брюхоногих моллюсков и личинок некоторых насекомых, а 2 другие представительницы
этого же семейства Glossiphonia heteroclita и Helobdella stagnalis – олигохет, личинок насекомых, некоторых членистоногих, а также брюхоногих моллюсков, преимущественно легочных.
Отряд бесхоботных пиявок в водохранилище ограничен 6 видами.
Hirudo medicinalis – единственный паразитический вид из представителей этого отряда и единственная из сосущих пиявок, использующая для
питания кровь животных многих систематических групп (земноводных,
рыб, млекопитающих, птиц). Хищные пиявки сем. глоточные (Erpobdellidae), а также челюстная Haemopis sanguisuga – эврифаги и пищевые
конкуренты рыб бентофагов: типичных и факультативных, с хирономидо-олигохетным питанием и моллюскоедов.
Таблица
Виды пиявок, обнаруженные в разных биотопах Рыбинского водохранилища и частота их встречаемости
Семейство, вид
Биотопы*:
86
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Glossiphoniidae – плоские
Protoclepsis tessulata (O.F.Muller,1774)
Protoclepsis maculosa (Rathke, 1862)
Hemiclepsis marginata (O.F. Muller,1774)
Boreobdella verrucata ( F.Muller,1846)
Glossiphonia (G.) complanata (L., 1758)
G. (G.) concolor (Apathy,1888)
G.(Alboglossiphonia) heteroclita (L., 1761),
var.: hyalina, papillosa, striata
Helobdella stagnalis (L, 1758)
Piscicolidae (=Ichthyobdellidae) – рыбьи
Caspiobdella fadejewi (Epstein, 1961)
Acipenserobdella volgensis (Zykoff, 1903)
Piscicola geometra (L.1758)
Hirudinidae – челюстные
Hirudo medicinalis L.,1758
Haemopis sanguisuga (L., 1758)
Erpobdellidae (=Herpobdellidae)-глоточные
Erpobdella (Erpobdella) octoculata (L.,1758)
E.(E.) testasea (Savigny, 1822)
E.(E.) nigricollis (Brandes, 1900)
E. (Dina) lineata (O.F. Muller,1774)
1
2
3
4
+
+
+
++
+
+
++
+
++
+
++
++
+
+
+
+
++
+
+++ +++
+++
+
+++
+
+
++
+
++
+++ +
+
+++
+
+
++
+
++
*1- прибрежье; 2-обвалованная и 3 – глубоководная зоны; 4- устья рек
Знания о некоторых видах пиявок ограничены систематическим и
морфолгическим описаниями; не известными оставались их биолого –
экологические особенности. Эти пробелы, касающихся, в частности,
рыбьих пиявок, до некоторой степени восполнены (Лапкина, 1986;
Лапкина, 2002). Опубликованы данные по устойчивости представителей 4 семейств пиявок к ряду загрязняющих веществ – фенолу, фосорорганическим и хлорорганическим пестицидам (ФОП и ХОП), детергентам, тяжелым металлам (Лапкина, Флеров, 1979; Лапкина 1983;
Лапкина, Архипова, 2003; Лапкина, Чуйко, 2007).
Интегральный ответ организма на химическое загрязнение обусловлен специфической реакцией органов-мишеней на определенную
группу токсических веществ и общей неспецифической реакцией. У
разных видов пиявок обе эти составляющие и их вклад, вносимый в устойчивость организма различны (Лапкина, Чуйко, 2007). В каждом семействе имеются виды более других резистентные ко всем исследован87
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ным веществам. Всем им свойственна высокая экологическая пластичность в сравнении с другими представителями своих семейств. Это:
Hemiclepsis marginata и Glossiphonia complanata (плоские), Piscicola
geometra (рыбьи), Haemopis sanguisuga (челюстные), Erpobdella octoculata и E. (Dina) lineata (глоточные) – они отличаются хорошо развитыми
механизмами адаптации и высокой общей неспецифической устойчивостью (Лапкина, Архипова, 2000).
Наличие в воде загрязняющих веществ обычно приводит к ряду
отклонений от стационарного состояния в сообществе пиявок, затрагивая популяции как менее, так и более устойчивых видов. Ответы их
могут быть разнонаправленными и сводиться к одной – двум или
всем стадиям процесса интоксикации: «безразличия, стимулирования,
угнетения и гибели» (терминология основоположника водной токсикологии Н.С. Строганова, 1973). Хлорофос, обладает наиболее выраженным избирательным действием из исследованных нами фосфорорганических пестицидов: ДДВФ, параоксон, фоздрин, фоксим
(Лапкина, Чуйко 2007). Четкие межвидовые различия в устойчивости
пиявок к нему (более чем в 2000 раз) обнаруживаются в остром 48 час
опыте по среднелетальным параметрам (LC50 48 час) между наименее
(Caspiobdella fadejewi) и наиболее (Hemiclepsis marginata) устойчивыми видами. Различия сглаживаются в сублетальном (но токсичном)
диапазоне при недельном воздействии пестицида (пороговые патогенные концентрации разняться не более чем в 20 раз). Результаты
еще менее зависят от видовой принадлежности червей в стимулирующем диапазоне. В нем различия между эффективными концентрациями для наиболее и наименее чувствительных видов составляют
не более порядка (Лапкина, 1992).
Рассмотрим пример фазного ответа пиявок на загрязнение, когда
стимуляция или угнетение их функций определяются концентрацией
раствора, видом пиявок, стадией их онтогенеза. Caspiobdella fadejewi
чувствительнее Piscicola geometra к хлорофосу. На его слабое хроническое воздействие (0.001 мг/л), к которому черви P. geometra безразличны, популяция C. fadejewi реагирует увеличением плодовитости
(стимуляция). Количество отложенных коконов в опыте 1331, значительно превышало контрольные цифры -779. Концентрация большей
силы (0.01 мг/л) начинает стимулировать регенеративный рост пиявок – P. geometra (отложено 448 коконов в опыте и 281 – в контроле) и
угнетать его у C. fadejewi (продуктивность ее в данном растворе снизилась до 139 коконов). Коконы по сравнению с червями во много раз устойчивее к хлорофосу (Лапкина, 1983) и на возросшее токсическое
88
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
воздействие отвечают стимуляцией процессов развития эмбрионов,
более синхронным и высоким процентом выхода молоди C. fadejewi из
них. Прессинг пестицида, угнетающий, но не убивающий родительское
поколение C. fadejewi (0.01 мг/л), губительно сказывается на выклюнувшейся молоди, лишенной защитной оболочки кокона (Лапкина,
Томилина, Флеров, 1991). Подобный фазный (разнокачественный) характер реагирования на растворы хлорофоса демонстрирует и пиявка
P. geometra, а также виды из семейства плоские (Hemiclepsis marginata)
и глоточные (Erpobdella octoculata и E. testasea) (Лапкина, 1992). Последние 3 вида подтвердили данную закономерность в процессе накопления в телах пиявок соединений ртути, а также ПХБ (Лапкина, Комов, Чуйко – не опубликованные данные).
В природе эффект стимулирования плодовитости может приводить к смене видов-доминантов и к экстремальным реакциям – взрыву численности паразитов. Известны многочисленные факты, когда в
загрязненной зоне ранее неопасное паразитоносительство перерастало в патологию, угрожающую жизни хозяина. В экологически неблагополучных зонах водохранилища могут нарушаться паразитохозяинные отношения, что отмечено под Череповцом, а также ниже
промышленных центров в других волжских водохранилищах, где пиявка Acipenserobdella volgensis – специфичный паразит осетровых,
обнаруживается на леще (Лапкина, Жарикова, Свирский, 2002). Замечено, что эктопаразитические пиявки присутствуют на хозяине тем
чаще, чем дальше от мест локального загрязнения вылавливается рыба. Показатели инвазии леща пиявкой C. fadejewi положительно коррелируют с удаленностью мест его обитания от следа «череповецкой
струи». Они максимальны в Моложском плесе и минимальны в
Шекснинском, ниже г. Череповца. Соответственно: экстенсивность –
46 и 17, интенсивность – 5.2 и 1.3 , индекс обилия 2.4 и 0.22 (Свирский, Лапкина, Степанова, 2003).
Благополучный исход для пиявок при их контакте с загрязняющим
веществом во многом зависит от их способности к обратимости интоксикации. Она различна у разных видов, максимальна (к ФОП) у пиявок
сем. плоские (филогенетически более древние черви) и минимальна у
рыбьих пиявок (оксифилы). Обратимость интоксикации может реализоваться подчас лишь благодаря реакции избегания пиявками локальных мест загрязнения. Способность загрязненной воды вызывать раздражение – важный признак ее биологической активности, который
часто предшествует токсическому действию соединений 3-4 класса
химической опасности (галоиды, кислоты, тяжелые металлы, спирты,
89
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
альдегиды, фенолы, красители). Пороги раздражающего действия оказываемого ими на пиявку Hirudo medicinalis на 1-2 порядка ниже их
среднелетальных концентраций (LC50 48 час) для нее (Лапкина, Чуйко,
2007). Виды о. бесхоботные, благодаря высокой чувствительности и
подвижности, могут покидать зоны загрязнения. В отличие от них,
представители о. хоботные – плоские: Hemiclepsis marginata, Glossiphonia complanata и Helobdella stagnalis реагируют на раздражающее
действие растворов меди только в диапазоне летальных концентраций
(Лапкина, 1983). Кроме того, из-за не способности к плаванию их защитные реакции на химическое раздражение сводятся к медленному
ползанию или «шаганию» по субстрату, а также к подворачиванию головных сегментов под брюшко (плоские пиявки) или к сжатию всего
тела (рыбьи). Все пиявки, представители 4 семейств, не способны избегать ФОП и ХОП – наиболее биоцидных веществ, относимых к 1 и 2
классу опасности. Эти пестициды практически лишены раздражающих
свойств в сублетальных для пиявок концентрациях и не воспринимаются ими негативно (Лапкина, Чуйко, 2007).
Литература
Лапкина Л.Н., Флеров Б.А. Исследование острого отравления пиявок некоторыми токсическими веществами// Физиология и паразитология пресноводных
животных. Л. Наука .1979. С. 50-59.
Лапкина Л.Н. Пиявки Рыбинского водохранилища и их устойчивость к токсическим веществам. Автореферат к.б.н. Москва. 1983. 23 с.
Лапкина Л.Н. Биолого-эколгические особенности рыбьих пиявок Caspiobdella fadejewi (Epstein) и Piscicola geometra L. // Биология и экология водных организмов. Л.: Наука. 1986. С.195-207.
Лапкина Л.Н., Томилина И.И., Флеров Б.А. Хроническое действе хлорофоса на пиявок Caspiobdella fadejewi в разные периоды их онтогенеза// Бюлл. БВВ.
1991 .№ 90. С. 28-33.
Лапкина Л.Н. Сопоставление параметров летального и сублетального действия хлорофоса на пиявок// Бюлл.ИБВВ. 1992, N 94. С. 67-73.
Лапкина Л.Н., Архипова Н.Р. Сравнительная устойчивость аннелид к пестицидам// Экология. 2000 .№ 5. С. 367-371.
Лапкина Л.Н. Заметки о биолого-экологических особенностях эктопаразита
осетровых рыб – пиявке Acipenserobdella volgensis Zykoff, 1903 // Паразитологические исследования в Сибири и на Дальнем востоке. Матер. I межрегион. научн. конф. посвящ. памяти професс. А.А. Мозгового. Новосибирск 8-10 октября
2002. Новосибирск: Изд. Комп. Лада, 2002. С. 110-113.
Лапкина Л.Н., Жарикова Т.И., Свирский А.М. Зараженность рыб пиявками
(сем. Piscicolidae) в волжских водохранилищах. Паразитология. 2002, 36, 2. С.
132-139.
90
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Лапкина Л.Н., Свирский А.М. Пиявки Caspiobdella fadejewi (Epstein, 1961) и
Acipenserobdella volgensis (Zykoff, 1903) – вселенцы в водохранилища Верхней и
Средней Волги // Инвазии чужеродных видов в голарктике. Рыбинск: Дом печати, 2003. С. 140-146.
Лапкина Л.Н., Вербицкий В.Б. Пиявки – вселенцы в водоемах Верхней
Волги//Экологические проблемы уникальных природных и антропогенных
ландшафтов. Матер. всеросс. научно-практ. конфер. Ярославль, 2006. С.71-77.
Лапкина Л.Н., Чуйко Г.М. Физиолого-биохимические реакции пиявок на
действие фосфорорганических пестицидов// Физиология и токсикология пресноводных животных. Рыбинск. 2007. С. 140-147.
Лукин Е.И. Фауна СССР. Пиявки // Л.: Наука. 1976 . 484 с.
Строганов Н.С. Теоретические аспекты действия пестицидов на водные организмы//Экспериментальная водная токсикология. Рига. Зинатне1973. № 5. С.
10-36.
Постнатальное становление обонятельных
луковиц белой крысы
Невзорова М.Н., Тятенкова Н.Н., Филимонов В.И.
Ярославский государственный университет им. П.Г. Демидова
Ярославская государственная медицинская академия
Постнатальное развитие обонятельных луковиц у белой крысы
наиболее интенсивно проходит в течение первого месяца, к 3 месяцам
основные процессы морфологической дифференцировки заканчиваются и луковицы принимают дефинитивное строение.
Исследование становления отдельных органов и систем являются
важными для понимания формирования всего организма в целом и
выяснения критических периодов его развития. Формирование обонятельного анализатора играет важную роль в жизни макросматиков, к
которым относится и крыса. От него зависит выживание животных в
естественной среде [1]. В литературе имеются сведения относительно
развития обонятельных луковиц некоторых млекопитающих [2-4]. Но
все они касались в основном эмбрионального периода, не затрагивая
процессов развития обонятельного анализатора после рождения. Сведения о постнатальном развитии обонятельных луковиц разрозненны
и немногочисленны [5-7].
Исследование проведено на обонятельных луковицах белых крыс
в возрасте от рождения до 180 суток (всего 44 наблюдения). Материал
фиксировали в 4% формалине и заливали в парафин согласно общепринятой методике с последующим изготовлением гистологических
срезов, которые окрашивали по методу Ниссля.
91
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
У новорожденной белой крысы обонятельные луковицы – это
парные образования, расположенные над аборальным отделом носовой полости, прилегая к ее дорсальной стенке. На поперечном сечении они имеют овальную форму (вытянуты дорсовентрально) с точечной полостью в середине. Спереди к ним подходят пучки
обонятельного нерва (fila olfactoria), проходящего по дорсальной стороне носовой капсулы с двух сторон от носовой перегородки, постепенно переходя в слой волокон и оплетая обонятельную луковицу со
всех сторон.
Результаты исследования показали, что площадь поперечного сечения обонятельных луковиц после рождения менялась неравнозначно
и в постнатальном онтогенезе можно выделить несколько периодов.
Первый период – интенсивный рост – наблюдается в течение первого
месяца жизни. За это время площадь поперечного сечения луковицы
увеличилась в 3 раза. Второй период – стационарный – характеризуется стабильными морфометрическими показателями и отмечен с 30-х по
90-е сутки. Третий период – регрессионный – наступает после 90-х суток и в течение этого времени площадь поперечного сечения луковицы
несколько уменьшается (рис. 1). Возможно, это явление связано с ростом лицевого черепа, вытягиванием обонятельных луковиц и перераспределением клеточного материала.
Обонятельные луковицы белой крысы имеют сложную концентрическую организацию, которая хорошо различима на их поперечном срезе. Уже к моменту рождения на срезе ясно выражены основные клеточные слои: волокон, клубочков, митральных клеток, клетокзерен. Аборальные участки луковиц теряют правильность очертаний
и внутреннюю структуру.
Слой клубочков новорожденных животных тонок и представлен
в большей степени клеточными элементами с небольшими, единичными, расположенными в один ряд клубочками. Наружный плексиморфный слой также имеет малую толщину, структура его не развита.
Слой митральных клеток представлен довольно многочисленными
митральными клетками, расположенными в несколько рядов (от двух
до четырех). Внутренний плексиморфный слой не выражен, местами
не дифференцируется. Слой клеток-зерен, представленный многочисленными плотно расположенными клетками, не имеет ярко выраженной структуры.
92
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Площадь поперечного сечения обонятельных луковиц белой крысы
6
площадь, мм2
5
4
3
2
1
0
1
30
60
90
180
возраст, сутки
Рис. 1.
Результаты морфометрического исследования представлены в
табл. 1. Соотношение слоев в обонятельных луковицах новорожденных животных выглядит следующим образом: СКЗ > СК > СМК >
НПС > ВПС. В соответствии с неравномерными темпами роста слоев
соотношение их толщины с возрастом изменяется. Уже у 3-суточных
животных его можно представить как СКЗ > СК > НПС > СМК >
ВПС. В 14 суток соотношение толщины слоев приобретает следующий вид: СКЗ> НПС > СК > ВПС> СМК и сохраняется в неизменном
виде до конца исследованного периода (6 месяцев).
В процессе развития обонятельных луковиц параллельно с увеличением площади их поперечного сечения большинство слоев имеет
тенденцию к увеличению толщины до определенного возраста. Исключение составляет слой митральных клеток, толщина которого с
возрастом уменьшается. Раньше всех – к 10-м суткам – заканчивает
рост внутренний плексиморфный слой, толщина его увеличивается на
44%. Рост слоя клеток-зерен заканчивается к 3-м неделям, а суммарное увеличение толщины при этом составил 2,9 раза. Толщина слоя
клубочков увеличивается до 2 месяцев в 2,9 раза. В процессе дальнейшего развития толщина этих слоев уменьшается (СКЗ, ВПС) или
сохраняет свои значения (СК). Толщина наружного плексиморфного
слоя достигает максимальных значений к 3-м месяцам, увеличиваясь
93
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
с момента рождения в 4,4 раза. Суммарное увеличение слоев в первые
полгода жизни животных составило для наружного плексиморфного
слоя 4,4 раза, слоя клубочков –2,6 раза, слоя клеток-зерен – 2,2 раза,
внутреннего плексиморфного слоя –1,3 раза. Слой митральных клеток
уменьшился на 41%. Максимальными темпами роста слоев обонятельных луковиц характеризуются первые три недели жизни крыс
(рис. 2). Исключение составляет слой клубочков, наиболее интенсивно растущий в период с 21-х по 60-е сутки.
Таблица 1
Толщина клеточных слоев обонятельных луковиц белой крысы
возраст, СК, мкм
НПС, мкм
СМК, мкм
сутки
1
50,59 ±2,59
36,92 ±2,42
43,50 ±2,60
3
66,34 ±3,10
46,18 ±1,73
45,45 ±1,82
5
80,41 ±4,93
52,11 ±2,69
44,06 ±2,06
7
84,20 ±4,40
62,69 ±2,24
41,64 ±1,79
10
89,08 ±5,98
83,76 ±5,52
41,42 ±2,30
14
89,79 ±4,14
128,48 ±6,13 42,84 ±1,52
21
120,84 ±8,46 142,39 ±7,89 39,23 ±1,95
30
126,92 ±8,97 151,90 ±8,52 34,96 ±1,63
60
144,68 ±12,01 152,94 ±10,53 29,76 ±1,82
90
139,91 ±11,70 162,77 ±11,17 28,04 ±1,32
180 131,28 ±11,71 164,05 ±13,14 25,57 ±1,41
СК – слой клубочков
НПС - наружный плексиморфный слой
СМК - слой митральных клеток
ВПС -внутренний плексиморфный слой
СКЗ – слой клеток-зерен
ВПС, мкм
СКЗ, мкм
30,53 ±1,30
26,39 ±1,14
31,30 ±1,15
36,37 ±0,99
44,04 ±1,84
43,32 ±1,98
37,60 ±2,02
35,68 ±1,37
34,19 ±1,74
35,42 ±1,62
40,64 ±1,80
122,77 ±7,37
128,64 ±8,32
176,64 ±11,59
214,03 ±9,98
249,84 ±15,09
328,18 ±20,08
356,51 ±31,16
352,19 ±34,70
314,39 ±33,06
301,29 ±35,93
270,19 ±17,61
С возрастом структура обонятельных луковиц усложняется. У
двухнедельных животных слой клубочков заметно увеличивается,
клубочки располагаются плотно, иногда группами по 3-4, в дорсальном секторе – в 1, а в других секторах – в 1-2 ряда. Наружный плексиморфный слой резко утолщается и приобретает характерную для
него сетчатую структуру. Митральные клетки располагаются преимущественно в один ряд. Структурируются внутренний плексиморфный слой и слой клеток-зерен.
94
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Измение толщины слоев обонятельной луковицы белой крысы
100
НПС
СМК
ВПС
СЗК
СК
80
% изменений
60
40
20
0
-20
3
5
7
10
14
21
30
60
90
180
-40
-60
-80
возраст. сутки
Рис. 2.
В слое клубочков обонятельных луковиц новорожденных животных большую по площади часть занимает межклубочковая клеточная
составляющая, небольшие единичные овальной формы клубочки расположены в один ряд. В этом возрасте клубочки еще не имеют четко
выраженной капсулы. Средняя площадь сечения клубочка у новорожденных животных составляет 1091,45 ± 54,20 мкм2. Плотность расположения клубочков у новорожденных животных – 20,89 ± 1,06 клубочков на мм протяженности слоя.
С возрастом слой клубочков заметно утолщается, а структура его
усложняется. Клубочки располагаются плотно, иногда группами по 34 штуки. В дорсальном секторе обонятельных луковиц они выстроены в 1, а в других секторах – в 1-2 ряда и приобретают хорошо различимую клеточную капсулу.
По мере развития обонятельных луковиц параллельно с увеличением площади их поперечного сечения и толщины слоя клубочков
увеличивается также площадь клубочков. Площадь сечения последних достигает максимума – 3900,61 ± 211,98 мкм2 – у трехнедельных
животных, увеличиваясь с момента рождения до указанного срока в
3,6 раза. Плотность расположения в течение месяца остается без изменений. Площадь клубочка интенсивнее всего увеличивается в период от 2 недель до 1 месяца. С месячного возраста начинается
уменьшение площади сечения клубочка и составляют соответственно
2242,72 ± 151,15 мкм2. Таким образом, данные показатели уменьша95
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ются по отношению к их максимальным значениям соответственно на
42 %. Плотность расположения клубочков начинает увеличиваться у
двухмесячных животных и достигает максимума у полугодовалых
крыс, увеличиваясь в 2,03 раза. Самые быстрые темпы роста плотности клубочков наблюдались с 1 до 3 месяцев.
Митральные клетки являются наиболее крупными и удобными
для исследования нейронами обонятельных луковиц. Кроме того, являясь вторыми нейронами обонятельного анализатора, они относятся
к наиболее функционально значимым составляющим этих объектов.
У новорожденных животных митральные клетки распределяются в
одноименном слое в 2 (дорсальный сектор) – 4 ряда (вентральный
сектор обонятельных луковиц). Они расположены плотно, в промежутках между нейронами лежат клетки глии. В этом возрасте клетки
имеют сильно вытянутую веретенообразную или треугольную форму,
большое ядро округлой или овальной формы и, как правило, 2-5 ядрышек.
У новорожденных животных площадь митральной клетки равна
107,59±5,61 мкм2, площадь ее ядра – 50,04±3,75 мкм2. Ядерно-цитоплазматическое отношение составляет 0,87±0,23. Плотность расположения
митральных клеток и их количество на срезе в этом возрасте максимально
и составляет соответственно 259,26 ± 12,38 клеток на мм слоя и 795,63 ±
37,98 клеток.
У месячных животных расположение митральных клеток становится
реже. Они распределяются в одноименном слое преимущественно в один
ряд. Митральные нейроциты увеличиваются в размерах, приобретая форму
треугольника, овала или многогранника. В цитоплазме клеток видна хорошо развитая тигроидная субстанция. Крупное ядро чаще содержит от 1 до
2-3 ядрышек. Площадь сечения митральной клетки в течение первого месяца жизни увеличивается в 2 раза – до 209, 96 ± 11,50 мкм2. Аналогично
изменяется и площадь ядра этих нейронов. В первый месяц она увеличивается в 2 раза, составив у 30-суточных животных 100,22 ± 5,68 мкм2, достигнув в 30 суток 0,74 ±0,02. Максимальное увеличение размера клеток
происходит в первую и четвертую недели жизни животных. Затем площадь
перикариона и площадь ядра митральной клетки вновь уменьшаются на 25
% и 31% соответственно, составив у полугодовалых животных 156,88 ±
9,54 мкм2 и 69,48 ± 3,95 мкм2.
В первое полугодие жизни крыс уменьшается плотность расположения нейроцитов в митральном слое и общее количество митральных клеток
на срезе обонятельной луковицы. Так у новорожденных количество митральных нейронов на срезе составляет 795,63 ± 37,98, а у шестимесячных
животных – 363,67 ± 12,13. Таким образом, уменьшение популяции митральных клеток за этот срок составило 54%. Максимальное уменьшение
96
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
плотности митральных клеток в обонятельных луковицах крыс происходит
с рождения до 3 недель.
Таким образом, исследование постнатального развития обонятельных
луковиц показало, что у новорожденных они представляет незрелое морфологическое образование, однако наличие клубочков свидетельствует о
возможности тестирования одорантов уже в первые дни жизни. Становление обонятельных луковиц наиболее интенсивно проходит в течение первого месяца жизни, а морфологическая зрелость наступает к 3-м месяцам.
Литература
1. Бахтин Е.К., Субботин М.Я. Орган обоняния. – Новосибирск, 1983. – 232
с.
2. Тятенкова Н.Н. Пренатальный морфогенез структурных компонентов
носовой полости млекопитающих: Автореферат дисс. доктора биол. наук. – Москва, 1998. – 37 с.
3. Bailey M.S., A.C. Puche, M.T. Shipley. Development of the olfactory bulb:
evidence for glia-neuron interactions in glomerular formation J.Comp. Neurol., 1999. V.415. N4. P. 423-448.
4. Valverde F. Building an olfactory glomerulus J.Comp. Neurol., 1999.- V.425
N 4. P.419-422
5. Винников Я.А. Цитологические и молекулярные основы обонятельной
рецепции. Эволюция органов чувств. – Л.: Наука, 1971. – С. 151-178.
7. Пилипенко В.И. Развитие структурной организации обонятельного анализатора в онтогенезе // Бюлл. эксп. биол. и мед. – 1968. – Т. 66. № 10. –С. 105 –
108
8. Brunjes D.C. Unilateral closing of nostril and development of olfactory system
// Brain Res., 1994.- №19. – P. 146-160.
Сезонная динамика локомоторной активности
двупарноногих многоножек (Diplopoda) в
лесах западной сибири
Нефедьев П.С.1, Нефедьева Ю.С.2
1
Томский государственный педагогический университет, 634041, г. Томск,
пр. Комсомольский, 45, тел.: +7(3822)434175, e-mail: p.nefediev@mail.ru
2
Томский государственный университет, 634050, г. Томск, пр. Ленина, 36,
тел.: +7(3822)529463, e-mail: j.nefedieva@mail.ru
Исследование локомоторной активности двупарноногих многоножек выполнено на территории Томского района Томской области в
течение вегетационного сезона 2001 г. в междуречье Оби и Томи на
пяти ключевых участках: 1) кедровник мелкотравный (около с. Зоркальцево); 2) осинник орляковый (около пос. Кисловка); 3) кедрово97
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
березово-осиновый лес (около пос. Девятово); 4) березняк крапивный
(около с. Тимирязевское); 5) экотон березняка крапивного и сосняка
осочкового (около с. Тимирязевское).
Для учета численности многоножек активно перемещающихся по
поверхности почвы применяли почвенные ловушки Барбера (Barber,
1931). В качестве ловушек использовали пластиковые стаканы объемом 200 мл, заполненные на 1/4 тосолом (этиленгликолем). Почвенные ловушки экспонировались в линию в количестве 10 штук на каждом ключевом участке с интервалом 1-1,5 метра друг от друга. Срок
экспозиции составлял в среднем от 10 до 15 дней, что зависело от погодных условий. За время исследований всего отработано 5690 ловушко-суток (далее лов.-сут.).
Основным фактором, регулирующим ритмы локомоторной активности диплопод в подстилке, является температура (Головач,
1980). В связи с этим исследования локомоторной активности имели
сезонный характер.
Как показали наши исследования, локомоторная активность диплопод лесов Томского Приобья имеет существенные различия на видовом уровне и характеризуется определенной динамикой в течение
вегетационного сезона. Наибольшая динамическая плотность диплопод в течение вегетационного сезона отмечена в осиннике (около 320
экз./100 лов.-сут.). Во всех остальных биотопах она значительно ниже, чем в осиннике: в кедровнике – в 9 раз (37 экз./100 лов.-сут.), в
березняке – в 12 раз (27 экз./100 лов.-сут.), в кедрово-березовоосиновом лесу – в 15 раз (21 экз./100 лов.-сут.), в экотон березняка
крапивного и сосняка осочкового – в 23 раза (14 экз./100 лов.-сут.).
Среди двупарноногих многоножек района исследований наибольшую локомоторную активность проявляют типичные обитатели
подстилки – нитеносцы (Chordeumatida), которые наряду с многосвязами (Polydesmida) характеризуются уплощенной спиной и довольно
длинными ногами.
Из представителей Chordeumatida в осиннике орляковом максимальной локомоторной активностью обладает Ghilarovia cylindrica
(Stuxberg, 1876) (до 183 экз./100 лов.-сут.), высокой – Altajosoma
deplanatum (Stuxberg, 1876) (до 88 экз./100 лов.-сут.), средней – A.
bakurovi bakurovi (Shear, 1990) (до 29 экз./100 лов.-сут.). Среди всех
нитеносцев осинника A. deplanatum присутствует в уловах все лето,
два других – только начиная с августа (Рис. 1).
98
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Динамическая плотность, экз./100 лов.-сут.
200
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
30.V.
10.VI.
26.VI.
8.VII.
Ghilarovia cylindrica
Altajosoma b. bakurovi
Sibiriulus profugus
26.VII.
6.VIII.
26.VIII.
18.IX.
Altajosoma deplanatum
Schizoturanius clavatipes
Рис. 1. Локомоторная активность диплопод в осиннике
В кедровнике – A. deplanatum активнее (4-27 экз./100 лов.-сут.),
чем G. cylindrica (1-6 экз./100 лов.-сут.). Оба вида хордеуматид встречаются в ловушках с начала июля и до конца сезона вегетации (Рис.
2).
99
Динамическая плотность, экз./100 лов.-сут
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
30
25
20
15
10
5
0
3.VI.
13.VI.
26.VI.
7.VII.
24.VII.
8.VIII. 24.VIII. 20.IX.
Ghilarovia cylindrica
Altajosoma deplanatum
Schizoturanius clavatipes
Sibiriulus profugus
Рис. 2 – Локомоторная активность диплопод в кедровнике
Динамическая плотность, экз./100 лов.-сут
В кедрово-березово-осиновом лесу из нитеносцев в уловах присутствует только A. deplanatum. Он проявляет свою локомоторную
активность в конце лета и осенью (до 18 экз./100 лов.-сут.) (Рис. 3).
20
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
13.VI.
26.VI.
7.VII.
26.VII.
Altajosoma deplanatum
8.VIII.
24.VIII.
Schizoturanius clavatipes
Schizoturanius tabescens
Рис. 3 – Локомоторная активность диплопод
в кедрово-березово-осиновом лесу
100
20.IX.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Динамическая плотность, экз./100 лов.-сут.
В березняке крапивном из двух видов хордеуматид A. deplanatum
встречается в ловушках в течение всего сезона наблюдений с пиком
активности в начале августа (26 экз./100 лов.-сут.). В это же время G.
cylindrica был отмечен здесь единственный раз и с низкой динамической плотностью (Рис. 4).
30
25
20
15
10
5
0
3.VI.
14.VI.
26.VI.
9.VII.
Ghilarovia cylindrica
26.VII.
6.VIII.
26.VIII.
Altajosoma deplanatum
Рис. 4 – Локомоторная активность диплопод в березняке
Для экотона березняка крапивного и сосняка осочкового характерно появление нитеносца A. deplanatum в конце лета – начале осени
с активностью до 13 экз./100 лов.-сут. (Рис. 5). Появление диплопод в
почвенных ловушках в конце периода вегетации, очевидно, связано с
их проникновением из примыкающего к бору заторфованного березняка.
У представителей отряда нитеносцев наблюдается сходная динамика локомоторной активности в течение вегетационного сезона в
разных биотопах (Рис. 1–5). Весной и в первой половине лета характерно полное отсутствие нитеносцев в уловах. Резкое повышение локомоторной активности половозрелых особей отряда Chordeumatida в
конце лета (до 121 экз./100 лов.-сут. и осенью (до 300 экз./100 лов.сут.), возможно, связано с их выходом из летнего малоактивного состояния или рекрутированием из соседних биотопов и подготовкой к
зиме, а также достижением половозрелости молодыми особями. Личинки, в целом, менее активны, чем взрослые животные на протяжении всего летне-осеннего периода, и в сборах отмечены в единичных
экземплярах (менее 2 экз./100 лов.-сут.).
101
14
12
10
8
6
4
2
Altajosoma deplanatum
IX
.
18
.
26
.V
III
.
6.
V
III
.
26
.V
II.
9.
V
II.
V
I.
26
.
V
I.
14
.
I.
3.
V
V
.
0
20
.
Динамическая плотность, экз./100 лов.сут.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Schizoturanius clavatipes
Рис. 5 – Локомоторная активность диплопод в экотоне
березняка крапивного и сосняка осочкового
Для двух видов Polydesmida отмечается неодинаковый уровень
локомоторной активности (см. рис. 1–3, 5). Умеренная динамическая
плотность характерна для сравнительно крупного сибирского многосвяза Schizoturanius clavatipes (Stuxberg, 1876). Так, в кедровнике ее
изменения в течение теплого сезона не столь значительны (2-12
экз./100 лов.-сут.). Более существенны они в осиннике (2-35 экз./100
лов.-сут.), где наблюдается резкое увеличение локомоторной активности личинок в августе. Осенью динамическая плотность самок превосходит таковую самцов и личинок вдвое (8 экз./100 лов.-сут.).
Мелкий вид многосвяза S. tabescens (Stuxberg, 1876) в уловах
практически не встречается (единожды в кедрово-березово-осиновом
лесу – 3 экз./100 лов.-сут.), что, вероятно, свидетельствует о предпочтении им глубоко-подстилочного или почвенного обитания, избегании напочвенного передвижения.
Очень редко в почвенные ловушки попадается кивсяк Sibiriulus
profugus (Stuxberg, 1876) (0,5-1 экз./100 лов.-сут.), что, по всей видимости, не случайно. Именно кивсяки (Julida) наиболее приспособлены
как физиологически, так и морфологически к роющей деятельности,
не столь зависимы от недостатка и избытка влаги и способны глубоко
уходить в почву.
102
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таким образом, для двупарноногих многоножек исследованных
ключевых участков Западной Сибири характерен только один пик локомоторной активности. Он отмечается в конце лета – осенью. Наибольшая динамическая плотность диплопод зафиксирована в осиннике (около 320 экз./100 лов.-сут.), наименьшая – в экотоне березняка
крапивного и сосняка осочкового (14 экз./100 лов.-сут.). Для хордеуматид характерна наибольшая локомоторная активность: Ghilarovia
cylindrica (до 183 экз./100 лов.-сут.), Altajosoma deplanatum (до 88
экз./100 лов.-сут.) и A. bakurovi bakurovi (до 29 экз./100 лов.-сут.).
Меньшая динамическая плотность отмечается у крупного многосвяза
Schizoturanius clavatipes (до 35 экз./100 лов.-сут.), который встречается в уловах относительно нечасто. Мелкий многосвяз Schizoturanius
tabescens и кивсяк Sibiriulus profugus отмечены в почвенных ловушках единично.
Авторы выражают искреннюю благодарность старшему научному сотруднику лаборатории энтомологии Биолого-почвенного института ДВО РАН Е.В. Михалёвой (г. Владивосток) за помощь в определении двупарноногих многоножек.
Литература
Головач С.И. Двупарноногие многоножки // Итоги науки и техники. Зоология беспозвоночных: почв. зоология. – М.: ВИНИТИ, 1980. – Т. 7. – С. 5 – 62.
Нефедьев П.С. Двупарноногие многоножки (Myriapoda, Diplopoda) юговостока Западной Сибири (фауна, зоогеография, экология): Автореф. дис. …
канд. биол. наук / Том. гос. ун-т и Том. с.-х. ин-т-филиал Новосиб. гос. аграр. унта. – Томск: UFO-print, 2005. – 21 с.
Barber H. Traps for cave-inhabiting insects // J. Elisha Mitchell Sci. Soc. –
1931. – Bd. 46. – P. 259 – 266.
Влияние электромагнитного поля
на выживаемость Cereodaphnia Affinis и
оценка защитных свойств некоторых
материалов
Подаруев С.О., Казин В.Н., Макарьин В.В.,* Рачков Е.Г.*
Ярославский государственный университет им. П.Г. Демидова
* Ярославский государственный технический университет
Интенсивное использование электромагнитной и электрической
энергии в современном информационном обществе привело к тому,
что в последней трети XX века возник и сформировался новый значимый фактор загрязнения окружающей среды – электромагнитный.
103
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
К его появлению привело развитие современных технологий передачи информации и энергии, дистанционного контроля и наблюдения,
некоторых видов транспорта, а также развитие ряда технологических
процессов. Сейчас электромагнитное загрязнение окружающей среды
приобрело глобальные масштабы вследствие широкого распространения источников электромагнитного поля (ЭМП). Поэтому ЭМП,
как фактор внешней среды, необходимо рассматривать с двух позиций: биологической вредности и социальной полезности.
Живые организмы в процессе эволюции приспособились к определённому уровню ЭМП. Однако, резкое повышение (в историческом
аспекте) уровня ЭМП вызывает напряжение адаптационнокомпенсаторных возможностей организма. Долговременное действие
этого фактора может привести к их истощению, что повлечёт необратимые последствия на системном уровне [1]. Электромагнитные поля
в настоящее время пронизывают практически всю биосферу, затрагивая и гидробионты. Значительные по величине электромагнитные поля возникают при электролове рыбы, работе электрорыбозаградителей, в процессе морской геофизической разведки методами
электрозондирования, а также при эксплуатации подводных переходов нефтегазотрубопроводов, оборудованных системами катодной
защиты. Кроме того, сильные поля наводятся в воде под высоковольтными линиями электропередач, при работе мощных радиостанций, радиолокаторов и других источников или преобразователей
электрической энергии.
Различают ЭМП естественного и искусственного происхождения.
В спектре естественных ЭМП условно выделяют несколько компонентов земного, околоземного и космического происхождения – это постоянное геомагнитное поле Земли, электрическое поле Земли, переменные ЭМП в диапазоне частот от 103 до 1012 Гц. Источником
переменных электромагнитных полей являются атмосферные явления и
радиоизлучения Земли, Солнца и галактик [2]. Поля искусственного
происхождения излучаются техническими средствами, созданными человеком. Диапазон излучаемых ЭМП – промышленные частоты и весь
радиочастотный диапазон. Интенсивность излучения зависит от мощности технических средств, параметров излучателей, удалённости точки наблюдения и т.д. Характерная особенность этого вида излучения –
высокая когерентность, т.е. частотная и фазовая стабильность, а также
пространственная концентрация электромагнитной энергии. Выделяют
радиофон, как суммарный эффект всех излучающих радиосредств зем104
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ного шара. В настоящее время ЭМП искусственного происхождения
намного превышают естественный фон.
Сильные отклонения ЭМП от естественного уровня выходят за
границы оптимума жизнедеятельности живых организмов и являются
стрессорным фактором [1]. Об этом свидетельствуют проведённые экспериментальные работы. Так при полном экранировании ГМП изменяется скорость размножения некоторых микроорганизмов, наблюдаются
нарушения процессов жизнедеятельности, такие как атипический рост
клеток и тканей, изменения морфологии и функции органов животных.
В условиях повышенного уровня ЭМП отмечалось нарушение ориентации и увеличение двигательной активности различных насекомых.
Приведённые данные свидетельствуют о высокой биологической активности ЭМП во всех частотных диапазонах [3].
В ходе данной работы изучено влияние частоты переменного
электромагнитного поля и постоянного магнитного поля различной
напряжённости на культуру Cereodaphnia affinis. Различную частоту
ЭМП создавали при помощи генератора ГЗ-111. Напряженность магнитного поля контролировали прибором Тесла-амперометр БК-9. По
результатам проведённых экспериментов установлено, что магнитное
поле напряжённостью до 10 mT, не оказывает влияния на популяцию
цереодафний, при больших напряженностях выживаемость уменьшается по линейному закону. Также определено, что переменное электромагнитное с частотой 50 Гц напряженностью 75 mТ не влияет на
смертность цереодафний.
Второй задачей работы являлась оценка защитных свойств некоторых магнитномягких материалов, в состав которых входят атомы железа, на выживаемость цереодафний. Исследования проводились на тех
же установках, только между источником поля и чашкой Петри, в которой находились цереодафнии, помещалась пластинка защитного материала (З.М.). Результаты представлены на графиках 1, 2.
Нами показано, что магнитномягкие материалы положительно
влияют на выживаемость цереодафний. И в опытах с переменным
электромагнитным полем (график 1) и с постоянным магнитным полем (график 2) наблюдалось увеличение числа выживших рачков.
105
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
График 1. Зависимость выживаемости
Cereodapnia от частоты ЭМП при
использовании защитных материалов
120
Выживаемость, %
100
50
250
50
80
500
250
60
ЭМП
500
ЭМП + З. М.
40
20
0
0
200
400
600
Частота, Гц
График 2. Зависимость выживаемости
Cereodaphnia от величины напряжённости МП
при использовании защитных материалов
Выживаемость, %
120
100
6
80
10
10
25
25
МП
60
75
40
20
МП + З.М.
75
0
0
20
40
60
80
Напряжённость, mT
По результатам работы можно сделать следующее заключение:
1. Изучено действие переменного электромагнитного и постоянного магнитного полей на выживаемость цереодафний.
2. Порог напряженности постоянного магнитного поля, который
не оказывает действия на выживаемость цереодафний, равен 10 mT.
106
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3. Показано, что исследованные нами защитные магнитномягкие
материалы увеличивают выживаемость цереодафний в опытах с ЭМП
и МП.
4. Защитные магнитномягкие материалы могут быть рекомендованы для изготовления изоляции проводниковых материалов (ЛЭП и
др.).
Литература
1. Гак Е.З., Комаров Г.П., Гак М.З. Магнитогидродинамические и электрогидродинамические эффекты в механизмах действия магнитных полей на биологические объекты // Реакции биологических систем на магнитные поля, М.: Наука, 1978. – С. 35-49.
2. Аристархов В.М., Пирузян Л.А., Цыбышев В.П. Физико-химические основы первичных механизмов биологического действия магнитных полей // Реакции биологических систем на магнитные поля, М.: Наука, 1978. – С. 41-48.
3. Протасов В.Р., Бондарчук А.И., Ольшанский В.М. Введение в электроэкологию, М.: Наука, 1982. – 274 с.
Новые данные по Oligochaeta лиственичного
залива озера Байкал
Семерной В.П.
Ярославский государственный университет им. П.Г. Демидова
semernoy@bio.uniyar.ac.ru
Изучен видовой состав малощетинковых червей (Oligochaeta) на
мелководной литорали Лиственичяного залива и прилежащей к нему
территории с северо-востока, представляющей экспериментальный
бентосный полигон, где ведутся многолетние комплексные исследования. В составе олигохет установлено 46 видов, в основном из эндемичного байкальского фаунистического комплекса.
Таксономический состав малощетинковых червей (Oligochaeta)
Байкала можно считать в целом установленным [1,2], однако, видовой
состав, хотя и значительный (205 видов), следует считать еще не полным. Имеется несколько морф, пока не идентифицированных и находящихся в разработке. Кроме того, видовой состав сем. Enchytraeidae
вследствие недостаточной профессиональной обработки коллекций
червей этого семейства может быть существенно пополнен в будущем.
Помимо таксономического и видового состава олигохет Байкала
представляет интерес фаунистическая изученность группы на всей акватории озера, как самостоятельной зоогеографической области. В этом
107
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
отношении предстоит большая работа. Без хорошего знания локальных
фаун трудно выделить провинции и установить общие закономерности
формирования и распространения известных видов по акватории озера.
К настоящему времени достаточно полно изучен состав олигохет Северного Байкала, Малого Моря, Селенгинского мелководья, абиссали и
района г. Байкальска из Южного Байкала. Значительные акватории литорали и сублиторали между Култуком и портом Байкал (исток Ангары), между Лиственичным заливом и проливом Ольхонские ворота,
включая район Больших Котов, между рекой Осиновкой и Большой
речкой, между сором Провал и Баргузинским заливом остаются до сих
пор, к сожалению, существенно недоизученными по фауне олигохет
Байкала. Данная статья восполняет известные пробелы в фаунистических исследованиях на Байкале.
Лиственичный залив охватывает часть прибрежной зоны Байкала
между истоком Ангары и мысом Лиственичный.
Материал и методы
Небольшая часть материала (4 пробы) относится к собственно
Лиственичному заливу, против Интуриста (Международная База отдыха), примерно в 1 км от истока Ангары. Основные исследования
проведены на междисциплинарном полигоне у м. Березовый (Южный
Байкал). Полигон расположен сразу за пределами Лиственичного залива между мысом Лиственичный (51050’ N, 104053’ E) и мысом Сытый (51051’ N, 104055’ E). Непосредственно от м. Лиственичного в
направлении на восток-северо-восток до м. Сытого и далее тянется
обширное мелководье (риф) шириной до 400 – 700 м с наименьшими
глубинами на его кромке 3.2 м. Грунт – скала и крупный камень [3].
Материалом для данной статьи послужили сборы олигохет в Лиственичном заливе и в основном на бентосном полигоне, выполненные в 2000 году сотрудниками Лимнологического института СО РАН,
в том числе и автором под руководством заведующего лабораторией
зоологии беспозвоночных ЛИНа д.б.н. О.А. Тимошкина. Бентос собирался с помощью аквалангистов (акв.). В сборах использовалась
рамка в 0,1 м2, с площади которой выбирался грунт – песок, дресва
(мелкий битый камень) и поднимались в сетках камни разных размеров, с которых снимались и смывались обрастания. Грунт и обросты
промывались через плотные сита-промывалки с газом № 23. Поверхности камней измерялись с указанием положения: верхняя, боковая и
нижняя. Обросты состояли из водорослей, губок и массы заселенных
108
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
и пустых домиков ручейников. Из отмытого грунта выбирались организмы, в том числе олигохеты и фиксировались AL 96 0 [3].
В результате обработки 40 проб были идентифицированы 46 видов. Часть червей остались не идентифицированными из-за их ювенильности, а часть изучается.
1. Nais variabilis Piguet. Вид найден в смывах с камня (боковая
поверхность); напротив Интуриста 150 м от берега, гл. 4 м; 2 пробы, 3
экз. макс. 2 экз. 26.10.00. Известен: в Чивыркуйском заливе, гл. 2 м,
на песке и в зарослях рдеста и хвоща [4]; широко распространен в
Прибайкальских водоемах [5]; озерах Забайкалья [6]; озере Хубсугул
[7, 8].
2. N. communis Piguet Местонахождения: вместе с предыдущим
видом; бентосный полигон у м. Березовый, гл. 6 м; и гл. 8 м (11 проб,
176 экз. , макс. 62 экз.). Указан для Прибайкалья [5] и Забайкалья [6].
3. N. baicalensis Sokolskaja Местонахождения: вместе с предыдущими видами; бентосный полигон у м. Березовый, гл. 3,3 м, камни,
гл. 6 м, рамка 0,1 м2 (29 проб, 610 экз., макс. 130). Распространение
вида в Байкале очень широкое, кроме типично соровых участков, но
найден в р.Ангаре и ее водохранилищах [9, 10].
4. N. sokolskajae Semernoy Местонахождение: бентосный полигон у м. Березовый, гл. 6 м. (1 проба, 1 экз.). 21.06.00 Впервые описан
из Малого Моря, м. Отто-Хушун, гл. 10 м, обрастания камней [1, 2].
5. N. bekmanae Sokolskaja . Найден у м. Березового (1 проба,
смыв с камня, 6 экз.). Один из наиболее широко распространенных и
массовых видов в Байкале, в том числе, на островной литорали, в заливах и сорах, заходит в р. Ангару [10]. Известен из оз. Хубсугул
(Монголия) [7, 8].
6. N. tygrina Isossimov. Местонахождения: напротив Интуриста
150 м от берега, гл. 4 м, боковая поверхность; у м. Березовый, гл. 3,3
м камни (30 проб. , 279 экз, макс. 82 экз.). Повсеместно распространен
на литорали до 10 м; водохранилища Ангарского каскада [9, 10].
7. N. similis Semernoy. Местонахождения: вместе с предыдущим
видом (28 проб, 570 экз., макс. 100 экз. в 0,1 м2). Известен из Малого
Моря, Южного Байкала [1, 2].
8. N. tatiajnae Sem. Часто встречающийся вид в Лиственичном
заливе, напротив Интуриста и у м. Березовый (13 проб, 101 экз., макс.
22 экз. в 0,1 м2). Литораль Байкала на глубинах 5-25 м, на разных
грунтах и в обрастаниях камней [1, 2].
9. N. simplex Piguet. Впервые найден в Лиственичном заливе, напротив Интуриста, 150 м от берега, гл. 4 м, оброст камня, боковая по109
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
верхность; у м. Березовый, гл. 3,3 м, камень, смыв со всей поверхности (3 пробы, 3 экз.). Вид известен в бассейне р. Селенги (ИваноАрахлейские озера) [6].
10. N. pardalis Piguet. Один из наиболее часто встречающихся
видов в Лиственичном заливе, напротив Интуриста и у м. Березового
гл. 3,3 м и 8 м (17 проб, 48 экз, макс 8 экз). Черви имеют вальковатое
тело и характерные брюшные щетинки. Ранее в Байкале вид встречен
был у м. Кабаньего в обрастаниях камней на глубине 3 м; Вид имеет
широкое распространение в озерах Забайкалья [11].
11. Nais sp. Часто встречающаяся форма в Лиственичном заливе
(11 проб 138 экз., макс. 60 экз.). В других районах Байкала не найдена. Отличается наличием рудиментарного нижнего зубца у брюшных
щетинок.
12. Chaetogaster paucus Semernoy. Вид найден у м. Березовый,
гл. 6 м, рамка 0,1 м2, (5 проб, 6 экз, макс 2 экз). Известен из Малого
Моря, глубина 0,5-50 м; с восточного берега, мыс Кабаний, глубина
3,0 м [12].
13. Ch. grandisetosus Semernoy. Местонахождение: бентосный
полигон, у м. Березовый, гл. 6 м, рамка 0,1 м2 (1 проба, 1 экз.). Известен из Малого Моря, глубина 5-20 м, песок, камни; Южный Байкал,
район г. Байкальска, у берега [12, 1].
14. Ch. dissetosus Semernoy. Местонахождение: бентосный полигон, у м. Березовый, гл.3 м., рамка 0,1 м2 (1 проба, 1 экз). Известен из
Малого Моря, глубина 10 м, песок, камни; Чивыркуйского залива,
глубина 25 м, песок с детритом [12, 1, 14].
15. Ch. gavrilovi Sem. Найден в 150 м от берега, напротив Интуриста, гл. 4 м, камень, боковая поверхность (1 проба, 1 экз.); у м. Березовый, гл. 3 м, камни песок. Впервые был найден в Сев. Байкале:
литораль о. Бол. Ушканий, мыс Саган-Морян (сев.-зап. побережье)
[12, 1].
16. Rhyacodrilus inaequalis Semernoy. Местонахождения: у м.
Березовый, гл. 3,3 м, песок, дресва, камни (7 проб, 24 экз., макс. 9 экз.
в 0,1м2). Часто встречается на Селенгинском мелководье [14, 15]; Малом Море, 5-25 м. Иркутское и Братское водохранилища [9, 10].
17. Rh. brevis Semernoy. Найден у м. Березовый, гл. 3-6 м, камни,
песок (2 пробы, 2 экз. в 0,1 м2). Известен из Малого Моря, бухта Харгайская, гл. 22 м, песок [1, 2].
18. Rh. multiovatus Semernoy. Найден вместе с предыдущими видами. Это единственная находка вида на бентосном полигоне у м. Бе110
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
резовый (1 проба, 1 экз. в 0,1 м2). Известен из Селенгинского мелководья [17] (Буров, 1936) и водохранилищ на Ангаре [9].
19. Hrabeus tortus Semernoy. Местонахождение: бентосный полигон у м. Березовый, гл. 3,3 м песок, дресва (1 проба, 4 экз. в 0,1 м2).
Впервые описан из Малого Моря, бухта Семисосенная, гл. 20 м [1, 2].
20. H. gratus Semernoy. Найден вместе с предыдущим видом (1
проба, 6 экз. в 0,1 м2). Впервые описан из Чивыркуйского залива, гл.
10 м, детрит [1, 2].
21. Haber vetus Semernoy. Местонахождения: напротив Интуриста, 150 м от берега, гл. 4 м, камень, боковая поверхность; бентосный
полигон у м. Березовый, гл. 3-6м, песок, дресва, камни (7 проб, 19
экз., макс. 16 экз. в 0,1 м2). Известен из Северного Байкала (Баргузинский залив); Южного Байкала: район города Байкальска [1, 2, 24].
22. Isochaetides arenarius (Michaelsen). Найден вместе с предыдущими видами. Вид распространен в прибрежной зоне Ю.Байкала до
гл. 5 м и в реке Ангаре вплоть до Усть-Илимского водохранилища
[10].
23. I. adenodicystis Semernoy. Найден дважды в материалах 2000
и 2001гг., собранных на Бентосном полигоне у м. Березовый, гл. 3 м,
песок, дресва (2 пробы, 7 экз., макс. 5 экз. в 0,1 м2). Известен из Сев.
Байкала (б. Аяя, 25 м), Ср. Байкала (Баргузинский залив, 20-102 м),
Селенгинского мелководья (38 м) [1, 2].
24. I. distinctus Semernoy. Найден вместе с предыдущим видом
(1проба, 2 экз.). Типовое местонахождение: Ю.Байкал, Бугульдейка,
гл. 300 м [1, 2].
25. Lycodrilides schizochaetus (Michaelsen). Бентосный полигон у
м. Березовый, в смывах с камней и в грунте, гл. 3,3 – 6 м, песок, дресва, камни (5 проб, 81 экз., макс 77 экз. в 0,1 м2). Один из наиболее
широко распространенных и часто массовых видов; почти повсеместно на литорали и в сублиторали [1, 2]..
26. Tasserkidrilus taediosus Cekanovskaja. Первое нахождение в
Ю. Байкале, тем более, на гл. 3 м: бентосный полигон у м. Березовый
рамка 0,1 м2, (2 пробы, 3 экз.). Впервые был найден в абиссали [18].
Позже найден на литорали Северного Байкала [1, 2].
27. Baikalodrilus inflatus (Michaelsen). Вид найден вместе с предыдущими видами (3 пробы, 6 экз., макс. 4 экз. в 0,1 м2). Распространение вида, остающегося сомнительным или “сборным”, достаточно
обширно: весь Байкал, гл. 4-1200 м [1, 2].
28. B. undatus Snimschikova. Местонахождение: у м. Березовый,
гл. 3-6 м, камни, песок, дресва (3 пробы, 6 экз., макс. 3 экз. в 0,1 м2).
111
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Описан из Среднего Байкала, дельта Селенги у с. Посольск, гл. 8 м,
илистый песок [19].
29. B. bifidus Snimschikova. Найден вместе с предыдущим видом
и в смывах с камней у м. Березовый (4 пробы, 17 экз., макс. 12 экз. в
0,1 м2). Описан из Среднего Байкала, дельта Селенги, Средняя протока, на илистом песке, гл. 18 м [19]. Южный Байкал, Лиственичный залив, гл. 3-6 м, камни, песок [1].
30. B. parilis Semernoy. Пока единственное местонахождение вида в Лиственичном заливе: бентосный полигон у м. Березовый, гл. 3-6
м, камни, песок (2 пробы, 2 экз.). 21.06.00. Известен из Малого Моря:
Ольхонскиие ворота, гл. 40 м [1, 2].
31. B. phreodriloides Snimschikova. Найден вместе с предыдущим
видом и в смывах с камней (11 проб, 93 экз., макс. 25 экз. в 0,1 м2).
Один из наиболее часто встречающихся видов рода. Известные местонахождения: Средний Байкал, у мыса Ухан острова Ольхон, на
песке и камях, гл. 3-5 м; Северный Байкал, у мыса Курлы, на камнях и
гравии, гл. 2 м [20, 1, 2].
32. Propappus glandulosus Michaelsen. Местонахождение: бентосный полигон у м. Березовый, гл. 3,3 м, рамка 0,1м2,; у м. Березовый, камень, пасс.смыв (6 проб, 28 экз., макс. 20 экз.). Эндемик Байкала. Известен из Ангары и Енисея [21].
33. P. volki Michaelsen, Найден вместе с предыдущим видом и в
смывах с камней у м. Березовый (9 проб, 288 экз., макс. 250 экз. в 0,1
м2). Один из наиболее широко распространенных и часто встречающихся видов на литорали Байкала, в том числе в сыром песке и гальке
выше уреза воды, особенно в Малом Море [1, 2].
34. Mesenchytraeus bungei Michaelsen (?!) (juv.). Практически
повсеместно и постоянно встречающийся вид как в Лиственичном заливе так и на всей литорали Байкала, особенно по урезу воды. Преобладание неполовозрелых особей над половозрелыми, различающихся
формой и размерами щетинок, затрудняет идентификацию червей. В
связи с этим большинство червей, найденных на бентосном полигоне
у м. Березового, гл. 3-8 м, песок, дресва, смывы с камней, были отнесены к Mesenchytraeus sp. по наличию щетинок с узелком. В 9 из 40
проб были определены Mesenchytraeus bungei (9 проб, 124 экз., макс.
28 экз. в 0,1 м2) и в 10 пробах – Mesenchytraeus sp. (10 проб, 59 экз.,
макс. 24 экз. в 0,1 м2). Вид cчитается самым массовым и повсеместно
обитающим видом, в основном на верхей литорали и особенно по
урезу воды [22, 1, 2].
112
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
35. Lamprodrilus nigrescens Michaelsen. Обычный вид в бентосных пробах взятых в Лиственичном заливе напротив Интуриста и на
бентосном полигоне у м. Березовый на глубинах 3, 6, 8 м, песке, дресве и в плотных обростах камней (24 пробы, 380 экз., макс. 111 экз. в
0,1 м2). Вид широко распространен в верхней литорали и сублиторали
Байкала [1, 2].
36. Lamprodrilus melanotus Isossimov. Найден в одной из проб
вместе с предыдущим видом на бентосном полигоне у м. Березовый,
гл. 6 м (1 проба, 7 экз. в 0,1 м2). Вид широко распространен в Сев.
Байкале [24](Снимщикова, 1987). Известен из Баргузинского залива,
Южного Байкала, район г. Байкальска [1, 2] (Семерной, 2001, 2004).
37. Lamprodrilus isoporus Michaelsen. Местонахождение: бентосный полигон у м. Березовый, гл. 3,3 м, камень, смыв (1 проба, 1 экз.).
Вид имеет широкое распространение в литорали и сублиторали Байкала, но встречаемость его невысокая. География вида: Северная Европа от Швеции до Архангельской области (подвид variabilis), озера
Таймыр, Байкал, Братское водохранилище [9, 10], (подвид isoporus)
[1, 2].
38. Teleuscolex korotneffi Michaelsen. Единственное местонахождение вида на бентосном полигоне у м. Березовый, гл. 3,3 м песок
(дресва) (1 проба, 3 половозрелых экз.). 2.11.00. Известные местонахождения вида: Северный и Средний Байкал; Малое Море, Баргузинский залив, Селенгинское мелководье, на глубинах до 20 м. (по Чекановской, 1962 – 3-43 м).
39. Stylodrilus insperatus Semernoy. Вид впервые найден на Бентосном полигоне у м. Березовый в материалах 2000 г., гл. 6 м, дресва
и гл. 3,3 м, камень, смыв сверху (2 пробы, 2 экз.). Ранее вид найден на
литорали Северного Байкала; в Южном Байкале в значительном числе найден в районе г. Байкальска [1, 2]..
40. Stylodrilus asiaticus (Michaelsen). На бентосном полигоне у м.
Березовый вид встречался чаще других видов рода (4 пробы, 5 экз. в
0,1 м2). Вид имеет широкое распространение в Байкале, но встречается гораздо реже чем S. opisthoannulatus. Массового развития нигде не
достигает. В абиссали глубже 840 м не найден. Обитает в зоне загрязнения сточными водами БЦБК (Лезинская и Акиншина, 1983; Семерной, 1983а), но не многочисленный на загрязненных илах [1, 2] (Семерной, 2001, 2004).
41. Stylodrilus (opisthoannulatus) (Isossimov). Вид найден в двух
рамочных пробах зообентоса, взятых аквалангистами у м. Березовый
(2 пробы, 2 экз. в 0,1 м2). Вид очень широко распространен на лито113
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
рали и в абиссали озера. Массовое развитие имеет в зоне сбросов
сточных во БЦБК (район г. Байкальска) [1, 2, 24].
42. Stylodrilus crassus (Isosimov). Вид найден вместе с предыдущими видами на бентосном полигоне у м. Березовый (2 пробы, 3 экз.
в 0,1 м2). Вид повсеместно найден в Байкале [24, 1, 2].
43. Styloscolex (Styloscolex) sp. (chorioidalis ?). Единственная находка на бентосном полигоне у м. Березовый (1 проба, 1 экз.).
Styloscolex (Styloscolex) chorioidalis Isossimov известен в Байкале с
глубин 2-20 м [22], 8-205 м в Северном Байкале [23}, из мелководных
заливов Провал [14] и Посольского сора [15]. Нами найден на глубине
850 м в бухте Черемшанной (Северный Байкал) [1, 2].
44. Wsewolodus mixtus Semernoy. Второе местонахождение вида
в Байкале: 19.09.00, бентосный полигон у м. Березовый, гл. 3 м, рамка
0,1м2, акв. (2 пробы, 2 экз.). Типовое местонахождение: Ю.Байкал,
район г. Байкальска, гл. 50 м [1, 2].
45. Rhynchelmis alyonae Martin et Kaigorodova. Наиболее распространенный в заливе представитель рода: напротив Интуриста 150
м от берега, гл. 4 м, смыв с камня, верхняя поверхность; бентосный
полигон у м. Березовый, рамка 0,1 м2, акв., гл. 3-6 м, камни, дресва,
песок (4 пробы, 4 экз.). Впервые описан из Малого Моря (Ольхонские
ворота, 30 м, илистый песок) [25].
46. Rh. parvus Mich. Единственная находка на бентосном полигоне у м. Березовый. (1 проба, 1 экз. в 0,1 м2). Во всех частях Байкала,
бухты Дагарская и Богучанская; Малое Море, у улуса Биркин и в
Култуке. Обитает на гл. 11-96 м, на песке и иле [1, 2].
Сопоставляя установленный состав олигохет Лиственичного залива и, прежде всего, бентосного полигона с ранее известной фауной
олигохет верхнего яруса литорали Байкала, можно сказать, что неожиданностей почти не было. Нахождение большинства видов здесь
было ожидаемым. Из представленного списка лишь несколько видов
представляют особый интерес. Из наидид – это Nais sp., вероятно новый для науки вид, форма пока не известная для других районов литорали. В составе тубифицид находка Rh. multiovatus интересна тем,
что это единственный экземпляр с типичными морфологическими
признаками в коллекции автора, собиравшейся на протяжении 35 лет.
То же можно сказать и о трех экземплярах Teleuskolex korotneffi. Нахождение 46 видов и ряда неидентифицированных форм на небольшой территории бентосного полигона и в диапазоне глубин 3-8 м
можно считать пока уникальным. Преобладание количественных
проб позволяет провести расчеты показателей обилия популяций поч114
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ти всех видов олигохет в зообентосе природных экспериментальных
площадок в Лиственичном заливе, где ведутся комплексные гидробиологические исследования. К настоящему времени обработано несколько десятков проб олигохет из сборов 2001 года. Объединение
материалов двух лет позволит иметь фоновые данные по составу и
показателям обилия олигохет для всей верхней литорали Байкала.
Литература
1. Семерной В.П. Малощетинковые черви (Annelida: Oligochaeta) и эолосоматиды (Annelida: Aeolosomatidae) // Аннотированный список фауны озера Байкал и его водосборного бассейна: В 2-х т. Новосибирск: Наука, 2001. С. 377-427.
2. Семерной В.П. Олигохеты озера Байкал Изд-во “Наука” СО РАН. Новосибирск: Наука СО РАН. 2004. 528 c.
3. Timoshkin O.A., Suturin A.N., Maximova N.V., Semiturkina N.A., Galkin
A.N., Kulikova N.N., Khanaev I.V., Roepstorf P.б 2003. Rock preferences and microdistribution peculiarities of Porifera and Gastropoda in the shallow littoral zone of
Lake Baikal (East Siberia) as evidenced by underwater macrophotograph analysis
// Berliner Palaeobiologische Abhandlungen. V. 4. Berlin, 2003; International Symposium – Speciation in Ancient Lakes, SIAL III – Irkutsk, September 2 – 7, 2002. Vol. 1.
P. 193 – 200.
4. Сокольская Н.Л. Новые данные по фауне Naididae (Oligochaeta) озера
Байкал // Тр. Лимнол. ин-та. 1962. Т. 1(XXI), ч. 1. С. 127-151.
5. Малевич И.И. К фауне олигохет прибайкальских водоемов. 1. Aeolosomatidae и Naididae // Тр. Всес. гидроб. о-ва. 1950. Т. 2. С. 281-286.
6. Семерной В.П. Малощетинковые черви (Oligochaeta) озер Забайкалья
(фаунистико-эколог. обзор): Автореф. дис. ... канд. биол. наук. Казань. 1973. 20 с.
7. Семерной В.П. и Акиншина Т.В. Малощетинковые черви озера Хубсугул
и некоторых других водоемов Монголии // Природные условия и ресурсы Прихубсугулья (МНР) // Тр. Сов.-Монг. комплексной Хубсугульской экспедиции.
Иркутск; Улан-Батор. 1980. С. 117-134.
8. Семерной В.П. Новые данные по составу и распределению олигохет в
озере Хубсугул Монголия) / IX Съезд Гидробиологического общества РАН
(г. Тольятти, Россия. 18-22 сентября 2006 г.), тезисы докладов, т. II – Тольятти:
ИЭВБ РАН, 2006. С. 153.
9. Томилов А. А., Ербаева Э.А. и Акиншина Т.В. Байкальские эндемики в
зообентосе водохранилищ Ангарского каскада // Гидроб. журн. 1978. Т.14, № 5.
С. 18-23.
10. Акиншина Т.В. и Томилов А.А. Олигохеты р. Ангары и Братского водохранилища // Гидробиол.иссл. водоемов Сибири. Иркутск. 1976. С. 104-112.
11. Семерной В.П. Зоогеографическая характеристика и генезис фауны
олигохет Забайкалья // Водные малощетинковые черви: Материалы II Всесоюз.
симпоз. Борок, 27-30 июня 1972 г. Борок. 1972 С. 17-32.
12. Семерной В.П. Род Chaetogaster Baer (Oligochaeta, Naididae) // Беспозвоночные и рыбы фауны Байкала. Новосибирск: Наука. 1985. Вып. 1. С. 23-39.
115
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
13. Семерной В.П. Состав и распределение олигохет в Чивыркуйском заливе озера Байкал // Сибирский экологический журнал. 2003, 3. С. 299-304.
14. Носкова А.А. Олигохеты Селенгинского района озера Байкал. Автореф.
дис. ... канд. биол наук. Казань. 1967. 24 с.
15. Снимщикова Л.Н. Бентос Истокского сора // Лимнология прибрежносоровой зоны Байкала. Новосибирск: Наука. 1977. С. 191-197.
16. Акиншина Т.В., Лезинская И.Ф. Олигохеты // Состояние сообществ
Южного Байкала. Иркутск, 1982. С. 91-93.
17. Буров В.С. Малощетинковые черви Восточно-Сибирского края. К систематике и биологии рода Clitellio из Байкала. Изв. Биол.-геогр.научно-иссл.
инст. при Иркутском ун-те. 1936. Т. 7, вып. 1-2. С. 17-29.
18. Чекановская О.В. Новые тубифициды (Oligochaeta, Tubificidae) из абиссали озера Байкал // Тр. Лимнол. ин-та СО АН СССР. 1975. Т. 18(38). С.112-130.
19. Снимщикова Л.Н. Новые виды и подвиды рода Baikalodrilus (Oligochaeta, Tubificidae) // Зоол. журнал. 1989. Т. 68, вып. 9. С. 23-34.
20. Snimschikova L.N. & Timm T.E. Review of the genus Baicalodrilus Holmquist, 1978 (Oligochaeta, Tubificidae) // Bull. Inst. R. Sci. Nat. Belgique, Biol. –
1992. Vol. 62. P. 53-85.
21. Чекановская О.В. Водные малощетинковые черви фауны СССР. М.; Л.:
Изд-во АН СССР. 1962. 411 с.
22. Изосимов В.В. Малощетинковые черви сем. Lumbriculidae. М.-Л.: Издво Акад. наук СССР / Тр. ЛИН СО АН СССР. 1962. Т. 1 (21), ч. 1). 126 с.
23. Снимщикова Л.Н. Олигохеты Северного Байкала. Новосибирск: Наука.
1987. 104 с.
24. Семерной В.П. Олигохеты // Экология Южного Байкала. Иркутск. 1983.
С. 158-166.
25. Martin P., Ferraguti M. & Kaygorodova I. Description of two new species of
Rhynchelmis (Oligochaeta: Lumbriculidae) from Lake Baikal (Russia), using classical
morphology and ultrastructure of spermatozoa. Annls Limnol. 1998. Vol. 34, No. 3.
P. 283-293.
Субстратно-ингибиторный анализ
холинэстеразы пресноводной олигохеты
Lumbriculus variegates (O.F. M ller, 1773;
сем. Lumbriculidae, кл. Oligocheata)
Чуйко Г.М.1, Лапкина Л.Н.1, Подгорная В.А.1
Куфирина Т.А.2, Урванцева Г.А.2
1
Институт биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина РАН,
пос. Борок, Ярославская обл.; e-mail: gko@ibiw.yaroslavl.ru
2
Ярославский государственный университет им. П.Г. Демидова
Методом субстратно-ингибиторного анализа установлено, что у
пресноводной олигохеты в тканях присутствует одна атипичная холинэстераза (ХЭ), отличающаяся по свойствам как от типичной аце116
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
тилхолинэстеразы (АХЭ), так и от бутирилхолинэстеразы (БуХЭ).
Удельная активность ХЭ олигохеты около 55-100 мкмоль АТХ/г ткани/мин или 0.7-1 мкмоль АТХ/мг белка/мин, соотношение максимальных скоростей гидролиза (Vmax) АТХ:ПрТХ:БуТХ:МеТХ=
100:72:71:83, значения Кm с этими субстратами составляют (1.92.5)х10-4 М, константы скорости ингибирования (kII) параоксоном,
ДДВФ и изо-ОМФА (ФОИ) – 107, 106 и 103 М-1мин-1. Эффект субстратного торможения активности ХЭ характерен для АТХ и БуТХ, а
у ПрТХ и МеТХ он отсутствует.
Введение
Холинэстеразы (ХЭзы) – ферменты, широко распространенные в
живой природе от микроорганизмов и простейших одноклеточных
организмов до позвоночных, включая человека. Выделяют два основных типа ХЭз: ацетилхолинэстераза (ацетилхолин ацетилгидролаза,
АХЭ; К.Ф. 3.1.1.7) и холинэстераза (ацилхолин ацилгидролаза; К.Ф.
3.1.1.8), представленная рядом ферментов [1]. К последнему типу относится наиболее известная и часто встречаемая среди животных бутирилхолинэстераза (БуХЭ). Оба типа эволюционно связаны, но кодируются разными генами и имеют свои специфические черты, на
основании которых их различают. АХЭ специализированный фермент и его основная физиологическая функция – гидролиз ацетилхолина (АХ), медиатора передачи нервного импульса. БуХЭ менее специфична в отношении субстратов и ее роль окончательно не ясна,
хотя заметная активность фермента в крови и печени высших позвоночных указывает на его высокую функциональную значимость. Типичными считаются АХЭ мозга и эритроцитов человека, лошади, быка и обезьяны и БуХЭ сыворотки крови лошади. При изучении ХЭ
других животных их сравнивают по свойствам и классифицируют относительно этих типов [2, 3].
Кинетические свойства ХЭз определяются конформационной
структурой их активного центра (АЦ) и составляющих его аминокислотных остатков. По современным представлениям каталитическая
единица ХЭз представляет собой мономерный глобулярный белок,
который имеет 53%-ную идентичность и 73%-ное сходство аминокислотной последовательности у АХЭ и БуХЭ. На настоящий момент
наиболее полно изучена и принята за эталонную АХЭ электрического
ската (Torpedo californica). Её первичная структура состоит из 526
аминокислотных остатков, вторичная и третичная формируют т.н.
спиралевидную упаковку α/b-гидролаз, содержащую 14 α-спиралей и
117
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
12 b-слоев, упакованных таким образом, что молекула имеет форму
глобулы размером около 60 Å. В середине глобулы на дне узкого
ущелья в 20Å расположен каталитический АЦ. Он состоит из двух
функционально важных и пространственно разделенных участков: эстеразного, осуществляющего гидролиз эфирной связи субстрата, и
холин-связывающего, который ориентирует молекулы субстрата относительно активного центра фермента. Эстеразный участок включает каталитическую триаду – остатки аминокислот серина, гистидина и
глютамата, которые взаимодействуют с ацильной частью молекулы
субстрата и фосфорорганических (ФОИ) и карбаматных ингибиторов,
и оксианионную полость, включающую остатки двух цистеинов и одного аланина, атомы азота которых образуют водородные связи с
карбонильным кислородом субстрата и фосфонильным кислородом
ФОИ. Каталитическая триада – наиболее консервативный элемент АЦ
и его аминокислотный состав одинаковый у всех типов холинэстераз,
независимо от вида животного. Холин-связывающий пункт обязательно включает в себя остаток триптофана, с индольным кольцом
которого взаимодействует аммониевая группировка холиновой части
субстрата. Большая роль в формировании и функционировании АЦ
принадлежит гидрофобным областям, часто являющимся главным
фактором, который определяет различия в свойствах ХЭ разного происхождения и типа. Гидрофобная область, окружающая эстеразный
участок и стерически определяющая допустимый размер ацильной
группы субстрата и ацилирующих ингибиторов, называется «ацильным карманом». Конфигурация «ацильного кармана» у БуХЭ отличается от АХЭ тем, что позволяет связывать субстраты и ингибиторы с
большей ацильной частью. У АХЭ присутствует еще и периферический «анионный» пункт (ПАП), наличие которого обуславливает эффект субстратного торможения при высоких концентрациях субстрата
и взаимодействие со специфическими ингибиторами и активаторами
АХЭ. У БуХЭ ПАП отсутствует [4]. Проведение специфического субстратно-ингибиторного анализа наряду с исследованиями по направленному мутагенезу ферментного белка позволяет изучать структурно-молекулярные и функциональные особенности ХЭз.
В последнее время накапливается все больше данных, свидетельствующих о наличии у филогенетически разных групп животных
ХЭз, отличающихся по свойствам от типичных. «Нетипичные» ХЭзы
обнаружены как у позвоночных (голубь Columbia livia, курица Gallus
gallus), так и у беспозвоночных: бабочек (Lepidoptera), клопов (Hemiptera), тлей (Aphidinea, Homoptera), комнатной мухи (Musca domes118
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
tica), медоносной пчелы (Apis melifera), тихоокеанского кальмара (Todarodes pacificus), прудовика (Limnea stagnalis), мурекса (Murex trunculus) [3].
Кольчатых червей (Annelida) относят к высшим беспозвоночным,
от которых ведется генеалогия членистоногих и моллюсков. Согласно
традиционной классификации тип аннелид включает многощитинковых (кл. Polycheta) и малощетинковых (кл. Oligocheta) червей и пиявок (кл. Hirudenea). Несмотря на ключевое место аннелид в эволюции,
ХЭзы исследованы лишь у единичных видов каждого класса. Полученные данные свидетельствуют о широком разнообразии и уникальности свойств их ферментов [5-12]. Олигохеты насчитывает более
2500 видов, из них около 2000 видов ведут наземный образ жизни, и
объединены под общим названием «земляные черви». ХЭ водных
олигохет до сегодняшнего дня оставались вне поля внимания исследователей.
Цель работы – изучить свойства ХЭ одной из пресноводных олигохет и сравнить их со свойствами типичных АХЭ и БуХЭ позвоночных.
Материалы и методы
Исследования
проводили
на
пресноводной
олигохете
Lumbriculus. variegatus (O.F. Műller, 1773; сем. Lumbriculidae, кл.
Oligochaeta). Червей вылавливали в апреле-октябре 2004-2005гг в
пруду-отстойнике с очистных сооружений пос. Борок (Ярославская
обл.). Часть червей до анализа была заморожена и хранилась не менее
месяца при -18oC, другие черви содержалась живыми в лабораторных
условиях в стеклянных емкостях на естественном грунте. Из-за малых
размеров олигохет для работы использовали целых червей. За 1 час до
гомогенизации живых особей замораживали.
Навеску из 5-7 целых червей гомогенизировали, растирая с кварцевым песком и используя фарфоровые ступку и пестик. К навеске
ткани добавляли 0,1 М фосфатный буфер с рН 7,5 в соотношении 1:20
(вес/объем). Гомогенаты центрифугировали при 5000 мин-1 (2000 g) и
t= 4оС в течение 5 мин. Для биохимического анализа брали супернатант.
Активность ХЭ определяли по методу [13] при длине волны 412
нм, температуре 30оС и времени инкубации 10-30 мин В качестве субстратов использовали иодиды тиохолиновых эфиров карбоновых кислот: ацетил-, пропионил-, бутирил- и ацетил-β-метилтиохолина
(АТХ, ПрТХ, БуТХ и МеТХ, соответственно) в конечной концентра119
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ции 4.3х10-4 М (все субстраты от Sigma, USA). Для учета нехолинэстеразного гидролиза субстратов и остановки ферментативной реакции применяли карбаматный ингибитор прозерин (ЗАО «Медисорб»,
Пермь, Россия) в конечной концентрации 10-3 М. Активность фермента выражали в мкмоль/мин на г ткани или мг белка, содержание которого определяли по методу [14].
Кинетические характеристики, константу Михаэлиса (KM) и максимальную скорость гидролиза (Vmax), определяли в диапазоне концентраций субстратов от 4.5x10-6 до 1.7x10-2 M по графикам Лайнувера-Берка [15], а бимолекулярные константы скорости ингибирования
(kII) – как описано ранее [16]. Использовали фосфорорганические ингибиторы ДДВФ (0,0-диметил-0-(2,2-дихлорвинил)фосфат, 99%;
CAS#62-73-7), параоксон (О,О-диэтил-О-(4-нитрофенил) фосфат,
98%; оба производства Chem Service, USA) и изо-ОМПА (тетраизопропиламидпирофосфат; 99%, CAS#513-00-8; Sigma, USA).
Маточные растворы ингибиторов (10-1М) готовили на этаноле,
который в максимально использованной концентрации (1%) не оказывал влияние на активность ХЭ. Более подробно процедуры подготовки и анализа описаны ранее [16, 17]. Результаты представлены в
виде средних и стандартных ошибок (х±SE), каждый эксперимент
проведен в 3-6 повторностях. Для оценки достоверности использован
t-критерий Стьюдента и дисперсионный анализ (ANOVA, LSD-тест)
при p=0.05 [18]. Расчет кинетических характеристик и статистическая
обработка данных проведена с помощью пакета прикладных программ Statgraphics Plus 2.1 и Excel 2000.
Результаты
Гомогенаты живых червей гидролизует все четыре тиохолиновых
субстрата при их концентрации 4.3 х 10-4 М с относительно близкими
скоростями 40-55 мкмоль/г/мин или 0.7-1 мкмоль/мг белка/мин
(рис.1).
120
110
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
а
АТХ
БуТХ
ПрТХ
МеТХ
5
4
3
Активность[мкмоль/мг б./мин]
Активность, мкмоль/г /мин
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2,0
1,8
б
1,6
1,4
1,2
АТХ
1,0
0,8
0,6
0,4
БуТХ
ПрТХ
МеТХ
0,2
0,0
5
2
4
3
2
pS
pS
Рис. 1. Кривые зависимости активности ХЭ олигохеты L. variegates от
концентрации субстрата (pS- отрицательный логарифм концентрации;
а – активность ХЭ, мкмоль/г ткани/мин; б – активность ХЭ, мкмоль/мг
белка/мин)
Холинэстеразная активность гомогенатов демонстрирует достаточно высокую термостабильность. Хранение супернатанта при температуре 4-6оС в течение 5 дней приводит в среднем к потере не более
30 % каталитической активности ХЭ по отношению к каждому из
субстратов (рис. 2).
активность ХЭ, мкмоль/г/мин
20
18
16
АТХ
14
ПТХ
12
БТХ
10
МТХ
8
6
4
2
0
0
1
2
3
сутки
4
5
6
Рис. 2. Изменение скорости гидролиза тиохолиновых субстратов гомогенатами L. variegates по мере их хранения при температуре 4-6оС
Хранение червей в замороженном состоянии в течение 3 месяцев
и более снижает ферментативную активность по отношению ко всем
субстратам приблизительно в 7 раз по сравнению с живыми червями,
121
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
но соотношение скоростей гидролиза субстратов при этом фактически не меняется (табл. 1).
Таблица 1
Средние значения абсолютной и относительной активности
ХЭ олигохеты Lumbriculus variegatus с 4 субстратами
Объект
Живой *
Замороженный
**
Активность ХЭ, мкмоль/г/мин
АТХ
ПрТХ
БТХ
98.7±11.0
79.0±13.2
73.1±10.5
(100%)
(80%)
(74%)
14.4±1.2
11.7± 1.0
10.0±1.1
(100%)
(81%)
(69%)
МеТХ
73.6±12.1
(75%)
10.9±1.3
(76%)
Примечание: представлены средние значения и стандартные ошибки
(x±SE), N=6; величины в каждой строке между собой достоверно не различаются
(ANOVA, LSD-тест, p<0.05), различия между цифрами в столбцах везде достоверны (t-критерий Стьюдента, p<0.05); гомогенаты готовились из живых червей
(*) и после их хранения в замороженном состоянии при t= -18oC не менее 3 месяцев (**).
Кривая зависимости холинэстеразной активности гомогенатов
червей от концентрации субстрата различается у исследованных тиохолиновых эфиров (рис.1). Для АТХ и БуТХ она имеет колоколообразный вид с оптимумом при концентрации 1.7х10-3 и 8.3х10-4 М, соответственно, что свидетельствует о наличие субстратного
торможения активности фермента этими эфирами (табл. 2).
Скорость гидролиза ПрТХ и МеТХ прямо пропорциональна концентрации субстрата ниже 1.7х10-3 М, но при более высоких концентрациях она становится постоянной и график выходит на плато (рис. 1).
Значения максимальных скоростей гидролиза Vмах с разными
субстратами достоверно различаются (табл.2). Наибольшая величина
отмечена с АТХ -116 мкмоль/г ткани/мин или 2.01 мкмоль/мг белка/мин, а наименьшая – с ПрТХ и БТХ, у которых она равняется 84 и
82 мкмоль/г ткани/мин или 1.76 и 1.38 мкмоль/мг белка/мин. Соотношение величин Vмах АТХ: ПрТХ: БуТХ: МеТХ при этом составляет
100:81:70:72. Значения KM сходны для разных субстратов и варьируют в пределах 1.9-2.7х10-4 М, что свидетельствует об их близком
сродстве к активному центру ХЭ червей. На это же указывают и сходство значений отношения Vмах/ Км.
Таблица 2
Кинетические характеристики гидролиза различных
тиохолиновых эфиров ХЭ L. variegatus
122
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Показатели
АТХ
ПрТХ
БТХ
МеТХ
а
б
б
Vмах, мкмоль/г тка116 + 4,4
84 + 3,8
82 + 3,9
96 + 3,9в
ни/мин
Соотношение значений
100%
72%
71%
83%
Vmax
Км х10-4, М
2.7 + 0,5а
1.9 + 0,1а
2.0 + 0,4а 2.5 + 0,2а
Vмах / Км х106, мин-1 г -1
4.3 + 0.6а
4.4 + 0.6 а
4.1 + 0.6а 3.8 + 0.6а
Sопт (М)
1.7 х 10 -3
1.7-3.8 х10-3 8.3 х10-4
1.7-3.8 х10-3
Примечание: даны средние ± ошибки средних (x ± SE) из 3 определений;
объединенные гомогенаты из 5-7 целых червей использованы для эксперимента;
средние с разными буквенными надстрочными индексами в одной строке достоверно отличаются (p<0.05, ANOVA, LSD-тест).
Бимолекулярные константы скорости взаимодействия ХЭ червей
с ФОИ представлены в табл.3.
Таблица 3
Значения бимолекулярной константы скорости взаимодействия
(kII, М-1мин-1) ХЭ L. variegatus с селективными ингибиторами при
гидролизе различных тиохолиновых субстратов
ИнгибиСубстрат
тор
АТХ
ПрТХ
БуТХ
МеТХ
7
7
7
Параоксон (4.7±0.5) х 10
(3.4±0.1) х 10 (4.2±0.2) х 10
(3.2±0.9) х 107
Изо(3.7±0.5)х 103
(3.8±0.7) х 103 (3.7±0.6) х 103 (5.9±0.8) х 103
ОМФА
ДДВФ
(4.6±0.3) х 106 ab (3.9±0.3) х 106 a (5.7±0,3) х 106 b (4.2±0.4) х 106 ab
Примечание: представлены средние значения и их стандартные ошибки (x ±
SE); N=6; разные буквенные надстрочные индексы указывают на достоверные
различия между величинами в строке, различия между цифрами в столбцах везде достоверны (ANOVA, LSD-тест, p<0.05)
По нарастанию эффективности ингибирующего действия исследованные ингибиторы располагаются в ряду параоксон>ДДВФ>изоОМФА. Величины kII с этими ингибиторами достоверно различаются
друг от друга и имеют порядок 107, 106 и 103 М-1мин-1, соответственно. В тоже время гидролиз разных субстратов каждый из ингибиторов
тормозит фактически с одинаковой скоростью, т.е. значения kII одинаковы со всеми субстратами. Исключение составляет kII для ДДВФ
при гидролизе ПрТХ и БуТХ. В этой паре гидролиз второго субстрата
ингибируется в 1.5 раз быстрее.
Обсуждение
123
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Среди исследованных ранее аннелид гомогенаты пресноводной
олигохеты L. variegatus обладают наиболее высокой холинэстеразной
активностью, достигающей 70 мкмоль/г ткани/мин при концентрации
АТХ 4.3х10-4М. Ранее показано, что у другого представителя олигохет, земляного червя Lumbricus terrestris, при той же концентрации
АХ скорость его гидролиза в несколько раз меньше и составляет 1315 мкмоль/г ткани/мин [5]. У пиявок, предшественниками которых
являются олигохеты, холинэстеразная активность гомогенатов целых
червей зависит от систематического положения вида. Она более высокая у 5 представителей отряда бесхоботные пиявки (Arhynchobdellea), а у 5 видов, принадлежащих к отряду хоботные пиявки (Rhynchobdelae) – в целом ниже [8]. По данным других авторов скорость
гидролиза АТХ водорастворимой фракцией гомогенатов мышцы медицинской пиявки Hirudo medicinalis (отр. Arhynchobdellea) составляет 1.2 мкмоль/г ткани/ мин [10]. Гомогенаты спинных мышц морской
полихеты Lumbriconereis impatiens гидролизуют АХ со скоростью 14
мкмоль/г ткани/ мин [6].
Гомогенаты L. variegatus одинаково хорошо гидролизуют все исследованные субстраты. Это позволяет предположить, что в них присутствует либо смесь типичных АХЭ и БХЭ, либо нетипичная ХЭ со
специфическими свойствами. Известно, если разные субстраты гидролизуются одним ферментом, то скорости торможения их гидролиза
ингибитором будут одинаковыми [19]. У L. variegatus исследовано
действие на холинэстеразную активность трех необратимых ФОИ.
Следует учесть, что МеТХ является специфическим субстратом АХЭ,
в то время как БуТХ и изо-ОМФА – соответственно специфическим
субстратом и ингибитором БуХЭ. Каждый из исследованных ингибиторов с одинаковой скоростью тормозит гидролиз всех четырех субстратов. Различия между значениями kII для ДДВФ при использовании разных субстратов хотя и достоверны, но функционально не
существенны. Обычно в смеси ферментов разница достигает от нескольких до сотен раз. Таким образом, данные субстратноингибиторного анализа позволяют с высокой вероятностью говорить
о гомогенности холинэстеразной активности и присутствии у L. variegatus одной ХЭ.
Сравнение свойств ХЭ L. variegatus со свойствами типичных
АХЭ и БуХЭ показывает, что между ними существуют значительные
различия. Во-первых, не смотря на то, что ХЭ L. variegatus высоко активна в отношении АТХ, но субстратная специфичность у неё выражена слабо: ПрТХ, БуТХ и МеТХ гидролизуются практически с оди124
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
наковой скоростью и всего в 1.2-1.4 раза медленнее, чем АТХ. В то
же время типичная АХЭ (например, из эритроцитов человека или быка) с наибольшей скоростью гидролизует АТХ, чуть медленнее
ПрТХ, в 3-4 раза медленнее МеТХ и фактически не активна относительно БуТХ. Для БуХЭ (например, из сыворотки крови лошади)
предпочитаемым субстратом служит БуТХ, который она гидролизует
в 2-3 и 1.5 раза активнее, чем АТХ и ПрТХ, соответственно, а МеТХ
фактически не расщепляет. Во-вторых, избыток АТХ и БуТХ тормозит активность ХЭ L. variegatus, а МеТХ и ПрТХ – нет. Типичная
АХЭ ингибируется избытком всех гидролизуемых субстратов, а у
БуХЭ субстратное торможение отсутствует [14, 19]. Установленные
факты указывают на то, что ХЭ олигохеты не может быть однозначно
отнесена ни к типичной АХЭ, ни к БУХЭ. По конфигурации «ацильного кармана» она ближе к БХЭ, что позволяет ей одинаково эффективно гидролизовать субстраты с различной длиной ацильной части
(АТХ, ПрТХ и БТХ). По сродству к субстратам (значения Km и Vmax/
Km)ХЭ L. variegatus также больше похожа на типичную БуХЭ [20].
Вместе с тем, способность с высокой скоростью гидролизовать субстрат с разветвленной холиновой частью (МеХ) указывает на сходство ХЭ олигохеты с АХЭ в конфигурации холин-связывающего пункта
АЦ. Торможение активности ХЭ червя избытком АТХ и БТХ свидетельствует о наличие ПАП в составе ее АЦ, что также сближает ее с
АХЭ. Однако структура ПАП ХЭ олигохеты и типичной АХЭ, видимо, несколько различаются, т.к. избыток МеТХ и ПрТХ в отличие от
АХЭ не тормозит активность ХЭ червя.
Ранее в мышцах у другого вида олигохеты, земляного червя
Eisenia foetida, также обнаружена одна атипичная ХЭ, отличающаяся
как от типичной АХЭ, так и от БуХЭ. Предпочитаемым субстратом
для неё является ПрТХ, несколько медленнее гидролизуется АТХ, а в
отношении БуТХ и МеТХ она малоактивна. Эффект субстратного
торможения со всеми субстратами отсутствует [7]. В мышцах родственного вида Esenia andrei также обнаружена только одна ХЭ с похожими свойствами, которая фактически с одинаковой скоростью гидролизует АТХ и ПрТХ, но существенно менее активна относительно
БуТХ. Соотношение скоростей гидролиза этих субстратов составляет
100:106:10. Избыток ни одного из них не тормозит активность ХЭ.
Селективный ингибитор АХЭ BW284C51 подавляет ее активность в
той же степени, что и у типичной АХЭ из эритроцитов быка [12, 21].
В мышцах ещё одной земляной олигохеты Lumbricus terrestris холинэстеразная активность характеризуется гидролизом АХ: ПХ: БХ:
125
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
МеХ в соотношении 100:57:43:16 при оптимальной концентрации
субстратов. Кривые зависимости скорости гидролиза АХ, ПХ и БХ от
их концентрации имеют классический колоколообразный вид и эффект субстратного торможения наблюдается при концентрации субстратов 2х10-2 М (pS 1.7). Гидролиз МеХ не тормозится его избытком
[5]. В работе не указано один или два типа ХЭз присутствуют в ткани
червя, но исходя из представленных данных, можно предположить,
что это один фермент близкий по субстратной специфичности к ХЭ L.
variegatus.
По чувствительности к параоксону ХЭ L. variegatus близка к
АХЭ быка, значения kII для которой также составляют около 107 М1
мин-1 [21]. В то же время, ХЭ олигохеты чувствительна к изоОМФА, селективному ингибитору БуХЭ. К действию ДДВФ она имеет ту же чувствительность, что и БуХЭ пресноводных костистых (kII
=3.7106 М-1мин-1), но на порядок более чувствительна, чем БуХЭ сыворотки крови лошади (kII =1.5105 М-1мин-1) [17] или АХЭ эритроцитов быка (kII =9.9104 М-1мин-1) [21].
Таким образом, субстратно-ингибиторный анализ показал, что у
пресноводной олигохеты L. variegatus присутствует атипичная ХЭ,
которая не может быть отнесена ни к типичной АХЭ, ни к БуХЭ. Ее
характеризует высокая удельная активность, и отсутствие избирательности к селективным субстратам и ингибиторам АХЭ и БХЭ позвоночных.
Авторы выражают глубокую благодарность к.б.н. Т.Л. Поддубной за помощь в определении видовой принадлежности олигохет.
Литература
1. Номенклатура ферментов. Рекомендации междунар. биохим. союза/ А.Е.
Браунштейн, ред. М.: 1979.
2. Taylor P. The Cholinesterases // J. Biol. Chem. 1991. V.266, N7. P.40254028.
3. Бресткин А.П., Кузнецова Л.П., Моралев С.Н., Розенгарт Е.В., Эпштейн
Л.М. Холинэстеразы наземных животных и гидробионтов. Владивосток: ТИНРО-Центр. 1997. 466с.
4. Моралев С.Н., Розенгарт Е.В. 1999. Современные представления о структуре и каталитических свойствах холинэстераз позвоночных и беспозвоночных//
Ж. эвол. биохим. физиол. Т. 35. №1. С. 3-14.
5. Augustinsson K-B. Substrate concentration and specificity of choline estersplitting enzymes// Archives of Biochemistry. 1949. V. 23. P. 111-126.
6. Брик И.Л. Холинэстераза мышц морских червей Physcosoma japonicum и
Lumbriconereis impatiens// В кн.: Биохимическая эволюция. Л.: Наука. 1973. С.
56-66.
126
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
7. Andersen R.A., Aune, T., Barstad, J.A. Characteristics of cholinesterase of the
earthworm Eisenia foetida.// Comp. Biochem. Physiol. 1978. V. 61С. № 1. P. 81-87.
8. Лапкина Л.Н., Стойкова О.А. Холинэстеразы пиявок// Биол. внутр. вод.
Информ. бюлл. № 69. 1986. С. 29-32.
9. Principato, G.B. Contenti, S., Talesa V., Mangiabene, C., Pascolini, R. & Rosi,
G. Propionylcholinesterast from Allolobophora caliginosa// Comp. Biochem. Physiol.
1989. V.94C. P. 23 – 27.
10. Talesa V., Grauso M., Giovannini E., Rosi G., Toutant J-P. Solubilization,
molecular forms, purification and substrate specificity of two acetylcholinesterases in
the medicinal leech (Hirodo medicinalis)// Biochem. J. 1995. V. 306. P.687-692.
11. Caselli F., Gastaldi L., Gambi N., Fabbri E. In vitro characterization of cholinesterases in the earthworm Eisenia andrei// Comp. Biochem.Physiol. 2006. V.143C.
N4. P. 416-421.
12. Лапкина Л.Н., Чуйко Г.М., Подгорная В.А., Фрайнд В.В., Куфирина
Т.А. Биохимические свойства холинэстеразы пиявки Glossiphonia complanata
(сем. Glossiphoniвae) из Рыбинского водохранилища// В кн.: Биологические ресурсы Белого моря и внутренних водоемов Европейского Севера. Сб. матер. IV
(XXVII) междунар. конф. Ч.1. (Вологда, Россия, 5-10 декабря 2005г.). Вологда,
2005. С. 250-252.
13. Ellman, G.L., Courtney, K.D., Andres, V. et al. A new and rapid colorimetric
determination of acetylcholin-esterase activity // Biochem. Pharmacol. 1961. V.7. P.
88-95.
14. Bradford, M. M. A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principal of protein-dye binding. Anal. Biochem. 72:248-254; 1976.
15. Диксон М., Уэбб Э. Ферменты. Т.1 – М: Мир. 1982. 392с.
16. Chuiko G.M. Comparative study of acetylcholinesterase and butyrylcholinesterase in brain and serum of several freshwater fish: specific activities and in vitro inhibition by DDVP, an organophosphorus pesticide // Comp. Biochem. Physiol. 2000.
V.127C, N. 3. P.233-242.
17. Чуйко Г.М., Подгорная В.А., Лаврикова И.В. Фосфорорганическое соединение 0,0-диметил-0-(2,2-дихлорвинил)фосфат как селективный ингибитор
для раздельного определения активности ацетилхолинэстеразы и бутирилхолинэстеразы у плотвы Rutilus rutilus// Ж. эвол. биохим. физиол. 2002. Т. 38, С. 203207.
18. Sokal R.R., Rohlf F.J. Biometry. The principals and practice of statistics in
biological research. NY.: W.H. Freeman&Co. 1995.
19. Розенгарт Е.В. Субстратно-ингибиторный анализ холинэстеразы гемолимфы тихоокеанского брюхоногого моллюска Neptunea eulimata// Ж. эвол. биохим. физиол. 2001. Т. 37. №3. С.165-169.
20. Розенгарт Е.В., Басова Н.Е., Хованских А.Е., Эпштейн Л.М. Различные
аспекты субстратной специфичности холинэстеразы зрительных ганглиев тихоокеанского кальмара Todarodes pacificus// Ж. эвол. биохим. физиол. 1996. Т.32.
№4. С.384-392.
21. Чуйко Г.М., Портли Н.М., Подгорная В.А., Бороздинская О.А. В кн:
Н.Н. Немова (ред) «Современные проблемы физиологии и биохимии водных ор-
127
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ганизмов». Мат. междунар. конф 6-9 сентября 2004 г., Петрозаводск, Республика
Карелия, Россия. Петрозаводск: ИБ КарНЦ РАН, 2005. С. 202-207.
128
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Секция 4. Природные
и антропогенные факторы
окружающей среды
и проблемы мониторинга
Мониторинговое исследование качества воды
реки Которосли как источника питьевого
водоснабжения населения г. Ярославля
Ботяжова О.А., Батяева А.В., Поташов Е.В.
Ярославский государственный университет им. П.Г. Демидова
e-mail: botyazh@bio.uniyar.ac.ru
На основе результатов биотестирования по выживаемости цериодафний дана пространственная характеристика и сезонная динамика
качества поверхностных вод реки Которосли в 2003-2005 годах. Работа выполнена по инициативе и при поддержке Верхневолжского отделения Российской экологической академии.
Гидрохимический режим реки Которосли в последние десятилетия претерпел качественные и количественные изменения, особенно
на урбанизированных территориях, находящихся под прессингом антропогенного влияния, которое в отдельных районах доминирует над
природными факторами и, таким образом, становится определяющим
в химическом стоке водотоков. Вода реки Которосли по многим показателям не соответствует жестким нормативам ПДК рыбохозяйственных водоемов: содержание нефтепродуктов превышает ПДК в 3.5
раза, железа – в 2.5 раза, марганца – в 5.8 раз, меди – в 4.5 раза и т.д.
[1]. Токсичность воды приобретает уровень, угрожающий здоровью
людей, т.к. промышленные предприятия зачастую сбрасывают сточные воды прямо в реки, тем самым непосредственно загрязняя источники водоснабжения населения [2]. Отсюда очевидна актуальность
проведения мониторинговых исследований по оценке качества водоемов, являющихся источниками питьевой воды, с целью разработки
восстановительных и профилактических мероприятий.
Целью настоящего исследования являлось сравнительное изучение и оценка качества поверхностных вод реки Которосли методом
129
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
биотестирования на лабораторной культуре Ceriodaphnia affinis Lilljeborg в летний и осенний периоды 2003 – 2005 г.
Для оценки качества природной (нативной) воды отбирали пробы
от истоков до устья реки Которосли со следующих 11 станций:
1 – устье р. Которосли (в районе пляжа); 2 – ниже пос. Карачиха (место слияния рек Которосли и Пахмы); 3 – ниже пос. Красные Ткачи;
4 – дер. Веденье (база отдыха «Прибрежный»); 5 – ниже гор. Гаврилов – Ям; 6 – пос. Белогостицы (р. Векса, берущая начало в оз. Неро);
7 – ливневый сток с Московского проспекта; 8 – ниже стока завода
«Русские краски»; 9 – сток железнодорожной станции Ярославль
Главный; 10 – водозабор Южной водопроводной станции; 11 – сток
выше водозабора Южной водопроводной станции (Рис 1.)
Для биотестирования применяли методы, регламентированные
РД-118-02-90 [3]. Принцип методики кратковременного (острого)
биотестирования с использованием цериодафний основан на определении изменений выживаемости рачков за 48 часов в тестируемой воде по сравнению с контролем. При оценке токсичности воды использовали следующие критерии [4]: если гибель животных составляет
более 50% – очень токсичная вода; если гибель тест-объектов составляет 20% – 50% – токсичная вода; если гибель рачков составляет менее 20% – нетоксичная вода.
В 2003-2005 годах были отобраны и протестированы по показателю выживаемости цериодафний соответственно 88, 110 и 83 пробы
нативной воды. Общее количество летних проб составило 154, осенних – 127, всего – 281 проба за три года.
Результаты исследований 2003 года показали, что в летний период токсичными были пробы воды со станций 4 (дер. Веденье, база отдыха «Прибрежный») от 7 июля, 10 (водозабор Южной водопроводной станции) и 11 (сток выше водозабора Южной водопроводной
станции) от 28 июля. Выживаемость цериодафний в воде этих станций составляла соответственно 70%, 78% и 75%. Наибольшей токсичностью обладала проба воды со станции 4 от 7 июля, когда гибель
цериодафний была максимальной и составляла 30%. Необходимо обратить внимание на снижение выживаемости рачков до 80% в пробах
воды от 7 июля со станций 3 (ниже пос. Красные Ткачи) и 11 (сток
выше водозабора Южной водопроводной станции). Такой показатель
выживаемости занимает пограничное положение между категориями
нетоксичная и токсичная вода.
130
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис.1. Карта – схема станций отбора проб воды реки Которосли
131
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В этой ситуации для окончательного вывода о токсичности, вероятно, необходима проверка данных с использованием других тестобъектов и тест-параметров. В осенний период 2003 года токсичными
свойствами обладала вода со станции 8 (ниже стока завода «Русские
краски») от 20 октября и 10 ноября, где выживаемость тест-объектов
составляла соответственно 64% и 74%, что свидетельствовало о наличии острого токсического действия. Таким образом, доля токсичных
проб в летний период 2003 года составляла 11,3% (5 проб из 44), а в
осенний период – 4,5% (2 пробы из 44). В целом за 2003 год 7 проб
воды (7,95%) из 88 протестированных оказывали токсическое влияние на выживаемость цериодафний.
Результаты кратковременного биотестирования в 2004 году показали, что доля токсичных и очень токсичных проб составляла 16,4%
(18 из 110 проб). В них отмечали снижение показателя выживаемости
на 20% и более от контроля. При этом загрязнение поверхностных
вод Которосли распределялось по акватории реки от истока до устья
и по сезонам года неравномерно. В летнюю межень на 1 – 5 станциях
12% составляли пробы со слабым токсическим эффектом (снижение
выживаемости на 20%). В осенний период эти пробы вообще не оказывали токсического влияния на показатель выживаемости тестобъектов. Напротив, станции 6 – 11, находящиеся в черте г. Ярославля, практически все, но в разное время были токсичными или очень
токсичными. В летнее время наибольшую токсичность проявляли
пробы со станций 6 (пос. Белогостицы – р. Векса) от 11 августа, 7
(ливневый сток с Московского проспекта) и 8 (сток завода «Русские
краски») от 9 июня и 28 июля, в которых выживаемость снижалась на
30-50% от контроля. В осенний период была отмечена очень высокая
летальность цериодафний (80%) в пробах со станции 9 (сток железнодорожной станции Ярославль Главный) от 1 октября и 11 (сток выше
водозабора Южной водопроводной станции) от 16 сентября и 1 октября (летальность 73% и 90% соответственно). Пограничное положение по показателю токсичности занимали пробы 4 (дер. Веденье) и
5 (ниже гор. Гаврилов Ям) от 9 июня, 2 (ниже пос. Карачиха) от 28
июля и 9 (сток железнодорожной станции Ярославль Главный) от 11
августа, в которых гибель рачков составляла 20%.
В 2005 году из 55 летних проб воды 24 пробы (43,6%) показали
100% выживаемость цериодафний, в 27 пробах (49,1%) выживаемость
снижалась, но составляла не менее 80%, что позволяет отнести их к
разряду нетоксичных. 3 пробы (5,5%) – токсичные, т.к. выживаемость
снижалась более чем на 20% и 1 проба (1,8%) была очень токсичная
132
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
(выживаемость только 25%). В осенний период 15 проб (53,6% от
общего количества осенних проб) вообще не влияли на цериодафний,
т.к. выживаемость тест – объекта составляла 100%. В 13 пробах
(46,4%) отмечали незначительное снижение показателя выживаемости, не превышающее 15%-й уровень по сравнению с контролем, что
также позволяет отнести их к разряду нетоксичных. В целом за 2005
год можно отметить, что негативное влияние воды реки Которосли на
показатель выживаемости рачков было более выражено в период летней межени. По акватории Которосли загрязнение распределялось
неравномерно. Наибольшей токсичностью обладала проба со станции
11 от 11 августа, когда выживаемость тест-объекта снижалась до 25%,
т.е. гибель рачков превышала 50% уровень. На этой же станции отмечали снижение показателя выживаемости до 90% в двух пробах, до
85% – в одной пробе и до 79% (т.е. гибель рачков составляла 21%)
еще в одной пробе, которую нужно отнести к категории токсичных. В
точках 6 (пос. Белогостицы, река Векса, вытекающая из озера Неро) и
10 (водозабор Южной водопроводной станции) в период летней межени 2005 года также наблюдали по одной токсичной пробе воды с
показателями летальности особей 21% и 25% соответственно. Суммируя данные биотестирования проб воды реки Которосли по всем
точкам отбора в 2005 году, можно заключить: в 3 пробах (3,61%) показатель выживаемости составлял от 50 до 80%, вода – токсичная; в 1
пробе (1,20%) выживаемость была ниже 50%, вода – очень токсичная.
В целом доля токсичных проб в 2005 году была незначительной и составляла 4,81% (4 пробы из 83).
Подводя итог сравнительного анализа результатов биотестирования за 2003 – 2005 годы, необходимо выделить станции, вода которых
показала наибольшую токсичность за весь период исследования.
Наиболее токсичной за весь период исследования была проба со
станции 11 от 1 октября 2004 года, в которой выживаемость цериодафний составляла всего 10%. Далее в порядке убывания летальности
цериодафний и, следовательно, степени токсичности пробы следуют
так: ст. 9 от 1 октября 2004 года (летальность 80%), ст. 11 от 11 августа 2005 года (гибель 75%) и на этой же станции проба от 16 сентября
2004 года (гибель 73%). Все эти пробы по показателю выживаемости
можно отнести к категории очень токсичных, т.к. гибель тестобъектов составляет более 50%. В следующую группу можно включить токсичные пробы: ст. 6 от 11 августа 2004 г. (выживаемость
50%), ст. 7 и 10 пробы от 28 июля 2004 года (выживаемость по 60%),
ст. 8 от 20 октября 2003 года (выживаемость 64%), ст. 8 от 28 июля
133
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2004 года (выживаемость 67%), станции 7 и 8 от 9 июня 2004 года, а
также № 4 от 7 июля 2003 года (выживаемость 70%), ст. 8 от 10 ноября 2003 года (выживаемость 74%), ст. 11 от 28 июля 2003 года и станция 10 от 19 июля 2005 года (выживаемость 75%), ст. 10 от 28 июля
2003 года (выживаемость 78%), наконец, ст. 6 и 11 от 19 июля 2005
года (выживаемость 79%). В других пробах выживаемость составляла
более 80%. На наш взгляд, необходимо уточнить два момента. Первый касается окончательного установления категории токсичности
проб с пограничным показателем выживаемости 80%. Второй – оценка токсичности проб с выживаемостью 81 – 90%. Вероятно, окончательная оценка качества питьевой воды должна все-таки учитывать
наличие в пробах незначительного количества погибших особей, при
этом речь не идет о пробах с выживаемостью более 90%, т.к. даже в
контроле допускается летальность 10% особей.
Особо пристального внимания заслуживают результаты биотестирования по станциям 10 (водозабор Южной водопроводной станции) и 11 (неизвестный сток выше водозабора Южной водопроводной
станции), на основании которых возникает вопрос о качестве воды
Красноперекопского и Фрунзенского районов г. Ярославля, водопроводные сети которых являются потребителями водозабора Южной
водопроводной станции. Резкое изменение качества воды в пробах
одной и той же станции могло происходить буквально в течение 2-х
недель. К сожалению, биотестирование не позволяет установить причины такой быстрой смены токсикологической характеристики тестируемой воды. Можно только предполагать, что имело место локальное загрязнение сточными водами, источник которых нужно
выявлять.
Детальное сравнение результатов биотестирования по летнему и
осеннему периодам 2003 – 2005 годов показывает наличие сезонной
динамики выживаемости цериодафний в воде реки Которосли. Из 44
летних проб 2003 года доля проб с токсическим эффектом составляла
11,3% (5 проб), при этом наблюдали снижение выживаемости рачков
на 20 – 30%. Важно, что на каждой из 11 станций хотя бы в один из
дней отбора отмечали наличие загрязнения разной степени интенсивности. Количество станций со сниженным показателем выживаемости
составляло: 7июля – 6, 28 июля и 25 августа – по 5. В осенний период
в 2-х пробах (обе со станции № 8) от 20 октября и 10 ноября отмечали
снижение выживаемости особей, превышающее 20%, на основании
чего можно говорить, о наличии токсического эффекта. В целом пробы осеннего сезона были более «чистыми», чем в летний период 2003
134
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
года. В 2004 году из 55 проб нативной воды, протестированных в летний период, 13 (23,6%) являлись токсичными, т.к., гибель цериодафний в них превышала 20%-й уровень от контроля. Осенью 2004 года
токсическим эффектом обладали 5 проб, в том числе очень токсичными были 3 пробы (5,45%). В 2005 году из 55 летних проб воды
лишь 3 пробы (5,5%) были токсичными, т.к. выживаемость в них
снижалась более чем на 20% и 1 проба (1,8%) была очень токсичная
(летальность 75%). В осенний период 15 проб (53,6% от общего количества осенних проб) вообще не влияли на цериодафний, выживаемость тест – объекта составляла 100%. В 13 пробах (46,4%) отмечали
незначительное снижение показателя выживаемости, не превышающее 15%-й уровень по сравнению с контролем, что также позволяет
отнести их к разряду нетоксичных. В целом по результатам биотестирования воды реки Которосли в 2005 году можно отметить, что негативное влияние на показатель выживаемости рачков было более выражено в период летней межени.
Таким образом, сопоставление сезонной динамики за летний и
осенний периоды 2003 – 2005 годов показало, что максимальное количество токсичных проб воды приходилось на лето 2004 года
(23,6%). Далее в убывающем по токсичности проб порядке следуют
сезоны: лето 2003 года (11,3%), осень 2004 года (9,1%), лето 2005 года (7,3%), осень 2003 года (4,5%). Осенью 2005 года токсичные пробы
отсутствовали. В целом по числу токсичных проб лидирует 2004 год
(16,4%), затем следует 2003 год (7,95%), наименьшая доля токсичных
проб приходится на 2005 год (4,81%). Что касается степени токсичности, то она также была максимально выражена в пробах 2004 года.
По данным сравнительного анализа результатов биотестирования
в 2003 – 2005 годах можно ранжировать станции отбора по количеству
токсичных проб в убывающем порядке: станция 11 (сток выше водозабора Южной водопроводной станции) – 7 токсичных проб; станции 10
(водозабор Южной водопроводной станции), 9 (сток железнодорожной
станции Ярославль Главный) и 8 (ниже стока завода «Русские краски») – по 4 токсичных пробы; станция 6 (пос. Белогостицы, р. Векса,
вытекающая из оз. Неро) – 3 токсичных пробы; станции 7 (ливневый
сток с Московского проспекта) и 4 (дер. Веденье, база отдыха «Прибрежный») – по 2 токсичных пробы; станции 5 (ниже гор. Гаврилов –
Ям), 3 (ниже пос. Красные Ткачи) и 2 (ниже пос. Карачиха, место
слияния рек Которосли и Пахмы) – по 1 токсичной пробе.
Загрязнение поверхностных вод Которосли в течение исследованного периода 2003 – 2005 годов было неравномерным по течению
135
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
реки от истока до устья. Установление каких-то пространственных
закономерностей распределения загрязнения пока крайне затруднено.
Уровень токсического влияния воды на цериодафний, судя по показателю выживаемости, различался не только на разных станциях отбора
проб, но также в летний и осенний периоды. Наиболее пристального
внимания и по пространственной, и по сезонной динамике токсичности заслуживают точки, расположенные по Которосли в черте г. Ярославля, особенно в районе водозабора Южной водопроводной станции, т.к. водопроводные сети Красноперекопского и Фрунзенского
районов являются ее потребителями. Серьезного обсуждения токсикологов требуют также вопросы о периодичности отбора проб в мониторинговых исследованиях и критериях токсичности воды. При сопоставлении сроков отбора, нетрудно заметить, что имеет место
некоторое нарушение периодичности. С одной стороны это может затруднять сравнение результатов биотестирования, но с другой стороны, когда речь идет о мониторинговых исследованиях, картина получается более полной, чем в случае четкого следования графику отбора
в одни и те же даты из года в год. До сих пор окончательно не ясно,
какие критерии (О.Филенко; Б.Флеров; РД-118-02-90 и др.) наиболее
приемлемы для объективной токсикологической характеристики и
оценки токсичности водотоков, являющихся источниками бытового
и, тем более, питьевого водоснабжения населения. В заключение еще
раз остается подчеркнуть, что для корректной токсикологической
оценки качества воды, особенно на урбанизированных территориях,
необходим мониторинговый подход с круглогодичным отбором проб
не реже двух раз в месяц и одновременным использованием различных тест-объектов и тест-функций.
Литература
1. Овчинников В.И. и др. Состояние окружающей среды и экологические
проблемы города Ярославля. – Актуальные проблемы экологии Ярославской области. – Ярославль, 2002. – С. 24.
2. Лукьяненко В.И., Мелюк С.А. Динамика загрязнения окружающей среды
и заболеваемости населения в России и Ярославской области за последнее десятилетие ХХ века. – Актуальные проблемы экологии Ярославской области. –
Ярославль, 2005. – С. 26.
3. РД-118-02-90. Методическое руководство по биотестированию воды. –
М.: Госкомприрода, 1991. – 48 с.
4. Флеров Б.А. Оценка экологического состояния водоемов при антропогенном воздействии //Гидробиологический журнал, 1991.- № 3. – С. 37 – 41.
136
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Диагностика состояния почв
по микробиологическим показателям
Волкова И.Н., Старкова О.В.
Ярославский государственный университет им. П.Г. Демидова
150057 Ярославль, проезд Матросова 9.E-mail:ver@bio.uniyar.ac.ru
На примере почв г. Ярославля сделана попытка отбора микробиологических показателей для мониторинга состояния дерновоподзолистых почв и для диагностики степени их нарушенности. Установлено, что функциональные показатели потенциальной биологической активности целесообразно использовать для мониторинга. Для
определения устойчивости почв к загрязнителям и диагностики их состояния необходимо использовать в сочетании с показателями структуры микробных сообществ и показатели реальной биологической активности.
В решениях международной научной конференции «Современные проблемы загрязнения почв» одним из наиболее востребованных
в ближайшее время направлений природоохранных исследований
обозначена разработка информативных показателей экологического
состояния почв и надежных, доступных методов их определения [1].
Эти показатели и методы необходимы для адекватного определения
экологического качества почв, их ценовой стоимости, регламентации
использования. Данная работа относится к исследованиям названного
направления, ее целью является отбор наиболее надежных и доступных методов диагностики антропогенных нарушений дерновоподзолистых почв на основе ряда микробиологических показателей. В
качестве объектов исследования были выбраны почвы разной степени
нарушенности г. Ярославля и его южного промышленного узла.
В силу разнокачественности антропогенных воздействий на почвы городов и промышленных зон (рекреация, загрязнение, перемешивание, скальпирование) диагностика степени их нарушенности, повидимому, возможна только по интегральным показателям. Таким
интегральным показателем служит плодородие – способность почвы
производить урожай не только в агрономическом, но и общебиологическом смысле. Общепризнано, что из всех представителей почвенной биоты микроорганизмы наиболее чутко реагируют на изменение
условий обитания. Немаловажно и то, что микроорганизмы чувствительны именно к первым, часто мало заметным этапам нарушения, к
низким концентрациям поллютантов [2-7]. Эта особенность делает
137
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
микроорганизмы крайне привлекательными как для целей мониторинга, так и для теоретического обоснования устойчивости различных почв к антропогенным воздействиям.
К категории интегральных показателей биологической активности следует, в первую очередь, отнести реальную биологическую активность, определяемую по интенсивности выделения газов в полевых условиях. На наш взгляд, существуют две объективные причины,
по которым эти методы не часто используются для мониторинговых
целей. Во-первых, особенностью показателей реальной биологической активности является их зависимость от гидротермических и пространственных условий. Флуктуации, связанные с сезонностью, могут
в ряде случаев быть больше, чем от антропогенных воздействий. Вовторых, эти методы требуют хорошей приборной базы от исследовательских учреждений. Поэтому вполне понятен интерес к менее затратным, но не менее надежным критериям оценки состояния почв.
В 2004-2005 гг. нами были изучены 13 почв г. Ярославля и его
пригородов разной степени нарушенности: техноземы и урбаноземы
(сильно нарушенные), урбо-дерново-подзолистые (средненарушенные), дерново-подзолистые почвы городских парков и лесопарков (малонарушенные) – относительный контроль и почвы пригородных территорий (не нарушенные) – абсолютный контроль. В сезонной
динамике (лето-осень) были проанализированы: реальная и потенциальная ферментативная активность, определявшаяся по интенсивности
накопления белков и аминокислот [8], протеолитическая активность
[9], фитотоксичность (по проросткам) [10]. Данные по интенсивности
накопления аминокислот in situ (т.е. реальная биологическая активность) и in vitro (потенциальная биологическая активность) представлены на диаграмме (Рис.1). Накопление аминокислот зависит от степени нарушенности почвы и изменяется однотипно как in situ, так и in
vitro. Так, самые низкие значения показателя характерны для техноземов. Урбаноземы и урбо-дерново-подзолистые дают значительный
разброс показателей накопления нингидринположительных веществ –
от средних до высоких. Эта закономерность уже отмечалась другими
исследователями [6] и связана со стимулирующим эффектом низких
концентраций загрязняющих веществ. Почвы фоновых территорий
имеют средние показатели нингидринположительной активности. При
этом лабораторные показатели в 1,1-1,6 раза выше таковых, полученных в природе. Однотипная закономерность получена и для белковых
пятен. Это завышение в накоплении аминокислот и белков в лабораторных образцах, по-видимому, связано с особенностями методики: в
138
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
площадь аминокислотных пятен, %
природных образцах идет частичный вынос аминокислот с токами
промывающих почву вод, а в лабораторном эксперименте – нет. Сезонные колебания этого показателя (лето – осень 2004г.) составляют 315% для одной и той же почвы (как in situ, так и in vitro); осенние показатели, как правило, выше летних. Мониторинг в контролируемых условиях лаборатории может дать более рельефно выявляющиеся тенденции в многолетних наблюдениях, так как позволяет отмести
влияние сезонных флуктуаций в разные годы. Протеолитическая активность, определявшаяся нами для осенних образцов 2005г., представлена в табл. 1. Закономерности в изменении этого показателя
сходны с показателем накопления аминокислот и белков.
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
технозём (газон на проспекте
Фрунзе)
урбанозём (обочина дороги у
Яковлевского бора)
урбанозём (газон парка НПЗ)
дерново-подзолистая почва
(центр Яковлевского бора)
образцы
in situ, осень
in vitro, осень
in situ,лето
in vitro,лето
Рис.1 Накопление аминокислот в некоторых почвах г. Ярославля
Таблица 1
Протеолитическая активность некоторых почв г. Ярославля
Почвенные образцы
№1 технозём (газон на проспекте Фрунзе)
№2 урбанозём (двор школы №14)
№3 урбанозём (обочина дороги у Яковлевского
бора)
№4 урбанозём (обочина дороги у Тверицкого бора)
№6 урбанозём (газон парка НПЗ)
№9 дерново-подзолистая почва (центр Яковлевского бора)
№10 дерново-подзолистая почва (центр Тверицкого бора)
139
Индексы протеолитической активности
лето
осень
1,40
2,20
1,60
1,80
2,20
3,0
1,80
2,0
1,80
2,60
2,40
3,20
1,60
1,70
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Показатель фитотоксичности, определяемый по проросткам, малочувствителен и не подходит для ранней диагностики нарушений
почвы. Исходя из вышесказанного, мы считаем, что для целей мониторинга лучше использовать именно показатели потенциальной активности микробиоты, получаемые в строго контролируемых условиях лаборатории. Дополненные традиционными химическими
анализами (% гумуса, рН, количество поглощенных оснований), эти
показатели позволят выявить в многолетних наблюдениях изменения
почвенных свойств.
Выяснение степени антропогенного вмешательства, т.е. диагностика состояния почвы, требует привлечения показателей, затрагивающих глубинные процессы, как в самом почвенном теле, так и в
почвенном ценозе. Обсуждение структурных изменений косной почвенной составляющей не входило в нашу задачу. Интегральной реакцией биоценоза на любое достаточно серьезное воздействие будет являться
изменение
структуры
сообществ
(растительных,
бактериальных и т. д.), входящих в его состав [6]. Изменения в структуре растительных сообществ в ответ на медленно нарастающее антропогенное воздействие обладают значительной инерцией. Микробное сообщество реагирует гораздо быстрее. Показатели,
характеризующие отклик почвы на внешнее воздействие, можно назвать структурными, поскольку они опираются на изучение параметров структуры микробных сообществ [4,11]. Такими параметрами являются видовое разнообразие, характер доминирующих видов и
перестройки в микробном сообществе. Для диагностики степени антропогенных изменений и устойчивости к ним почв используется метод инициированного микробного сообщества [4]. Обсуждаемый метод позволяет получить весьма ценную информацию. Так, величина
зоны гомеостаза является мерой потенциальной устойчивости почвы
к данному виду загрязнителя (ее резистентности), по ее размерам
можно устанавливать значения ПДК различных веществ для данной
почвы. По структуре сообщества в других адаптивных зонах можно
оценить степень нарушений в почве. Однако, структурные исследования микробных сообществ трудоемки, для идентификации микроорганизмов до вида необходимы высококвалифицированные кадры. Эти
особенности делают данный метод достаточно редким в практике
почвенной диагностики. Нами была сделана попытка адаптации данной методики к условиям микробиологической лаборатории провинциального вуза.
140
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Для исследования были выбраны три почвы промзоны г. Ярославля, различающиеся по основным химическим свойствам (табл.2).
Таблица 2
Некоторые химические и микробиологические характеристики
почв промзоны г. Ярославля
pH
О.1
О.2
1,80
0,73
5,82
7,81
2,66
0,33
О.3
2,10
4,82
3,49
6
образец
показатель
Гумус,
%
Поглощён-ные
основания,
мгэкв/100 г
3,8
0,4
Гидролитическая кислотность,
мг-экв/100 г
Численность
УОМ
КОЕ/г
Доля в
общ.
числ., %
6,07*105
2,98*105
12
8,5
10,2*105
9
Образцы отбирали из горизонта А1 с глубины 0-5 см, хранили в
воздушно-сухом состоянии. Анализ химических свойств почв проводили по стандартным методикам. Общую численность сапротрофных
микроорганизмов определяли на глюкозо-пептонно-дрожжевой среде
(ГПД). Посев из почв, искусственно загрязненных нефтепродуктом
(дизельное топливо, нефтешлам) проводили после 14 суток инкубации,
а из незагрязненной – через такое же время после регидрирования. Определяли общую численность сапротрофных микроорганизмов (Рис.
2), численность углеводородокисляющих микроорганизмов (УОМ) на
среде Бушнела-Хааса (Табл.1), изучали видовое разнообразие сапротрофов в каждом образце, выявляли доминанты, субдоминанты, редко
встречающиеся виды и на основе этих данных строили синэкологические диаграммы. Одна из них приведена на рисунке 3. Отличие наших
экспериментов от методики, предложенной В.С. Гузевым в том, что в
качестве тестируемой группы микроорганизмов мы использовали сапроторофную группировку, способную расти на ГПД, а не амилолитическое сообщество. В качестве веществ, инициирующих рост бактерий – углеводороды нефтешлама и дизельного топлива.
Микробные сообщества выбранных для исследования незагрязненных почв имеют сходную морфологическую структуру. Общее
число сапротрофных видов каждого образца близко (О.1 – 8, О.2 – 9 и
О.3 – 8). Около 50 % всех культур каждого образца составляют кокки,
примерно 25% – палочки и столько же – актиномицеты; абсолютное
большинство штаммов – грамположительные неспорообразующие.
141
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
При этом оказалось, что общее количество штаммов, выделяемых из
разных экспериментальных вариантов, сравнительно невелико (17).
Для определения до рода основной массы изолятов (2/3) бывает достаточно культурально-морфологических свойств. Это обстоятельство позволяет диагностировать устойчивость почвы к определенному загрязнителю в сравнительно короткие сроки (около месяца). Детальность
диагностики зависит от задач, поставленных перед исследователем. В
ряде экстренных ситуаций определение до вида не требуется.
140
КОЕ*10*6/г почвы
120
100
80
60
ААААА
40
О.3
20
О.2
0
0
0,5
О.1
1
4
почвенный
образец
8
концентрация ДТ, мл/кг почвы
70
КОЕ*10*6, кл/г почвы
60
50
40
30
20
10
О.3
О.2
почвенный
О.1
образец
0
0
0,5
1
4
8
концентрация нефтешлама, мг/кг
О.1
О.2
О.3
Рис. 2. Общая численность сапротрофов в некоторых почвах г.Ярославля
при изменении концентраций дизельного топлива и нефтешлама.
О.1 – дерново-среднеподзолистая на моренном суглинке; О.2. – дерновоподзолистая слабодифференцированная; О.3 – дерново-глеевая
142
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
По величине зоны гомеостаза можно говорить о сходной буферности к выбранным загрязнителям дерново-глеевой (1мл/кг для ДТ и
0,5-1 мг/кг для нефтешлама) и дерново-подзолистой почв (0,7-0,8 мл
ДТ/кг и 0,5-1 мг шлама/кг) (Рис.3). Однако анализ структуры микробного сообщества у этих образцов в других адаптивных зонах позволяет говорить о большей потенциальной устойчивости к загрязнению
дерново-подзолистой почвы (О.1), т.к. она обладает очень протяжённой зоной стресса 0,7-70 мг ДТ/кг и значительной зоной репрессии
70-400 мгДТ/кг [12]. У дерново-глеевой почвы границы зоны стресса
гораздо уже (1- 8 млДТ/кг). На основании численности УОМ (Табл. 2)
почва О.1 наиболее способна и к самоочищению от углеводородов.
Рис. 3. Влияние дизельного топлива на организацию сапротрофного
микробного сообщества дерново-подзолистой почвы (О.1). Обозначения:
– доминанты
– субдоминанты
– редкие виды
Функциональные показатели потенциальной микробиологической и ферментативной активности в сочетании с классическими химическими анализами почвы, по нашему мнению, целесообразно использовать для мониторинга почв. Структурные микробиологические
показатели дают более объемную информацию о состоянии почв и
позволяют, в определенной мере, прогнозировать их устойчивость к
нарушениям, особенно к химическому загрязнению. Эти показатели
подходят для экспрессной диагностики нарушенности почв. Такие
143
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
показатели, дополненные данными о реальной физиологической активности микроорганизмов (например, о дыхании, азотфиксации) будут наиболее надежными и достоверными и подходят для детальной
диагностики антропогенных нарушений почв.
Литература
1. Мотузова Г.В. Международная научная конференция «Современные
проблемы загрязнения почв»// Почвоведение, 2005, №5. -С.634-637.
2. Звягинцев Д.Г. Почва и микроорганизмы. – М.: Изд-во МГУ, 1987.-256с.
3. Кураков А.В., Звягинцев Д.Г., Филип З. Изменение комплекса гетеротрофных микроорганизмов при загрязнении дерново-подзолистой почвы свинцом//Почвоведение. 2000 №12. С.1448-1456.
4. Гузев В.С. Техногенные изменения сообщества почвенных микроорганизмов/ В.С.Гузев, С.В.Левин//Перспектива развития почвенной биологии: Всероссийская конференция: Москва, 22 февр.2001: Труды/Отв. Ред. Д.Г.Звягинцев.
М.: МАКС Пресс, 2001.- С.178-220.
5. Ананьева Н.Д. Микробиологические аспекты самоочищения и устойчивости почв/Н.Д. Ананьева. Отв. ред. Д.Г. Звягинцев – М.: Наука, 2003.-223с.
6. Почва, город, экология / Под ред. Г.В. Добровольского. – М.: Фонд «За
экономическую грамотность», 1997. – 320 с.
7. Лысак Л.В., Сидоренко Н.Н. Особенности микробных сообществ городских загрязнённых почв. Экология почв. Избранные лекции VIII-IX Всероссийских школ. М.: ПОЛИТЕКС, 1999. С.226-237.
8. Методы почвенной микробиологии и биохимии/ Отв. ред. Д.Г. Звягинцев. М.: Изд-во МГУ,1991.-308с.
9. Йожев Сэги Методы почвенной микробиологии/ С. Йожев – М.: Колос,
1983.-296с.
10. Орлов Д.С. Экология и охрана биосферы при химическом загрязнении:
Учебн. пособие/ Д.С. Орлов, Л.К. Садовникова, И.Н. Лозановская.- М.:
Высш.шк..,-2002.-334с.
11. Добровольская Т.Г., Чернов И.Ю., Евтушенко Л.И., Звягинцев Д.Г. О
показателях структуры бактериальных сообществ//Микробиология, 1997, Т.66,
№3. -С.408-414.
12. Волкова И.Н., Мелентьева В.С. Диагностика загрязнения дерновоподзолистой почвы дизельным топливом методом инициированного микробного
сообщества/Биология, экология, химия, безопасность жизнедеятельности: Материалы Всероссийской научной конференции, посвященной 200-летию Ярославского государственного университета им. П.Г. Демидова.- Ярославль, 2003.С.34-38.
144
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Изучение влияния жидкой фракции отходов
нефтеперерабатывающего производства на
некоторые физиологические показатели
культуры Scenedesmus acutus
Воропаева О.Г.
Ярославский государственный университет им. П.Г. Демидова
e-mail: ver@bio.uniyar.ac.ru
Проведена интегральная оценка влияния жидкой фракции отходов нефтеперерабатывающего производства из прудов-накопителей на
культуру Scenedesmus acutus. Обнаружено ингибирование роста, выживаемости, фотосинтетической активности культуры при концентрации отходов 2,5-40 мг/л, а также торможение процесса подщелачивания среды и изменение морфологии ценобиев.
Нефть и нефтепродукты в настоящее время являются наиболее
распространенными загрязнителями природной среды, приводящие к
глубокому изменению естественных биоценозов [2,4]. Водоросли как
первичнопродуценты первыми оказываются под влиянием этих многокомпонентных по своему составу и токсичных, по ряду показателей, отходов. Водоросли чувствительны к токсикантам и сравнительно легко удаются в культуре, поэтому их часто выбирают как тест –
объекты для изучения влияния загрязнителей среды на живые организмы. В ряде работ приводятся данные по оценке влияния нефти и
нефтепродуктов на микроводоросли [3, 4, 8, 6] Однако все работы
выполнены на различных видах нефти, мазуте, саляре, дизельном топливе, сточных водах нефтеперерабатывающих производств разной
степени очистки, но ни в одной из них не затрагивается вопрос складирования нефтепереработанных отходов, которые, как правило, находятся рядом с территорией предприятия, а поэтому могут вызвать
опасное воздействие на окружающую среду особенно при какой-либо
аварийной ситуации. Опасность этих прудов – накопителей заключается и в том, что по технологии производства в отходах по переработке нефти, в зависимости от производимого продукта, добавляются
концентрированные кислоты, щелочи, поверхностно – активные вещества и др. продукты, повышающие токсичность эмульгированной в
воде нефти [4].
В Ярославской области нефтепереработка производится на крупнейшем объединении ОАО «Славнефть-Ярославнефтеоргсинтез» и
его дочернем предприятии «Славнефть – ЯрНПЗ им.Д.И. Менделее145
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ва». Для складирования отходов производства используют систему
секционных прудов – накопителей, которые расположены вблизи с
водоохраной зоной рек Печегда и Волга, что создаёт потенциальную
опасность их загрязнения. Отходы производства представляют собой
так называемый кислый гудрон, относящийся к отходам 2 класса
опасности, он содержит до 40 % серной кислоты и расслаивается на
верхнюю жидкую и нижнюю густую фракцию.
Материалы и методы
Наши исследования по влиянию жидкой фракции отходов нефтеперерабатывающего производства из прудов – накопителей проведены на культуре Scenedesmus acutus, выделенной из почвы в 50 м от
видимой визуальной зоны загрязнения нефтеотходами. Этот вид является обычным и для пресноводных водоёмов. Идентификацию тестобъекта и других водорослей зоны складирования отходов проводили
по Определителю пресноводных водорослей СССР, с использованием
микроскопа MBS-30. До постановки эксперимента культура Scenedesmus acutus многократными пассажами была адаптирована к среде
Прата. Опыты ставились в колбах Эрленмейера на 200 мл, с объёмом
среды 100 мл в люминостате с освещённостью 4 тыс. лк лампами
ЛДС-40, с 8-ми часовым освещением, при температуре 20-22 оС, с перемешиванием суспензии 2 раза в сутки. РН среды регистрировали на
лабораторном РН-метре. Подсчёт клеток проводили в счётной камере
Фуке-Розенталя, процент живых и мёртвых клеток определяли с использованием метиленовой сини. Фотосинтетическую активность водорослей и траты кислорода на дыхание определяли скляночным методом Винберга.
Экспресс-анализ токсичности среды для культуры проводили на
установке «Фитотестер-03» (лицензированная установка Красноярского гос. ун-та) с термолюминостатированным выращиванием водорослей при температуре 36+-0,5 оС, освещении лампой и постоянном
барботаже. В установке определяется и плотность суспензии на приборе ИПТ-02 (длина волны 660 нм). Время эксперимента 1 сутки.
Культура предварительно адаптирована к такому режиму. Расчёт показателя критерия токсичности (КТ) проводили по формуле КТ=(DкDт)/Dк, где Dк и Dт величины оптической плотности контрольного и
тестируемого образца. Превышение порогового уровня КТ>0.2 говорит об ингибировании репродуктивной функции водорослей. Все варианты опыта ставились в 3-х кратной повторности (культиватор установки включает одновременно 18 проб).
146
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В опыте исследовано действие следующих концентраций отходов
2,5 мг/л, 5 мг/л, 10 мг/л, 20 мг/л, 40 мг/л, приготовленных на среде
Прата, контролем служила среда Прата. В ходе эксперимента наблюдали за морфологическими изменениями ценобиев.
Результаты и обсуждение
В экспериментах по влиянию отходов НПЗ на культуру Scenedesmus acutus были испытаны концентрации нефтепродуктов 2,5 мг/л, 5
мг/л, 10 мг/л, 20 мг/л, 40 мг/л. Начальное количество клеток во всех вариантах опыта и в контроле приблизительно 590 тыс. кл/л. Первые 3-е
суток мы не отмечали гибели ни в одном из вариантов опыта, причём
самая высокая концентрация нефтеотходов 40 мг/л дала больший прирост клеток, чем меньшие концентрации. Это явление объясняется эффектом Арндт-Шульца, заключающегося в том, что аккумуляция токсического вещества на поверхности клетки не убивает в начальный
период культивирования, а изменяет проницаемость мембраны, нарушая её барьерные функции, что определяет поступление питательных
веществ в клетку, усиление метаболизма и частоту деления [1]. Однако
количество живых клеток при этом снизилось до 76,6%. В последующие сутки при этой концентрации отмечено резкое снижение репродуктивной функции и летальный исход на 10-е сутки культивирования.
Более низкие концентрации, хотя и не вызывали гибели, но ингибировали рост культуры, снижая количество живых клеток за 10 суток от
95,7 % при конц. 2,5 мг/л до 41,8% при конц. 20 мг/л. В контрольном
варианте живыми оставалось 97,9% клеток (рис 1).
При малых концентрациях токсиканта в хроническом эксперименте возможна адаптация клеток и увеличение частоты деления. Однако после 10-и суточного культивирования мы закончили эксперимент, поскольку показатель PH в контрольном варианте составил
10.34, что говорит об ухудшении состояния культуры, а подкисление
среды, что обычно и делается в продолжительных экспериментах, нарушило бы картину по влиянию на состояние культуры самих отходов НПЗ, понижающих РН уже в начале эксперимента, т.к. этот токсикант (так называемый кислый гудрон) состоит на 40 % из серной
кислоты (рис. 2).
147
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
тыс. кл./л
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
1
3
7
10
сутки
контроль
концентрация 2,5 мг/л
концентрация 5 мг/л
концентрация 10 мг/л
концентрация 20 мг/л
концентрация 40 мг/л
Рис.1. Влияние жидкой фракции нефтепродуктов
на репродуктивную функцию культуры Scenedesmus acutus
Динамика изменения РН среды в течение опыта коррелируется с
изменением численности клеток и выживаемости. Известно, что процесс подщелачивания среды при культивировании водорослей является естественным процессом, что объясняется связыванием свободной кислоты при фотосинтезе [7]. При добавлении к среде отходов
НПЗ при всех концентрациях, на всём периоде культивирования отмечалось занижение показателя РН среды по сравнению с контрольным вариантом. На 10-е сутки он составил 6,57-9,69 при разных концентрациях отходов НПЗ, а в контроле 10,34, что говорит о
токсичности отходов НПЗ. К морфологическим аномалиям, отмеченным в ходе эксперимента, мы можем отнести распад ценобиев Scenedesmus acutus на 2-х и даже одноклеточные. Количество фрагментированных ценобиев увеличивалось в зависимости от концентрации
токсиканта от 20 до 22%, в контрольном же варианте оно не превышало 10%.
Морфологические изменение клеток мы оцениваем как фенотипические, поскольку при перенесении их в незагрязнённую среду они
приходили в норму.
148
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
%: жив . Кл.
120
100
80
60
40
20
0
1
3
7
10
сутки
Рис. 2. Выживаемость клеток Scenedesmus acutus
под влияние жидкой фракции нефтепродуктов при окрашивании красителем
В краткосрочном эксперименты на «Фитотестере-3» (24 часа)
был получен прирост численности клеток (измерение по плотности –
D) во всех вариантах опыта, однако наивысший показатель отмечен в
контрольном варианте – в 6,3 раза, в опытных вариантах этот показатель колебался в интервале 2-3,8 (рис. 3).
Рассчитанный критерий токсичности во всех вариантах КТ<2,
что подтверждает токсичность испытанных концентраций отходов
НПЗ на культуру Scenedesmus acutus.
Ещё одним важным показателем физиологического состояния
клеток водорослей является их фотосинтетическая активность, лежащая в основе продукционного процесс, а также траты кислорода на
дыхание, что говорит об интенсивности деструкции в системе. Наши
эксперименты показали снижение фотосинтетической активности водорослей на 10-е сутки при конц. 2,5-2, мг/л до 0,06-0,13 мг О2/л сутки, что в 2,2-4,8 раза ниже контроля – 0,29 мг О2/л сутки и увеличение трат на деструкцию до 0,14-0,23 мг О2/л сутки, что в 1,1-1,8 раз
превышает контроль – 0,13 мг О2/л сутки (рис. 4).
149
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
D
0,25
0,2
0,15
0,1
0,05
0
1
сутки
2
контроль
концентрация 2,5 мг/л
концентрация 5 мг/л
концентрация 10 мг/л
концентрация 20 мг/л
концентрация 40 мг/л
Рис. 3. Влияние жидкой фракции нефтепродуктов на изменение плотности культуры Scenedesmus acutus в экспресс-методе на "Фитотестере –
03"
мгО2 л/ч
0,3
0,25
0,2
0,15
0,1
0,05
0
-0,05
-0,1
контроль 2,5 мг/л
Валов ая продукция (A)
5 мг/л
10 мг/л
Чистая продукция (P)
20 мг/л
40 мг/л
Конц. мг/л
Деструкция (R)
Рис. 4. Влияние жидкой фракции нефтепродуктов
на первичное продуцирование Scenedesmus acutus
150
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Используя интегральную оценку по ряду показателей, мы установили токсичность жидкой фракции отходов НПЗ для микроводорослей Scenedesmus acutus.
В литературе имеются данные о большой устойчивости водорослей к отходам нефтепроизводства до 40 г/л [3], однако это зависит и
от видовой чувствительности тест-объекта и от состава отходов. Учитывая повышенную опасность отходов кислых гудронов, которые испытывали мы, логично, говорить о необходимости проведения природоохранных
мероприятий
в
районе
прудов-накопителей
«Славнефть ЯрНПЗ им Д.И. Менделеева» по утилизации отходов находящихся вблизи с водоохраной зоны р. Печегды и Волги.
Литература
1. Волошко Л.Н. Реакция Anabaena variabilis Kuetz. На токсическое воздействие ионов цинка /Л.Н. Волошко, О.В. Гаврилова// Гидробиол. Журнал.-1993.№2. -С. 17-19.
2. Догадина Т.В. Влияние нефтепродуктов на протококковые водоросли
/Т.В. Догадина// Гидробиол. Журнал.-1976.-№5.- С. 17-19.
3. Ленова Л.И. Водоросли в доочистке сточных вод/ Л.И. Ленова В.В. Ступина // Киев: Наукова Думка. 1990.-183 с.
4. Неганова Л.Б. Альгофлора техногенных ланшафтов нефтегазодобывающих районов Среднего Приобья. / Л.Б. Неганова, И.И. Шилова// Развитие и значение водорослей в почвах нечерноземной зоны: Материалы межвузовской конференции (Киров, 24-27 м 1972г.)-Пермь, 1977.-С. 43-45.
5. Ткаченко В.Н.Методические основы биотестирования загрязнении водной среды с помощью одноклеточных водорослей /В.Н. Ткаченко, О.П. Цвылёв//
Биотестирование природных и сточных вод. М.:Наука, 1981.-С.94-103.
6. Старкова О.В. Влияние густой фракции отходов нефтеперерабатывающего производства на репродуктивную функцию и фотосинтетическую активность культуры водорослей / О.В. Старкова, О.Г. Воропаева// IX Съезд Гидробиологического общества РАН, Тезисы докладов Тольятти 18-22 сент. 2006г. –
Тольятти, 2006. – С.168.
7. Hyghes B/ Specific volume changes in toxin treated unicellular algal / B.
Hughes// Mar. Algal Pharm, Sci. – 1982 – 2 – P. 247-267.
8.Walsh I.E. Algal bioassyas of industrial and energy process effluents /
I.E.Walsh R.I.Merrill // Algae as Ecological Indicators – London, San Francisko,
Montreal: Acad. Press, 1984- Р. 329-390.
151
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Оценка содержания некоторых металлов
в донных отложениях реки Урал
в районе Оренбурга
Голинская Л.В.
Оренбургская государственная медицинская академия
460000, г. Оренбург, ул. Советская,6. E-mail: bio_ogma@mail.ru
Неизбежный результат хозяйственной деятельности человека –
загрязнение поверхностных вод высокотоксичными тяжелыми металлами. Однако высокая динамичность состава и дискретность поставки
загрязнителей техногенными источниками не всегда позволяют полноценно охарактеризовать особенности загрязнения в течение продолжительного времени (год, десятилетия и т.д.) Чтобы выявить тенденции роста (снижения) антропогенной нагрузки в бассейне данного
водоёма, исследователи обращаются к изучению донных отложений
(ДО) – более инертного во времени компонента природной среды. ДО
играют важную роль в формировании токсикологической ситуации в
водоемах. Они депонируют многие микроэлементы и загрязняющие
вещества, поэтому могут рассматриваться в качестве информативного
показателя качества воды и одновременно источника вторичного загрязнения по следующим причинам:
- ненарушенные ДО содержат «исторические записи» прошлых
химических условий и позволяют установить фоновые уровни, с которыми можно сравнивать и сопоставлять существующие условия;
- под влиянием изменения физико-химических условий (например, рН, растворенного кислорода, бактериальной активности) связанные с ДО соединения могут поступать в водную толщу, включаться в пищевую цепь и давать вторичные эффекты на гидробионтов;
- некоторые относительно инертные или безвредные для окружающей среды вещества могут разрушаться или реагировать с другими, образуя растворимые и потенциально токсичные формы (например, переход элементарной ртути в метилртуть) (Баканов А.И.,
Гапеева М.В., Гребенюк Л.П., Томилина И.И.).
Вопросы изучения взаимодействия в системе «вода – донные отложения» стали особенно актуальны в последнее время, когда требования к охране водных объектов возросли, а ДО перестали быть однозначным фактором улучшения качества воды за счет осаждения и
сорбции в них различных загрязняющих веществ из водной массы.
Накопление донными отложениями ряда веществ антропогенного ха152
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
рактера уже привело к тому, что в настоящее время в донных отложениях многих водных объектов промышленных стран мира содержание тяжелых металлов, фенолов, нефтепродуктов, пестицидов превышает их содержание в воде на несколько порядков. В такой
ситуации решение ряда первостепенных гидрохимических задач, как
например, прогноз качества воды в целях его регулирования, контроля, требует учета взаимодействия в системе «вода – донные отложения». Особого внимания этот вопрос заслуживает на современном
этапе в связи с намечаемым территориальным перераспределением
стока, поскольку существенное изменение водного режима может вызвать сдвиг в установившемся равновесии между донными отложениями и водой. Все это стимулирует исследования в системе «вода –
донные отложения». Об интересе исследователей к судьбе тяжелых
металлов в водоемах свидетельствуют многочисленные монографии,
статьи, материалы симпозиумов, конференций и совещаний.
Роль донных отложений в жизни водоемов чрезвычайно велика,
вследствие чего они удостоены таких определений как «трудовая
книжка», «дело микроэлементов», «запоминающее устройство водоема» и т.п. В этой книжке записана вся «трудовая деятельность водоема», т.е. процессы осаждения, выноса биологической деятельности и
т.п. Последствия этой деятельности определяют роль донных отложений в режиме тяжелых металлов в водоеме.
Целью нашего исследования было определить содержание металлов в донных отложениях реки Урал в районе Оренбурга и проследить временную динамику изменения их концентраций. Пробы
отбирались в августе – сентябре 2004 г. из верхнего слоя ДО толщиной 5-10 см. При этом послойного датированного разделения пробы
не было. Отбор проб проводился трижды. Содержание металлов определялось методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой на базе института биологии внутренних вод
имени И.Д. Папанина. Определялись общие биологически доступные
формы металлов, экстрагируемые смесью азотной кислоты и перекиси водорода. Были исследованы ДО четырех станций на реке Урал:
- станция № 1: Очистные сооружения
- станция № 2: Железнодорожный мост
- станция № 3: Водозабор
- станция № 4: Карьер, старица реки Урал
Оценка степени загрязненности территории области свинцом по
содержанию в донном осадке довольно информативна, т.к. в степных
ландшафтах свинец мало подвижен в почвах и корах выветривания. В
153
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
донных осадках водостоков и водоемов Оренбургской области концентрация свинца изменяется от 5 до 50 мг/кг. Среднее содержание
металла составляет 15 мг/кг (Боев В.М., Куксанов В.Ф., Быстрых
В.В., 2002). В Нидерландах приняты значения предельно допустимых
концентраций содержания металлов в ДО. Предельно допустимая
концентрация свинца составляет 85 мг/кг сухой массы, что значительно выше среднего содержания в ДО водоемов и водотоков Оренбургской области. Согласно полученным нами результатам в ДО со
станции № 1 «очистные сооружения» концентрация свинца увеличивалась с начала августа до конца сентября и составляла 13,7 мг/кг 3
августа, 53,6 мг/кг 2 сентября и 71,8 мг/кг 23 сентября. Это может
быть свидетельством усиления аккумуляции свинца в начале осени.
На станции № 2 «Железнодорожный мост» концентрации свинца не
превышали среднеобластной уровень во все сроки и составили соответственно 13,5 мг/кг, 6,4 мг/кг и 4,8 мг/кг. Концентрации свинца в
ДО станции № 3 «Водозабор» колебались от 6,2 мг/кг в пробе от 2
сентября до 18,7 мг/кг в пробах от 23 сентября. В ДО со станции № 4
«Карьер, старица реки Урал» концентрация свинца изменялась от 8,3
мг/кг 2 сентября до 9,7 мг/кг 23 сентября.
В ДО станции № 1 наблюдалось превышение ПДК меди (36
мг/кг) в двух случаях: в пробах от 2 и 23 сентября. Содержание меди
составило соответственно 41,1 и 38,7 мг/кг. На остальных станциях во
все сроки не наблюдалось превышение предельно допустимых концентраций меди.
Концентрация никеля на всех станциях и во всех случаях превышала ПДК (35 мг/кг). Минимальное содержание никеля 37,8 мг/кг регистрировалось 2 сентября в ДО со станции № 2 «Железнодорожный
мост». Максимальное содержание 77,7 мг/кг наблюдалось на станции
№ 4 «Карьер, старица р. Урал» 23 сентября.
Превышение ПДК цинка (140 мг/кг) наблюдалось лишь на станции № 1 «Очистные сооружения» в сентябре 2004 года. В начале августа содержание цинка составляло 53,9 мг/кг, а уже в начале сентября – 509,0 мг/кг и возросло до 517,9 мг/кг в конце сентября. На всех
остальных станциях содержание цинка было значительно ниже ПДК.
Относительно кадмия можно констатировать его отсутствие в ДО
всех станций, кроме «Очистных сооружений», причем в августе кадмий не обнаруживался, а уже в начале августа его содержание составило 110 мг/кг, а в конце августа снизилось до 69,0 мг/кг. Данные
представлены таблице.
Таблица
154
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Содержание металлов в ДО реки Урал в районе Оренбурга (мг/кг
сухой массы)
Местоположение
ПДК
р. Урал, очистные сооружения
р. Урал, очистные сооружения
р. Урал, очистные сооружения
р. Урал, железнодорожный мост
р. Урал, железнодорожный мост
р. Урал, железнодорожный мост
р. Урал, водозабор
р. Урал, водозабор
р. Урал, водозабор
Карьер, старица р. Урал
Карьер, старица р. Урал
Дата
отбора
проб
03.08.04
02.09.04
23.09.04
03.08.04
02.09.04
23.09.04
03.08.04
02.09.04
23.09.04
02.09.04
23.09.04
Pb
Cu
Ni
Zn
Cd
85
13,7
53,6
71,8
13,5
6,4
4,8
16,8
6,2
18,7
8,3
9,7
36
12,3
41,1
38,7
16,2
8,8
6,2
20,8
6,8
21,0
9,9
11,5
35
56,8
75,8
68,9
58,6
37,8
40,3
63,0
47,2
62,1
53,4
77,7
140
53,9
509,0
517,9
71,9
18,6
13,6
66,8
25,6
53,0
20,4
34,7
0,8
н/о
110
69,0
н/о
н/о
н/о
н/о
н/о
н/о
н/о
н/о
Таким образом, самой неблагополучной станцией является станция «Очистные сооружения». Именно на этой станции наблюдалось
наибольшее число превышений ПДК металлов, что может свидетельствовать о недостаточной степени очистки сточных вод.
Литература
1. Баканов А.И., Гапеева М.В., Гребенюк Л.П., Томилина И.И. Оценка качества донных отложений Верхней Волги в пределах Ярославской области. // Биология внутренних вод, 2000, 3 4, С. 163.
2. Боев В.М., Куксанов В.Ф., Быстрых В.В. Химические канцерогены среды
обитания и злокачественные новообразования. – М.: Медицина, 2002. – 344 с.
3. Бреховских В.Ф., Волкова З.В., Кочарян А.Г. Тяжелые металлы в донных
отложениях Иваньковского водохранилища. // Водные ресурсы, 2001, т. 28, № 3,
С. 310.
4. Косов В.И., Иванов Г.Н., Левинский В.В., Ежов Е.В. Концентрации тяжелых металлов в донных отложениях Верхней Волги. // Водные ресурсы, 2001,
т. 28, № 4, С. 448.
5. Нахшина Е.П. Тяжелые металлы в системе «вода – донные отложения»
водоемов. Гидробиологический журнал, 1985, т. 21, №2, С. 276.
155
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Анализ эффективности фильтрации
очищенных сточных вод
через природные сорбционные материалы
Козак М.Ф., Марченко Н.В.
Астраханский государственный университет
Россия, 414000 г. Астрахань. пл. Шаумяна 1,
тел., факс (8512) 22-82-64, е-mail: ei@aspu.ru
Экологические проблемы уникальных природных ландшафтов
нередко связаны со сбросом на них недостаточно очищенных сточных вод. Применение адсорбционных технологий для удаления загрязняющих веществ (ЗВ) заслуживает внимания наряду с другими
методами. Практика показывает, что сорбционная обработка целесообразна, как заключительная операция после механической, биологической и других видов очистки. Сорбенты способны извлекать из
недостаточно очищенных вод многие органические вещества, в том
числе, не удаляемые другими методами (Mữller, Steffer, 1984). Исследования показали высокую эффективность использования опок для
очистки сточных вод от радионуклидов, нефтепродуктов, фенолов,
соединений аммония, тяжелых металлов (Алыков Н.М и др., 2005).
Не исследован вопрос об остаточном генотоксическом воздействии
вод, прошедших адсорбционную очистку через опоки и другие сорбенты.
Цель работы: исследование остаточного суммарного генотоксического воздействия сточных вод, прошедших дополнительную адсорбционную очистку через опоки и другие материалы.
Методика исследования. Для оценки влияния фильтрации на
снижение мутагенного воздействия биологически очищенных сточных вод использовали широко распространённый для этих целей в
цитогенетических исследованиях тестовый объект Allium cepa L. Луковицы и семена лука репчатого сорта Каратальский проращивали в
пробах воды ёмкости сезонного регулирования (ЕСР) Астраханского
газового комплекса, прошедшей биологическую очистку и фильтрацию через природные материалы. Опоки предварительно размалывали с целью увеличения их сорбционной емкости и прокаливали. Исследовались также свойства опок без прокаливания. В качестве
контроля для проращивания семян и луковиц использовалась отстоянная водопроводная и дистиллированная вода. Зародышевые корни
для исследования хромосомных перестроек и других типов патологии
156
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
митоза фиксировали ацетоалкоголем. На препаратах клеток меристемы зародышевых корней, окрашенных ацетокармином, анализировали по каждому варианту репрезентативно от 4 до 9 тысяч клеток меристемы корня. Для исследования мутагенной активности воды
применялся метафазный и анафазный анализ хромосомных перестроек. На препаратах учитывались также другие типы патологии митоза.
Вода ЕСР, используемая для проращивания корней и луковиц, была
подвергнута фильтрации через активированный уголь, опоки Астраханской области Каменноярского месторождения и песок. Микрофотографии получены при увеличении микроскопа 15 × 40 и 15 × 90 с
помощью цифровой камеры Mercury Cyber Pix E-560 M , монокулярного оптического адаптера и лицензированных компьютерных программ анализа и редактирования изображений. Данные, полученные
при выполнении всех разделов исследования, проанализированы с
помощью методов математической статистики с применением лицензионного программного обеспечения.
Результаты исследования. В 2002 г. вода ЕСР полностью подавляла корнеобразование. После фильтрации через песок, исчез осадок,
но вода сохранила зеленоватый оттенок и запах нефтепродуктов. Однако, при проращивании луковиц в воде ЕСР, профильтрованной через песок, корни также не образовывались. При фильтрации воды
ЕСР через опоки и активированный уголь она становилась прозрачной, исчез хлопьевидный осадок. В результате проращивания луковиц
в воде ЕСР, профильтрованной через опоки: (соотношение: 1 часть
опок + 2 части воды ЕСР) корни образовывались лишь на 21 день после закладки опыта. Фильтрация через опоки (1 часть опок + 3 части
воды ЕСР) значительно улучшила биологические свойства воды: корни образовывались на 4 день.
В результате, возросло количество корней в среднем на одну луковицу, и увеличилась их длина. При проращивании луковиц в воде
ЕСР, прошедшей фильтрацию через активированный уголь, корни
образовывались на 3 день, также как и в контроле. Таким образом,
фильтрация воды ЕСР через природные сорбенты (опоки и активированный уголь) приводит к улучшению ее физических и биологических качеств, снижает токсическое воздействие на процессы роста и
развития корней растений. Однако, вода ЕСР, профильтрованная через опоки (соотношение – опоки: вода ЕСР 1:3), по-прежнему индуцировала образование хромосомных перестроек в 31,0% анафаз. При
соотношении опоки: вода ЕСР 1:2 этот показатель уменьшился до
4,5% (при 3,2% в контроле). Под воздействием воды ЕСР, профильт157
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
рованной через активированный уголь, доля аномальных анафаз в
клетках меристемы корня составила 9,7 % . Наиболее эффективной
оказалась фильтрация через опоки при большем соотношении количества вещества опок к объему воды (1:2). Основными типами патологии митоза оставались хромосомные и хроматидные кольца, ацентрические и центрические фрагменты, хромосомные и хроматидные
мосты, «отставание» и «забегание» хромосом, нерасхождение сестринских хроматид, полиплоидия, частичная пульверизация хромосомного комплекса и обособление микроядер (рис.1, 2).
Рис. 1. Ацентрические и центрические фрагменты
в клетках меристемы лука под воздействием воды ЕСР,
профильтрованной через опоки, диаметром частиц 0,25 мм
158
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 2. Фрагментация хромосом и обособление микроядер под воздйствнием воды ЕСР, профильтрованной через опоки, диаметром частиц 2 мм.
В 2003 г. (даже после фильтрации через природные материалы)
большая часть клеток меристемы корня задерживалась на стадии
аномальной метафазы, не достигая анафазы. Наблюдалась ярко выраженная пульверизация хромосом на фрагменты, истончение хромосом, соединение их терминальными участками в единый сцепленный
комплекс, полное слипание всего хромосомного комплекса, полиплоидия, многоядерность клеток, задержанный митоз, К-пары. И всё
же фильтрация воды ЕСР через природные материалы снизила уровень генотоксического воздействия вод ЕСР, о чём свидетельствует
увеличение митотического активности клеток меристемы корня, снижение профазного индекса и уменьшения доли клеток с микроядрами.
В 2004-2006 г.г. проводились опыты с целью выявления наиболее оптимального диаметра частиц опоки при проведении фильтрации вод
ЕСР. При проращивании семян в воде ЕСР, профильтрованной через
опоки, диаметром частиц 0,25мм, в меристеме корня, увеличилось ко159
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
личество делящихся клеток на разных стадиях митоза, и снизилась
величина профазного индекса с 85,6% до 30,7%. Однако, доля клеток
с аберрациями хромосом была очень высокой и составила 69,8%
(контроль – 3,7%). Доля клеток с аберрациями в метафазе – 59,6%,
при 2,8% в контроле. Основными типами патологии митоза были
ацентрические и центрические фрагменты, частичная и полная пульверизация хромосомного комплекса, хромосомные и хроматидные
мосты (рис. 1). При проращивании семян в воде ЕСР, профильтрованной через опоки, диаметром частиц 1 мм и 2 мм, также увеличилась митотическая активность клеток меристемы корня. Доля аномальных анафаз составила 51,1% и 65,4% соответственно. Доля
клеток с нарушениями в метафазе под влиянием воды ЕСР, профильтрованной через опоки с диаметром частиц 1 мм, составила
22,0%, а под влиянием фильтрации воды ЕСР через опоки, диаметром
частиц 2 мм, – 36,2 %.
При этом наблюдалось снижение доли клеток с микроядрами с
10,9 % до 0,3 % (опоки d = 0,25 мм), до 2,2% (d = 1 мм) и до 1,3% (d =
2 мм).
Таблица 1
Эффективность фильтрации воды ЕСР через сорбенты
(сентябрь 2004г.)
Вода, используемая для проращивания
семян
MI
%
Без фильтрации
Фильтрация че- d= 2 мм
рез опоки
d= 1 мм
d= 0,25 мм
Фильтрация через активированный уголь
#
5,4
3,9
5,3
1,2
Контроль: водопроводная вода
4,5
Критерии оценки
Доля Доля Доля
кле- абер- аберток
рант- рантс МЯ ных
ных
ана- метафаз
фаз
0,9
#
#
1,3
44,3
27,7
1,9
62,3
55,3
0,9
54,5
51,5
0,3
50,0
60,9
0,0
3,7
2,8
Примечание: # деление клеток меристемы отсутствует.
* Достоверность долей p>0,05;МЯ- клетки с микроядрами, MI – митотический индекс.
Исследование воды ЕСР в сентябре 2004 дало аналогичные результаты (табл. 1). Без фильтрации воды ЕСР применение метафазно160
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
го и анафазного анализа было невозможно вследствие блокирования
митоза на стадии профазы. Фильтрация воды через опоки привела к
появлению в меристеме делящихся клеток на разных стадиях. В результате этого стало вновь возможно применение метафазного и анафазного анализа. Вода ЕСР, при фильтрации через опоки, диаметром
частиц 2 мм, индуцировала до 44,3% аномальных анафаз и 27,7% метафаз с аберрациями хромосом. Фильтрация через опоки (d = 1 мм) не
привела к ожидаемому уменьшению генотоксичности. Можно было
предположить, что фильтрация воды ЕСР через опоки с меньшим
диаметром частиц должна быть более эффективной. Однако, доля
клеток с аберрациями хромосом в анафазе и метафазе митоза оказалась чрезвычайно высокой и составила 62,3% и 55,3% соответственно
(контроль – 3,7% аномальных анафаз и 2,8% метафаз). Использование
опок, диаметром частиц 0,25 мм, при фильтрации также не привело к
ожидаемому снижению генотоксического воздействия сточных вод.
Доля клеток с аберрациями хромосом в анафазе составила: 54,5%, в
метафазе 51,5% (табл. 1). Основными типами патологии митоза также
были ацентрические и центрические фрагменты, хромосомные и хроматидные мосты, «отставание» и «забегание» хромосом в анафазе митоза, полиплоидизация клеток. Таким образом, в данном исследовании
наиболее эффективным оказалось применение для фильтрации опок с
диаметром частиц 2 мм.
Таблица 2
Эффективность фильтрации воды ЕСР через сорбенты
(октябрь 2006 г.)
Критерии оценки
MI, Доля,
Доля
% %
аберрантных
клеток анафаз
с МЯ
5,2 0,2
40,7
Вариант опыта
Без фильтрации
d = 2 мм
37,1
6,0 0,4
28,6
9,4
d= 1 мм
5,7 1,3
d= 0,25 мм 5,5 2,9
через активир. 5,1 4,0
23,4
30,9
33,3
12,6
16,9
33,3
3,7
2,8
Фильтрация через
опоки
Фильтрация
уголь
Контроль
Доля
аберрантных
метафаз
4,5 0,0
Примечание: – MI – митотический индекс, МЯ – доля клеток с микроядрами.
161
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
При анализе воздействия воды ЕСР в октябре 2006 г. было установлено, что пробы воды ЕСР, индуцирующие меньшее количество
хромосомных перестроек, вызывали образование большего количества клеток с микроядрами. Так, вода ЕСР после фильтрации через активированный уголь, индуцировала до 4,0% клеток с микроядрами
(МЯ). Доля клеток с аномалиями хромосом в анафазе митоза при этом
снизалась с 40,7% до 33,3 %. При фильтрации воды ЕСР через опоки
количество клеток с МЯ составило 2,9%, а доля анафаз с аберрациями
хромосом снизилась с 40,7% до 30,9 % (табл. 2). Доля клеток с МЯ в
меристеме при проращивании семян лука в воде ЕСР, не прошедшей
фильтрацию, составило 0,24 % клеток меристемы, анафаз с аберрациями хромосом – 40,7%. Проращивание семян лука в воде ЕСР,
прошедшей фильтрацию через опоки, диаметром частиц 0,25мм, не
уменьшила долю центрических и ацентрических фрагментов хромосом в анафазе митоза. В результате фильтрации воды ЕСР через опоки, диаметром частиц 1 мм и 2 мм увеличивается количество клеток с
микроядрами. Наиболее эффективными из используемых образцов
оказались опоки диаметром 1 мм и 2 мм. Опоки диаметром 0,25 мм
без дополнительной обработки не пригодны для использования в качестве фильтрующего материала в водохозяйственной деятельности.
Таким образом, фильтрация через опоки уменьшает генотоксическое
воздействие воды ЕСР на клетки апикальной меристемы растений, но
не устраняет его полностью.
Оценка качества воды реки Волги
в черте города Рыбинска
по микробиологическим показателям
Кондакова Г.В., Логинова О.Н.*
Ярославский госуниверситет им. П.Г. Демидова, e-mail: galya@bio.uniyar.ac.ru
*Филиал ФГУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Ярославской области
в Рыбинском муниципальном округе»
Прослежена пространственно-временная динамика микробиологических показателей качества воды р. Волги за период 2004-2005 г.г.
Показано, что р. Волга в черте г. Рыбинска в летнее время имеет высокую эпидемическую опасность и не пригодна для питьевого и рекреационного водопользования. Загрязнение реки имеет выраженный
антропогенный характер, о чем свидетельствуют установленный высокий уровень фекального загрязнения и нарушение процессов естественного самоочищения.
162
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Одной из важнейших экологических проблем Ярославской области, имеющих федеральное значение, является проблема загрязнения водных ресурсов, практически полностью связанная с рекой Волгой [1]. Наиболее сложная экологическая обстановка складывается на
участках, прилегающих к крупным промышленным центрам, к которым относится, в частности, г. Рыбинск. Воды реки Волги используются для питьевого и хозяйственно-бытового водоснабжения проживающего здесь населения, однако в черте города они достаточно
сильно загрязняются, прежде всего, промышленными и хозяйственнобытовыми стоками, а это в свою очередь отрицательно сказывается на
качестве питьевой воды. Учитывая опасность бактериального и вирусного загрязнения поверхностного источника водоснабжения, особую актуальность приобретает проведение мониторинговых исследований экологического состояния реки Волги в черте города и
усиление контроля за качеством подаваемой населению воды.
Среди многочисленных показателей загрязнения вод наиболее
чувствительными и точными являются микробиологические, они позволяют не только зарегистрировать даже небольшие источники загрязнения, но и дать оценку самоочищающей способности водоемов.
В соответствии с существующей концепцией микробиологического
мониторинга водных экосистем одной из наиболее важных задач является учет пространственной и временной вариабельности микробных комплексов водоемов [2]. Однако пространственно-временная
динамика микробиологических показателей, характеризующих степень антропогенного загрязнения р. Волги в черте г.Рыбинска не изучалась, что и определило цель данной работы. В задачи исследования
входило количественное исследование различных групп микроорганизмов – показателей загрязнения и самоочищения воды в акватории
правого берега р. Волги от места выпуска сточных вод до питьевого
водозабора в различные сезоны за период 2004-2005 г.г и оценка качества воды на основе полученных данных. Для исследования были
выбраны три точки, расположенные вдоль по течению реки:
Т.1 – Ливневый выпуск с очистных сооружений ОАО Сборочносудоремонтный завод «Вымпел». Точка располагается выше двух
других по течению реки.
Т.2 – Пляж. Располагается ниже по течению реки, на расстоянии
около 800м от предыдущей точки. Даная территория используется
местным населением в целях отдыха и купания, хотя не является
163
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
официальным городским пляжем и не оборудована соответствующим
образом.
Т.3 – Питьевой водозабор очистных сооружений водоканала
(ОСВ-1). Точка расположена на расстоянии 600 м от пляжа ниже по
течению. Вода после очистки поступает в разводящую сеть и используется для питьевого и хозяйственно-бытового водоснабжения г. Рыбинска.
В выбранных точках для контроля качества воды определяли
следующие микробиологические характеристики: общие колиформные бактерии (ОКБ), термотолерантные колиформные бактерии
(ТКБ), общее микробное число (ОМЧ), энтерококки, бактерии
Staphylococcus aureus, патогенные бактерии сем. Enterobacteriaceae
(р.р. Shigella и Salmoпеlla), наличие фагов кишечных палочек [3,4].
Отбор и посев проб проводили в соответствии с методическими указаниями
по
санитарно-микробиологическому
и
санитарнопаразитологическому анализу воды поверхностных водных объектов
[5]. Результаты обрабатывали методами вариационной статистики с
расчетом средних отклонений, стандартных отклонений, доверительных интервалов с использованием пакета программ Excel 2000 (Microsoft, USA).
Результаты и обсуждение
1. Динамика показателей ОКБ и ТКБ
ОКБ – основной нормируемый показатель при оценке качества
воды водоемов. Это интегральный показатель степени фекального загрязнения, который включает ТКБ, Е.coli и поэтому обладает индикаторной надежностью в отношении возбудителей бактериальных кишечных инфекций. ТКБ определяют одновременно в одном и том же
посеве с ОКБ для подтверждения фекального происхождения загрязнения.
В т.1- Ливневый выпуск ОАО «Вымпел» из колиформных бактерий определяли только ОКБ [6]. За исследуемый период 2004-2005
г.г. все пробы воды по данному показателю превышали установленный норматив (500 КОЕ/100 мл) в тысячи раз, достигая максимальных значений в летний период: в 2005 г. – в июле (7*105 КОЕ/100мл),
в 2004 г – два пика численности – в июне (7*106 КОЕ/100 мл) и августе (5*106 КОЕ/100 мл). Годовая и сезонная динамика общих колиформных бактерий в данной точке представлена на рис. 1.
Летние пики можно объяснить метеорологическими причинами,
в частности, продолжительными осадками ливневого характера в течение указанных месяцев, в результате чего происходил интенсивный
164
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
смыв загрязнений с территории и увеличивался объем стоков. В целом зарегистрированная ситуация свидетельствует о недостаточной
степени очистки воды и благоустройства территории, в связи с чем
происходит значительное микробное загрязнение реки. Численность
ОКБ в 2005 г в летний период была ниже по сравнению с предыдущим годом, но тем не менее превышала норматив в сотни раз.
8
КОЕ *106 / 100 мл
7
6
2004 год
5
4
2005 год
3
2
1
0
апрель
май
июнь
июль
август
сентябрь
октябрь
Рис. 1. Динамика численности ОКБ в т. Ливневый выпуск ОАО «Вымпел»
В т .2 – Пляж и т. 3 – Питьевой водозабор значения показателей
ОКБ и ТКБ практически совпадали, что свидетельствовало о наличии
постоянного источника свежего фекального загрязнения (рис.2).
В 2004 г. в обеих точках число общих и термотолерантных колиформных бактерий достигало максимальных значений в июле: в зоне
пляжа – 7*105 КОЕ/100мл, что превышало норматив по ОКБ в 14 раз,
по ТКБ – в 70 раз; в зоне питьевого водозабора – 6,2*102 КОЕ/100мл –
превышение нормативного показателя в 6 раз. В 2005 г. в зоне пляжа
в целом произошло снижение численности колиформных бактерий
примерно в 2,5 раза, однако наибольшее их количество также было
зарегистрировано летом (июнь). На протяжении всего исследуемого
периода оба показателя в этой точке не соответствовали нормам: в
2004 г. – 100 % нестандартных проб, в 2005 г. – 86 %. В зоне питьевого водозабора в 2005 г, напротив, численность колиформных бактерий более чем в два раза превышала показатели предыдущего года и в
13 раз – нормативный показатель. Удельный вес проб, не соответствующих нормам, составлял в 2004 г. – 58 %, в 2005 г. – 93 %, т.е. количество нестандартных проб увеличилось в 1,5 раза. Это указывает
на то, что ниже пляжа в зоне питьевого водозабора существует до165
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
полнительный источник загрязнения, который может быть связан с
действиями местного населения.
8
7
ОСВ-1 2004 г
КОЕ *103 / 100мл
6
ОСВ-1 2005 г
5
Пляж 2004 г
4
Пляж 2005 г
3
2
1
0
апрель
май
июнь
июль
август
сентябрь
октябрь
Рис. 2. Динамика численности ОКБ и ТКБ в зоне пляжа
и питьевого водозабора ОСВ-1
По имеющимся данным численность колиформных бактерий
практически не зависит от сезона года, а определяется уровнем очистки и объемами поступающих загрязнителей [7]. В связи с этим полученные нами результаты по динамике показателей ОКБ и ТКБ свидетельствуют о том, что основное количество загрязняющих веществ
поступает в реку в летний период и загрязнение имеет ярко выраженный антропогенный характер. Если проследить в межгодовом аспекте
пространственную динамику показателя ОКБ в летний период, то
можно видеть, что в июле 2004 г. он снижается с 2 млн. (т.1) до 7 тыс.
(т.2) и далее до 620 КОЕ/100мл (т.3), но в зоне водозабора все еще
превышает установленный норматив для I категории водопользования более чем в 6 раз. В июле 2005 г. численность ОКБ изменяется от
700 тыс. (т.1) до 1,3 тыс. (т.2) и остается на том же уровне в зоне
питьевого водозабора (превышение норматива в 13 раз). Это свидетельствует о нарушении процессов самоочищения на обследованном
участке реки, и, прежде всего, на отрезке от т.2-Пляж до т. 3Питьевой водозабор, а также подтверждает существование источника
загрязнения в зоне питьевого водозабора. Дополнительно о поступлении фекального загрязнения в зоне пляжа и питьевого водозабора
свидетельствовала численность энтерококков, которая как в 2004 г.,
так и в 2005 г. (50 и более КОЕ/100мл) превышала нормативный по166
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
казатель в обеих точках. При этом пики численности энтерококков,
как правило, совпадали с пиками численности ОКБ и ТКБ.
О высоком уровне бактериального загрязнения волжской воды на
территории Ярославской области уже сообщалось в более ранних статистических сводках за 1993-2003 г.г., имеются также данные экспедиционных исследований водоемов Ярославской области за 1996/97 и
2000 г.г. [1,8,9]. В них, в частности, приводятся результаты микробиологических исследований за 2000 г. по загрязнению воды в нижней границе г. Рыбинска, где коли-индекс и индекс фекальных кишечных палочек превышали ПДК в 1,3-2,3 раза [9]. По данным наших
исследований за 2004-2005 г.г. непосредственно в черте города это
превышение составляло, как уже было сказано выше, десятки (в зоне
питьевого водозабора) и тысячи (в зоне ливневого выпуска) раз, что
доказывает негативное влияние крупного промышленного центра на
качество воды реки Волги.
2. Динамика ОМЧ
Общее число микроорганизмов в местах действующих водозаборов централизованного питьевого водоснабжения, в черте населенных
мест и в зонах рекреации не нормируется, поскольку уровень этой
группы микроорганизмов в большей мере зависит от природных особенностей водного объекта, времени года и т.п. Однако ОМЧ при
температуре инкубации 370С – это индикаторный показатель, который включает в основном аллохтонную группу микроорганизмов,
внесенную в водоем в результате антропогенного загрязнения, в т.ч.
фекального. Данный показатель позволяет получать дополнительную
информацию о санитарном состоянии водоемов, источниках загрязнения, процессах самоочищения.
ОМЧ определяли для т.2 – Пляж и т.3 – Питьевой водозабор
[5]. Наибольшие значения ОМЧ в обеих точках как в 2004, так и в
2005 г.г., были отмечены в августе, что свидетельствовало о накоплении значительного количества аллохтонного органического вещества
на данном участке реки к концу лета (рис.3).
При продвижении вдоль реки от пляжа к питьевому водозабору
значение ОМЧ уменьшалось незначительно: с 1000 до 800 КОЕ/мл в
августе 2004 г. и с 800 до 700 КОЕ/мл в августе 2005 г. Это еще раз
подтверждает недостаточную самоочищающую способность реки на
данном участке, несмотря на то, что в целом в обеих точках в 2005 г
этот показатель был несколько ниже по сравнению с 2004 г.
167
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1,2
КОЕ *103 / мл
1
ОСВ-1 2004 г
ОСВ-1 2005 г
0,8
Пляж 2004 г
0,6
Пляж 2005 г
0,4
0,2
0
апрель
май
июнь
июль
август
сентябрь
октябрь
Рис. 3. Динамика показателя ОМЧ
3. Загрязнение вирусами и патогенными бактериями
Для оценки возможного вирусного загрязнения водоемов определяли численность фагов кишечных палочек. Число колифагов в т.2 –
Пляж в 2004 г. наиболее высоким было в летний период (до 75
БОЕ/100 мл), что превышало ПДК в среднем в 6 раз. Поскольку в
вышележащей Т.1 – Ливневый выпуск данный показатель был в норме, то очевидно, что основной причиной возрастания количества фагов кишечных палочек в зоне пляжа являлась рекреационная нагрузка. В т.3 – Питьевой водозабор подобная ситуация зарегистрирована
в 2005 г.: в летний период численность колифагов здесь превышала
ПДК в 13 раз, при этом максимальные значения количества фагов
кишечных палочек совпадали с пиковыми значениями численности
колиформных бактерий, в клетках которых данные вирусы размножаются. Полученные результаты свидетельствуют об эпидемической
опасности воды в отношении кишечных вирусных инфекций на обследованном участке реки в летний период. Вирусное загрязнение в
черте водозабора приводит к ухудшению качества питьевой воды, что
является одной из причин заболеваемости населения острыми кишечными инфекциями, уровень которой в г. Рыбинске в 2004 г. был в 1,3
раза выше среднегодового по области [8].
Патогенные бактерии за период исследования не были обнаружены, однако в летние сезоны 2004-2005 г.г. на всем обследованном
участке реки выделяли условнопатогенные бактерии Кlebsiella oxytoca и Citrоbacter freundii. Известно, что эти виды могут вызывать инфекционные поражения кожных покровов, слизистых оболочек глаза,
168
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
носоглотки и уха у людей при контакте с водой, загрязненной данными видами, например, во время купания.
Таким образом, результаты проведенных исследований свидетельствуют о том, что в период с июня по сентябрь вода р. Волги в
черте г. Рыбинска на участке от пляжа до питьевого водозабора характеризуется высоким уровнем фекального загрязнения и опасна в
эпидемическом отношении, в воду поступает значительное количество аллохтонного органического вещества, которое накапливается к
концу лета. Опасность данной ситуации заключается, прежде всего, в
том, что ухудшается качество воды в зоне питьевого водозабора. Вокруг питьевого водозабора в соответствии с СанПиН 2.1.4.1110-02
«Зоны санитарной охраны источников водоснабжения и водопроводов питьевого назначения» должны быть установлены зоны санитарной охраны (ЗСО) в составе трех поясов. Граница первого пояса ЗСО
устанавливается вверх по течению от водозабора не менее 200 м, вниз
по течению – не менее 100 м, по прилегающему к водозабору берегу –
не менее 100м от линии уреза воды летне-осенней межени. На территории первого пояса не допускается купание и другие виды водопользования, оказывающие влияние на качество воды питьевого водозабора. Официально эти требования для питьевого водозабора ОСВ-1 г.
Рыбинска соблюдаются, поскольку близлежащая вверх по течению
точка рекреационного водопользования (т.2 – Пляж) находится на
расстоянии 600 м. В то же время, пляж расположен в черте второго
пояса ЗСО, назначение которого – защита водоисточника от микробного загрязнения, в связи с чем использование источников водоснабжения в пределах 2-го пояса ЗСО для купания допускается только при
условии соблюдения гигиенических требований к зонам рекреации
водных объектов. Результаты проведенных нами микробиологических исследований свидетельствуют о том, что эти требования нарушаются, и загрязнение воды в зоне пляжа в значительной степени
влияет на ухудшение качества воды в черте питьевого водозабора. На
это указывает пространственная динамика показателей ОКБ и ТКБ, а
также сходная тенденция изменения показателя ОМЧ в зоне пляжа и
питьевого водозабора, о чем говорилось выше. Нельзя исключить
также влияние возможных несанкционированных видов водопользования в пределах первого пояса ЗСО со стороны местных жителей, а
также влияние судоходства.
Таким образом, комплекс микробиологических показателей позволил нам оценить качество воды р. Волги в черте г. Рыбинска на
участке от ливневого стока ОАО»Вымпел» до питьевого водозабора с
169
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
точки зрения ее эпидемической (без)опасности, а также получить информацию о протекании процессов самоочищения на обследованном
участке реки и оценить влияние различных видов водопользования
(сброс сточных вод, место рекреации) на качество воды питьевого водозабора. Данные нашего исследования свидетельствуют о том, что
качество воды р. Волги на обследованном участке резко отличается в
разные сезоны года, наиболее неблагоприятная ситуация складывается в летнее время. В это время вода обильно загрязнена органическими веществами, растет бактериальное загрязнение, в том числе возбудителями бактериальных и вирусных инфекций, что делает воду
опасной в эпидемическом отношении. В летний период самоочищающая способность реки ниже антропогенной нагрузки на нее.
Литература
Доклад о состоянии окружающей природной среды Ярославской области в
2001 году. Комитет природных ресурсов по Ярославской области. – Ярославль,
2002. – 202 с.
Мамонтова Л.М. Основы микробиологического мониторинга водных экосистем и контроля питьевой воды. Автореф. дисс. докт. биол. наук, Иркутск,
1998. – 39 с.
СанПиН 2.1.5.980-00. Гигиенические требования к охране поверхностных
вод. М.: Федеральный центр госсанэпиднадзора Минздрава России,2000. – 22с.
ГОСТ 17.1.5-02-80. Охрана природы. Гидросфера. Гигиенические требования к зонам рекреации водных объектов: Стандарт. – М.: Государственный комитет СССР по стандартам,1985. – 8 с.
МУК
4.2.1884-04.
Санитарно-микробиологический
и
санитарнопаразитологический анализ воды поверхностных водных объектов. М.: Федер.
центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора, 2005. –75 с.
МУ 2.1.5.800-99. Организация Госсанэпиднадзора за обеззараживанием
сточных вод. М.: Федеральный центр госсанэпиднадзора Минздрава России,
1999. – 80 с.
Яценко Е.С. Оценка качества воды реки Оби в зоне влияния города Барнаула по микробиологическим показателям. Автореф. дисс. канд. биол. наук. Барнаул, 2006. – 16 с.
Лукьяненко В.И., Мелюк С.А. Динамика загрязнения окружающей среды и
заболеваемости населения в России и Ярославской области за последние десятилетие XX века. В кн. Актуальные проблемы экологии Ярославской области.
Т.1. – Ярославль: Изд. ВВО РЭА, 2005. – С. 26-54.
Лукьяненко В.И., Меркулова Л.К., Бехтер А.К. и др. Оценка качества
Волжской воды на территории Ярославской области по данным экспедиционного обследования в 2000 году. В кн. Актуальные проблемы экологии Ярославской
области. Т.1. – Ярославль: Изд. ВВО РЭА, 2005. – С. 232-237.
170
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Антропогенное загрязнение среды
с палеонтологической точки зрения
Макрушин А.В.1, Кузьмина О.Ю.2, Кузьмин Е.В.2, Камшилов И.М.3
Институт биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина РАН, 152742,
пос. Борок Ярославской обл., тел. 08-54-72-41-11
1
makru@ibiw.yaroslavl.ru , kuzmev@ibiw.yaroslavl.ru2, kim@ibiw.yaroslavl.ru3
Природа оскудевает. Разумная по своим намерениям деятельность людей, писал М.М. Камшилов (1969), в масштабе биосферы
оказывается неразумной и ведет к ее разрушению, к рубке сука, на
котором сидим. Каково будущее биосферы? Чтобы предвидеть его,
нужно обратиться к прошлому. Биосфера, как и любая живая система,
развивалась. Ее развитие было прерывистым. Оно включало в себя
периоды спокойной эволюции и кризисы. Во время спокойной эволюции число видов в биоценозах росло, биосфера становилась целостнее и увеличивалась эффективность использования ею ресурсов
среды. Коадаптация видов друг к другу, происходившая в это время,
увеличивала стабильность биоценозов, но зашедшая далеко оптимизация структуры биоценозов вела к потере их устойчивости. В конце
периода спокойной эволюции сложность их строения становилась излишней и вызывала кризис, короткий (с геологической точки зрения)
период глобального вымирания. В ходе его подавляющее число наземных, пресноводных и морских видов с лица Земли исчезали, а целостность биосферы резко снижалась. Сохранившиеся виды приступали к бурной эволюции. Самые существенные глобальные
вымирания были в архее и в протерозое. В фанерозое они происходили через каждые 26-30 млн. лет (Алексеев, 1989; Арнольд, 1990; Колчинский, 1990; Ковалев, 1994; Барсков и др., 1996).
Гомеостаз биосферы обеспечивает ее регуляторная система. Она,
как и регуляторная система любой другой биосистемы (Новосельцев,
1978), представляет собой совокупность связей между составляющими ее элементами, т.е. биоценозами и видами. Биосферные кризисы –
были следствием совершенствования регуляторной системы биосферы. Ее совершенствование сперва увеличивало способность биосферы
совершать работу против сил, направленных ей во вред, но затем начинало расти число источников повреждения биосферы, а ее способность приспосабливаться к изменениям среды ослабевала (Вахрушев,
Раутиан, 1993; Пономаренко, Дмитриев, 1993; Барсков и др., 1996).
Это ослабление ее приспособительных возможностей аналогично
171
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
старению организма (Макрушин, 2004), смерть от старости которого
происходит тоже из-за нарушений работы регуляторной системы,
поддерживающей гомеостаз. Биосфера, регуляторная система которой
сложна излишне, находится в предкризисном состоянии. Даже если
условия среды не будут выходить за допустимые для нее пределы и
она не будет испытывать вредных воздействий, рано или поздно
большинство составляющих ее видов из-за внутренних, происходящих в ней самой, процессов один за другим исчезнут с лица Земли
(Жерихин, 1987, 1992).
Глобальные вымирания – это скачкообразные изменения биосферы, возникающие в виде внезапного ответа на плавные изменения
внешних условий, т.е. катастрофы. Катастрофы необходимы для развития любой живой системы (Раутиан, 1988; Арнольд, 1990; Пузаченко, 1993). После глобального вымирания начинались восстановительные процессы. Возникали новые виды и число их росло. В результате
видовое разнообразие на Земле и эффективность использования биосферой ресурсов среды к концу цикла превосходили по уровню докризисное состояние. Затем наступал очередной кризис и цикл развития биосферы повторялся. Благодаря глобальным вымираниям число
видов на Земле увеличивалось, а биосфера наращивала эффективность использования ресурсов среды. (Колчинский, 1990; Дмитриев и
др., 1994). Глобальные вымирания по М.А. Федонкину (1991) были
благом для биосферы, т.к. они отсекали носителей консервативной
наследственной информации, сдерживающих ее развитие. По Н.В.
Кокшайскому (1997) функция – это целесообразная реакция, присущая биосистемам любого уровня. С этой точки зрения глобальное
вымирание является функцией зашедшей в своем развитии в тупик
биосферы, направленной на коренную ее реорганизацию.
Вызывались глобальные вымирания не воздействиями на биосферу извне, а процессами, происходящими в ней самой (Жерихин,
1970; 1978; 1994; Жерихин, Расницын, 1980; Пономаренко, 1993). Их
причиной был рост биоразнообразия на Земле и связанное с ним совершенствование регуляторной системы биосферы. На определенном
этапе роста биоразнообразия появлялся таксон, разрушающий биосферу. Так, в протерозое в Мировом океане возникли фотосинтезирующие организмы, которые насытили воду кислородом. Это «загрязнение» среды привело к глобальному вымиранию анаэробных
видов (Камшилов, 1979). Для объяснения среднемелового кризиса
выдвинута гипотеза разрушения биосферы появившимися на Земле
покрытосеменными растениями (Жерихин, 1997). Химизм почвы за172
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
висит от характера растительности. Покрытосеменные, вытеснив
прежнюю флору, химизм почвы изменили. Это привело к изменению
химизма поверхностного стока, а затем и химизма континентальных
вод. Химизм вод Мирового океана изменили реки, загрязнившие его
воды продуктами распада покрытосеменных растений, принесенных с
суши. Это привело к вымиранию морских видов.
Характер наземной растительности в истории развития жизни на
Земле менялся много раз. В чередовании флор участвовали кроме покрытосеменных растений также псилофиты, плауны, хвощи, папортники и голосеменные. Можно предположить, что экспансия новых для
биосферы таксонов оказывала разрушающее действие на биосферу.
Эта экспансия воспринималась большинством обитателей почвы и вод
как загрязнение, ибо они были приспособлены к существованию в среде, содержащей продукты распада предыдущей растительности и не
могли жить в среде, создаваемой гниющими остатками вновь возникшей флоры. Когда виды приспосабливались к новому химизму среды,
набор веществ, бывший прежде загрязнителем, переставал им быть.
Смена растительности вызывала вымирание видов не только изза изменения химизма среды. Вымирали растительноядные виды,
приспособленные к питанию исчезнувшими растениями. Вслед ними
вымирали хищники, специализировавшиеся к питанию вымершими
травоядными животными. Вновь появившийся таксон, разрушающий
биосферу, воздействовал на нее разными путями. Изменение химизма
среды было одним из них. Ныне разрушителем биосферы стал человек. Антропогенное загрязнение среды – это не что-то небывалое в
истории биосферы, а частный случай многократно повторявшегося в
прошлом изменения химизма среды, вызванного экспансией нового
для биосферы таксона.
Глобальные вымирания происходили лишь в том случае, если
формировался такой новый таксон, который мог повысить эффективность использования биосферой ресурсов среды. Человек оказался
именно таким таксоном. Его деятельность вовлекла в метаболизм
биосферы химические элементы и источники энергии, прежде не использовавшиеся ею. Но это оказалось несовместимым со сложившимся на Земле видовым составом. Человечество – часть биосферы и его
разрушительную работу не следует рассматривать как внешнее воздействие на нее, а как составную часть ее развития. Происходящее
ныне разрушение биоценозов – это перестройка биосферы, которая
осуществляется ею самой с целью последующей оптимизации своей
работы. Человек – ее орудие. Гибель видов, вызванная антропоген173
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ным загрязнением среды, – это самоочищение биосферы, уничтожение ею носителей консервативной наследственной информации,
сдерживающих ее развитие.
Глобальные вымирания и последующий рост видового разнообразия биосферы – аналог метаморфоза насекомых. Когда гусеница
окукливается, большинство ее клеток, как и большинство видов биосферы во время глобального вымирания, погибает и целостность организма резко снижается. В куколке немногие оставшиеся клетки
размножаются, дифференцируются и формируют бабочку, организм,
более совершенный и более целостный, чем прежде. Оценивая роль
современного глобального вымирания с точки зрения того, как оно
повлияет на совершенствование работы биосферы, следует вслед за
М.А. Федонкиным (1991) дать ему положительную оценку. С точки
же зрения нужд человечества очередное глобальное вымирание нежелательно, т.к. оно может привести к разрушению социальных структур и экономических основ существования человечества. Необходимы усилия, направленные на замедление глобального вымирания.
Рубя сучья, на которых сидим, нужно на дереве жизни оставлять хотя
бы ветки, чтобы было за что хвататься, когда сучья начнут наконец
обламываться.
Человечество, занятое экономическим ростом и внутренними
разборками, предпринимает недостаточные усилия для борьбы с надвигающейся катастрофой. Да и с ней, как пишет В.И. Арнольд (1990),
трудно бороться, если ее признаки заметны (а они видны). Наше время – это время освобождения экологических ниш вымирающими видами. Их займут виды, способные существовать в измененной человеком среде. Они путем дивергентной эволюции создадут совместно с
человеком новую биосферу, более богатую видами, более красочную
и более эффективно использующую ресурсы среды, чем биосфера,
существовавшая до появления человека. Но завершится формирование этой новой биосферы очень нескоро.
Литература
Алексеев А.С. Массовые вымирания и их место в развитии биосферы //
Осадочная оболочка Земли в пространстве и времени. Стратиграфия и палеонтология / Б.С. Соколов (отв. ред.). М.: Наука. 1989. С. 27-34.
Арнольд В.И. Теория катастроф. М.: Наука. 1990. 128 с.
Барсков И.С., Жерихин В.В., Раутиан А.С. Проблемы эволюции биологического разнообразия // Журн. общ. биологии. 1996. Т. 57. №2. С. 14-39.
Вахрушев А.А., Раутиан А.С. Исторический подход к экологии сообществ
// Журн. общ. биологии. 1993. Т. 54. №5. С. 532-553.
174
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Дмитриев В.Ю., Пономаренко А.Г., Расницын А.П. Разнообразие организмов геологического прошлого // Биоразнообразие. Степень таксономической
изученности. М.: Наука. 1994. С. 12-19.
Жерихин В.В. Использование палеонтологических данных в экологическом
прогнозировании // Экологическое прогнозирование. М.: Наука. 1970. С. 113132.
Жерихин В.В. Развитие и смена меловых и кайнозойских фаунистических
комплексов // Тр. Палеонтол. ин-та АН СССР. Т. 165. М.: Наука. 1978. 198 с.
Жерихин В.В. Биоценотическая регуляция эволюции // Палеонтол. журн.
1987. №1. С. 3-12.
Жерихин В.В Исторические изменения разнообразия насекомых // Биологическое разнообразие: подходы к изучению и сохранению. СПб: Зоол. ин-т
РАН. 1992. С. 53-65.
Жерихин В.В. Эволюционная биоценология: проблема выбора моделей //
Экосистемные перестройки и эволюция биосферы. Вып. 1. М.: Недра. 1994. С.
13-20.
Жерихин В.В. Основные закономерности филогенетических процессов (на
примере неморских сообществ мезозоя и кайнозоя). Автореф. дисс…д.б.н. в
форме научн. доклада. М.: Палеонтол. ин-т РАН. 1997. 80 с.
Жерихин В.В., Расницын, А.П. Биотическая регуляция макроэволюционных процессов // Микро- и макроэволюция. Тарту. 1980. С. 7-81.
Камшилов М.М. Ноогеез // Тез. докл. на симп. «Проблемы прогрессивного
развития в живой природе и технике». Л.: Ин-т истории естествознания и техники. 1969. С. 12-16.
Камшилов М.М. Эволюция биосферы. М.: Наука. 1979. 255 с.
Ковалев О.В. Универсальная модель эволюции биосферы и эволюции сознания // Энтомологическое обозрение. 1994. Т. 73. №4. С. 753-776.
Кокшайский Н.В. Филогенетический перенос функций // Зоол. журн. 1997.
Т. 76. №8. С. 883-892.
Колчинский Э.И. Эволюция биосферы. Л.: Наука. 1990. 237 с.
Макрушин А.В. Старение биосистем разного уровня // Успехи геронтологии. 2004. №14. С. 31-33.
Новосельцев В.Н. Теория управления и биосистемы. Анализ сохранительных свойств. М.: Наука. 1978. 320 с.
Пономаренко А.Г. Основные события в эволюции биосферы // Проблемы
доантропогенной эволюции биосферы. М.: Наука. 1993. С. 15-25.
Пономаренко А.Г., Дмитриев В.Ю. Эволюция разнообразия и устойчивость
экосистем // Проблемы доантропогенной эволюции биосферы. М.: Наука. 1993.
С. 54-59.
Пузаченко Ю.Г. Профилактика экологических катастроф // Новые концепции в географии и прогнозировании. М.: Наука. 1993. С. 21-34.
Раутиан А.С. Палеонтология как источник сведений о закономерностях и
факторах эволюции // Современная палеонтология. М.: Недра. 1988. Т. 2. С. 76117.
175
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Раутиан А.С., Жерихин В.В. Модели филоценогенеза и уроки экологических кризисов геологического прошлого // Журн. общ. биологии. 1997. Т. 58.
№4. С. 20-4.
Федонкин М.А. Биосфера: четвертое измерение // Природа. 1991. №9. С.1018.
Гляциоморфологические
и литостратиграфические особенности
строения ярославского ледораздела
Лобанов А.И.*, Муравин Е.С.**
*Независимый исследователь (Ярославль),
**Ярославский государственный университет им. П.Г. Демидова
Сокращенный вариант статьи о Ярославском ледоразделе продолжает серию оригинальных работ А.И. Лобанова [1-7 и др.] о четвертичных отложениях Ярославского Поволжья. Строение ледораздела всесторонне анализируется, и делаются выводы о его
формировании в условиях активности ледника днепровского времени.
Термин «ледораздел», применительно к современным ледникам,
означает линию наибольшей высоты, разделяющей части ледникового покрова. Лед этих частей движется в противоположных или сильно
отличающихся направлениях. В рельефе четвертичных ледниковых
отложений Ярославского Поволжья ледораздел представлен межлопастными напорными грядами давления льдов Шекснинской и Костромской лопастей днепровского ледника [1].
Строение «ледораздела» освещалось во многих работах геологовсъемщиков [8-14 и др.]. Все сходились на представлении о формировании гряды между двумя крупными языками отступавшего ледника,
но называли это сооружение и его возраст по разному. Обычно гряда
рассматривалась как составная часть обширной и крайне неопределенной конечно-моренной возвышенности [8, 13]. Возраст ее относился к московскому времени, как и преобладающий рельеф области.
Это объясняется тем, что исследователи не видели всей области, особенно тех ее участков, где хорошо заметны различия в рельефе (разная ориентировка гряд, присутствие плоских участков водоразделов и
т.д.). Все построения осуществлялись по традиционным представлениям, согласно геоморфологической зональности А.И. Спиридонова
[15, 16]. Т.е., в пределах определенной полосы формы рельефа созданы в течение одного оледенения, отложения которого залегают первыми от поверхности.
176
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
За последнюю четверть прошлого столетия были получены данные, не укладывающиеся в старые рамки [1, 10, 12-14 и др.]. Это и
выявление чешуйчатой и отторженцевой фаций «морены», формирующейся активным (наступающим) ледником [17]; распространение
гляциодислокаций динамического и инъективного типа [18,]. Многослойное строение «островных возвышенностей»; чешуйчатое строение ледниковых гряд в разных регионах [5]. Влияния тектонических
движений, особенно в связи с выявлением довольно многочисленных
землетрясений на равнине [2].
В связи с решением Геологического Конгресса понизить нижнюю
возрастную границу квартера с 0,75 до 1,62-1,8 млн лет [19], начались
работы по изучению эоплейстоцена и нижнего неоплейстоцена. Последняя сводка корреляции схем стратиграфии четвертичных отложений Ярославского Поволжья приведена А.И. Лобановым [7, с. 62, табл.
1]. В настоящей работе использованы ее возрастные индексы (Т1-Т7).
По нашим представлениям, ледораздел прослеживается в рельефе
в виде субмеридионального поднятия на большом протяжении. Он
представляет собой сложное сооружение из серий сближенных угловых массивов, сформированное в течение днепровского оледенения.
В строении ледораздела принимают участие чешуи четвертичных и
мезозойских пород, нагроможденные в несколько этажей, нередко с
крупными гляциодиапирами посредине. Все сооружение подстилается почти горизонтально залегающими толщами отложенй раннего неоплейстоцена. Поперечными и диагональными сдвигами ледораздел
расчленен на несколько частей. Наиболее известен участок ледораздела, прилегающий с юга к Ярославлю (Крестовская гряда). Это связано с его особенным расположением среди низин (отметки 90-115 м)
при высоте гряды от 140 до 185 м (рис. 1). В доказательство изложенного приводим ниже результаты исследований.
Анализ ситуации ледораздела [2] оказался весьма примечательным. Детальное дешифрирование топокарт, аэрофотоматериалов и
неоднократные полевые наблюдения авторов показали, что ледораздел протягивается более, чем на 50 км только на правом борту Волги
до р. Лахость. Но и здесь он разбит разломами на три, по крайней мере, участка. С севера на юг – это Ярославский (Крестовский), Прошенинский и Борисовский участки. Вероятным продолжением к югу (за
р. Лахость) является Нажеровский участок на территории Ивановской
области.
177
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
178
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Угловые массивы ледораздельного поднятия то прижаты вплотную, то разделяются некоторым (слабо пониженным) пространством.
Угловой массив в типичном виде представляется в плане треугольником, острием обращенным к северу (на Крестовском участке – к СВ).
Ширина «основания» такого треугольника меняется от 2-3 до 5-6 км.
Часто его «стороны» переходят в полого вогнутые дуги, являющиеся
боковыми краями ледниковых гряд. Угловой массив как бы скрепляет
собой гряды к востоку и западу от него. При этом массив более приподнят, чем отходящие от него гряды. Местами абсолютные отметки
массива заметно выше, чем центральная часть гряд. Сами гряды прослеживаются на значительные расстояния (18-20 км), например, гряда
с населенными пунктами Сарафоново – Сеславино – Софрониха –
ст. Бурмакино.
Наиболее сжаты между собой угловые массивы Крестовского
участка (собственно Ярославская гряда), а также северные массивы
Прошенинского участка. Южнее д. Еремеевское, на последнем, массивы располагаются на все больших расстояниях (до 1-1,5 км между
вершиной южного и основанием следующего к северу массива). Понижения, в таком случае, усиленно денудируются.
«Разбегание» угловых массивов легче всего наблюдать от д. Головино. Отсюда видны, как минимум, три «вилки» с заметными на
глаз расстояниями между вершинами. Здесь же отмечается снижение
абсолютной и относительной высоты к югу, к долине речки Кобылки.
На левом борту этой речки а. о. вершин угловых массивов вновь достигают 150-160 м. На широте средней части г. Гаврилов-Яма следует
смещение вершин на расстояние в 3,5-4,0 км. Причем, вероятное нарушение трассируется далее под северным бортом Ростовской котловины.
Южнее д. Калинино поверхность столь заметно денудирована,
что прослеживать ледниковые гряды чрезвычайно трудно. Снова они
становятся выраженными в рельефе только в районе д.д. Тимофеевка – Нажерово – Счастливка Ивановской области. Южнее верховьев
речки Ярцевка ледораздел уже не прослеживается, поскольку там
располагается иная система гряд. Можно предполагать, что примерно
по линии д. Варварино – с. Лазарцево – Фомино проходит тектоническое нарушение ЮЗ – СВ ориентировки. Нажеровская система гряд
является восточным продолжением ледниковых гряд, обрамляющих
южную часть Ростовской котловины (от пос. Угодичи на севере до д.
Лазарцево на юге).
179
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Система угловых массивов не является предельно строгой. Вершины их располагаются то немного западнее, то чуть восточнее, но
отклонение это не существенное (до 1-1,5 км). Вероятно, это обусловлено местными условиями контакта льдов соседних языков. Общая
картина здесь одинакова с рисовкой А.И. Москвитина [8] для Бежецкого ледораздела. Самым примечательным смещением является нарушение, отделяющее Крестовский участок ледораздела с юга.
Коротко рассмотрим с этих новых позиций территорию вокруг
Ярославля. Собственно Ярославский (Крестовский) участок гряды,
длинной около 13 км (от устья р. Которосль до южного края пос. Карабиха) и шириной 5-9 км, располагается между Пахминской котловиной и юго-западной окраиной Костромской низины. Ориентирован
участок с ЮЗ на СВ. Визуально и по топокартам различаются боковые (СЗ и ЮВ), или краевые части, где различаются остатки ледниковых гряд и межгрядий, углубленные эрозией, а также центральная зона. Последняя относительно стабильна по ширине (около 3 км) и
состоит из серии слабо выраженных продольных поднятий, разделенных очень узкими понижениями. Здесь же заметны округлые западины, крайне редко достигающие в диаметре 1 км (между п. п. Дубки и
Большое Темерево). Часть из них окружено разорванными кольцевыми грядами (кольцевые комплексы вытаивания ледника [4]). Другая
часть, как показало бурение, приурочена к вершинам песчаных гляциодиапиров (термокарстовые западины). При инженерно-геологических изысканиях (ТИСИЗ) под массовую застройку были выявлены
цепочки гляциодиапиров, вытянутых вдоль Московского проспекта
[14].
Одно время, в южном карьере «Крест» можно было наблюдать
вершины аналогичных гляциодиапиров диаметром до 8 м вверху. От
центрального «ствола» диапира во вмещающие породы наблюдались
внедрения неровных ответвлений, свидетельствующие о формировании структур под давлением. Это явление можно наблюдать в самом
южном окончании карьера, рекультивированного под автодром, в боковых стенках бывших въездных траншей. В 1991 г в основании СЗ
стенки карьера можно было видеть под красновато-коричневой мореной выходы черных юрских глин (азимут падения 320о, угол падения
20о). В днище карьера отмечено чередование клиньев тилла, флювиогляциальных песков и галечников. На ЮВ стенке зафиксированы
смятые водно-ледниковые слоистые суглинки и глины. В некоторых
прослоях обнаруживается дислоцированность.
180
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Наиболее известен разрез «Крест» в северном из карьеров. Здесь
в обнажении восточной стенки карьера под маломощными (до 2 –4 м)
слоями тилла (суглинок буровато-малиновый с валунами, галькой и
гравием) и флювиогляциальных песков (локально), наблюдаются
нижнемеловые пески и песчаники (основная масса, видимой мощностью до 20 м).
Подробное описание отторженца нижнемеловых отложений в
разрезе Крестовского карьера дано во многих работах [20]. В южной
части северной выработки карьера разрез существенно меняется. Белые валанжинские пески заметно увеличиваются в мощности, поднимаясь кверху, а желто-бурые и ржавые пески и песчаники валанжина
и готерива утоньшаются. Однако, у южной границы картина меняется
на противоположную. В 1965 г со дна карьера была пробурена скважина глубиной 48 м, вскрывшая пылевато-песчаные и глинистые породы. Предполагается, что скважиной пересечены надвинутые друг
на друга небольшие отторженцы нижнемеловых отложений. Под ними залегают моренные отложения, переполненные грубообломочным
материалом. По данным бурения такое строение напорной гряды прослеживается на большой площади от Крестов до Карабихи (рис. 2).
В 1 км восточнее пос. Карабиха, на ЮВ окраине гряды существует небольшой карьер, известный, как местонахождение готерива. Во
время описания разреза (1993 г) здесь расширялось шоссе из пос. Карабиха на д. Высоково и в результате обнажился красноватокоричневый тяжело суглинистый тилл с большим содержанием карбонатных галек и валунов (Т2 области). Севернее шоссе, внутри тилла
был виден отторженец из трех песчаных слоев (рис. 3, а). Верхний,
маломощный слой (до 1 м), подстилает нижнюю границу тилла со
следами надвигания и редкими морозными клиньями. Следующий
слой – тонкие рыжевато-желтые пески, слабо-глинистые, с горизонтальной линзовидной слоистостью, слабо нарушаемой мерзлотными
дислокациями. Нижняя граница слоя довольно резкая, горизонтальная. Мощность от 4,5 до 5,4 м (в восточном направлении). Третий
слой представлен светло-серыми песками мелкозернистыми, содержащими в верхней части редкие будины (3,5 х 0,4 м) ржаво-желтых
песчаников с фауной готерива. Мощность слоя до 5 м. Подстилается
он тиллом, аналогичном верхнему. У восточного края этого слоя
позднее (2002 г) стали заметны не только следы мерзлотных процессов, но и трещины (косые сколы), свидетельствующие о боковых напряжениях.
181
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
182
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В расчистке бокового оврага с юго-восточной стороны описанного обнажения (рис. 3, б) удалось увидеть слабое падение к ССВ нижних границ тилла и второго слоя. Нижний тилл здесь срезается третьим слоем песков и подстилается отторженцем юрских песчаников,
смятых в крутую антиклинальную складку (падение крыльев до 7090о). Осевая плоскость антиклинали наклонена слабо к югу. С севера
юрский отторженец «подпирается» песками, в которых заметна смятость и дислоцированность. К пескам прилегает слой темнокоричневого тилла (Т3), относящегося к окскому горизонту. Падение
плоскости на восток под углом 75-85о. Таким образом, можно говорить о многоярусном строении Ярославского участка гряды.
Анализ топокарт масштаба 1:200000 позволил не только представить гляциоморфологическое строение Ярославского участка, но и
выявить его истинное продолжение. Схема была опубликована [5], но
в связи с малым тиражом, мы приводим здесь рисунок еще раз
(рис. 1). Рисовка угловых массивов показывает, что южным продолжением Ярославского участка является Заячьехолмская гряда (Прошенинский участок), прослеживаемая по правому борту р. Которосль.
Сближенные угловые массивы широтных ледниковых гряд здесь тянутся от д. Ананьино до д. д. Унимерь – Головино. Южнее речки Кобылка такие массивы отмечаются уже «в разбежку», т.е. с заметными
расстояниями между ними, а Ставотинское (Борисовское) продолже183
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ние гряды смещено к западу на 3,5-4 км. Ярославский участок резко
развернут, и протягивается в ЮЗ-СВ направлении. Амплитуда сдвига
южного края участка достигает 12-13 км. Очевидно, это стало возможным из-за движений в области сочленения Рыбинского (СЗ-ЮВ)
и Костромского (ЮЗ-СВ) глубинных разломов.
С использованием полученных тенденций строения ледниковых
толщ и корреляционных признаков разновозрастных тиллов [6, 7],
построен разрез на возможную глубину через среднюю часть Ярославской гряды (рис. 2). Прежде всего, хорошо видно, что гряда не
приурочена к каким-либо поднятиям ложа. Она расположена на склоне Костромской низины. Собственно гряда представляет собой многоярусное чешуйчатое сооружение, сформированное в течение одной
ледниковой эпохи. Можно предполагать, как минимум, три яруса, в
каждом из которых принимают участие отторженцы древнечетвертичных образований, мела, юры и даже триаса. Боковые части гряды
состоят из чешуй собственно тилла и отторженцев, надвигание которых происходило с разных сторон. Центральная же часть сильно сжата и изобилует гляциодиапирами песков, как мела, так и квартера. По
опыту исследования других диапиров области, вероятнее всего, они
сложены смесью песков и того и другого возраста. Картировочной
скважиной 185к отмечено выполнение одной из западин валдайскими
отложениями [13].
Это сложное сооружение подстилается рядом ледниковых и водно-ледниковых толщ, относящихся к раннему неоплейстоцену. Из-за
приуроченности территории к склону палеозойской синеклизы, все
толщи имеют слабый наклон подошв к С-СЗ (на рис. 2 подошвы подчеркнуты жирными линиями). Верхние границы ледниковых толщ
свидетельствуют о вероятности их грядового рельефа. Все толщи
имеют чешуйчатое сложение и практически все содержат то или иное
число отторженцев мезозоя (вертикальная штриховка) и квартера
(обозначены буквой «е» перед индексом предполагаемого возраста, от
слова «exaration» – ледниковая эрозия, выпахивание).
К сожалению, на схеме разреза отсутствуют скважины, достигшие «известнякового фундамента». Самая глубокая скважина здесь
(167к или № 887 каталога буровых на воду, 1966) на глубине от 206
до 228,5 м вскрыла пески с галькой, послужившие стратотипом Красноперекопской толщи. Эта толща по существующей легенде [7,
табл. 1; 21], может соответствовать покровскому горизонту основания
неоплейстоцена. Тогда, ледниковые толщи, залегающие ниже, должны относиться к эоплейстоцену. Стратотипы этих толщ выявлены на
184
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
территории Ярославской области в скважине 41 (д. Дмитриевское), 46
(д. Смешково) и др. Пошехонского района, а также скважиной 101 (д.
Глазово) Даниловского района. Ниже красноперекопских флювиогляциальных песков описаны породы, которые пока трудно отнести к
четвертичным, но и от типично коренных пород они заметно отличаются.
В последние годы [2, 10, 18, 22-25 и др.] было принято относить
Ярославскую гряду к Московскому оледенению. Однако, А.И. Лобановым [6, 7] обнаружена еще одна толща тиллов (Т1), залегающая
выше. Эта толща (домниновская) распространена на отметках более
140-150 м абсолютной высоты, и к тому же резко отличается литологическими свойствами [7]. Она слагает гряды, ориентированные с С
на Ю, т.е. перпендикулярно днепровским (Т2). Очевидно, многих исследователей смутило расположение Ярославской гряды под углом к
тем и другим, что как видно из рис. 1, является следствием тектонических движений квартера. Над домниновским тиллом в целом ряде
мест (бол. Сарское и др.) обнаружены разрезы с микулинскими осадками в основании. Под тиллом Т2 (петровская толща), формирующим
широтные гряды, в обнажении (Яковлевское) и в ряде скважин (д. д.
Трубайки, Парфеньево и др.) установлены лихвинские отложения.
Лишь в единственном разрезе области (у д. Каюрово Ростовского
района) были обнаружены осадки теплой эпохи, приближающейся к
межледниковью и залегающие непосредственно на петровском тилле
[6]. Резкое различие литологических свойств [7], ориентировка гряд
[11, 15] и наличие каюровской толщи с теплыми палинологическими
спектрами, – все это позволяет с уверенностью считать, что тиллы Т1
и Т2 области принадлежат двум самостоятельным эпохам. Нет принципиальных соображений, чтобы не называть их в стратиграфической
шкале Европейской России московским (Т1) и днепровским (Т2) горизонтами.
Достоверными единственными подтверждениями возраста гряды
служат: находка останков трогонтериевого слона раннего типа в Ярославле [8, 21] и разрез на р. Которосль (напротив д. Солонец) с микулинскими и валдайскими отложениями. Обнаружение В.А. Новским
этого разреза [10] показало невозможность калининского возраста
гряды. Литология тилла гряды (красновато-коричневый тяжелый суглинок с относительно высоким содержанием грубых фракций, крупной гальки, валунов и пр.) позволяет считать ее возраст петровским
(Т2), или днепровским, по схеме МСК, 1986.
185
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Выводы
Ярославская гряда сложена петровским (днепровский горизонт)
тиллом. Формирование этого сооружения происходило в несколько
этапов. Эти этапы можно, вероятно, коррелировать с несколькими
стадиями оледенения.
Принципиальное значение имеет выявление трех зон гряды (боковых и центральной). Аналогичное строение у Новоторжского или
Вышневолоцкого ледораздела. Большое практическое значение имеют высокие гляциодиапиры в центральной зоне гряды. При дренаже
песков, которыми они выполнены, происходит «оседание» поверхности. Сооружения, попадающие на площади таких диапиров, начинают
терять свою устойчивость.
Приведенный разрез гряды (рис. 2) показывает, что для формирования ледораздела не требуется выступов ложа (или коренного основания квартера). Сооружение образуется, по-видимому, за счет активности самого ледника и усиленного бокового давления соседних
потоков
Активность ледниковых потоков может меняться на относительно коротких расстояниях. Это показывает разная степень выраженности ледораздела. (рис. 1). Усиление бокового давления приводит не
столько к повышению высоты водораздела, сколько к его усложнению. Одновременно, это выражается и практическим смыканием угловых массивов. При ослаблении давления такие массивы начинают
рассредоточиваться в пространстве, «разбегаться». Это хорошо заметно на самом южном (Ставотинском) участке ледораздела. Вероятным северным продолжением ледораздела можно считать водораздел
по левому борту р. Ить (н. п. Толбухино – Путятино – Кузьмино), а
далее – д. Марьино – ст. Лунка. Здесь, как и на Заячьехолмском участке, ледораздел служит основанием для домниновского тилла (Т1).
Вместе они формируют высокие водоразделы, называемые Даниловской грядой.
Показательно расчленение ледораздела на отдельные участки поперечными тектоническими нарушениями (по речкам Кобылка, Пахма), а также диагональными (по рч. Великой, Пеленге, Удисне и др.).
Эти движения происходили после формирования ледораздела, т.е.
они моложе 180 тысяч лет. Подновление нарушений вероятно происходило в течение валдайского времени (70-100 тысяч лет назад) и в
голоцене, о чем можно судить по смещению русла Волги к югу (рис.
1) по определяющим Рыбинского глубинного разлома.
186
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Литература
Лобанов А.И. Проблемы геологического строения территории Ярославля
/А.И. Лобанов, Е.С. Муравин //Тезисы докладов IV Международной конференции: Инженерная география. Экология урбанизированных территорий. – Ярославль: Изд-во ЯГПУ им. К.Д. Ушинского, 1999. – С. 358-360.
Лобанов А.И. Особенности строения ледниковых толщ и гляциотектоники
в окрестностях Ярославля / А.И. Лобанов //Проблемы стратиграфии четвертичных отложений и палеогеографии Ярославского Поволжья. Материалы симпозиума. – М.: ГЕОС, 2001. – С. 121-139.
Лобанов А.И. Выявление тектонических нарушений в четвертичных отложениях Центра России /А.И. Лобанов //Материалы международной конференции
«Современная геодинамика…». – Воронеж, 2001. – С. 110-112.
Лобанов А.И. Рельеф вытаивающего мертвого «льда» А.И. Лобанов
//Материалы третьего Всесоюзного совещания по изучению четвертичного периода. – Смоленск, 2002. – С. 149-151.
Лобанов А.И. Формирование основных морен и грядового рельефа активным льдом /А.И. Лобанов //там же. – Смоленск, 2002. – С. 151-152.
Лобанов А.И. Корреляционные признаки тиллов Центра России /А.И. Лобанов //Вестник Воронежского университета. – Воронеж, 2003. – №2. – С. 27-40.
Лобанов А.И. Разрезы четвертичных отложений в районе г. Рыбинска (Ярославская область) /А.И. Лобанов //Бюллетень Комиссии по изучению четвертичного периода. – М.: ГЕОС, 2004. – №65. – С.51-63.
Москвитин А.И. Ярославский «мамонт» /A.И. Москвитин //Бюллетень
МОИП, Отд. геол. – М., 1950. – Т. XXV, вып. 3. – С. 97-108.
Москвитин А.И. Стратиграфия плейстоцена Европейской части СССР /А.И.
Москвитин. – М.: Наука, 1967. – 238 с.
Новский В.А. Морена напора /В.А. Новский //Плейстоцен Ярославского
Поволжья. – М.: Наука, 1975.- 236 с. (с. 81- 99).
Рохмистров В. Л. Новые данные о Ярославской моренной гряде /В.Л. Рохмистров //Материалы совещания: Геоморфология Центральной части Руссой
равнины. – М., 1971. – С. 105-108.
Судакова Н.Г. Палеогеографические закономерности ледникового литогенеза /Н.Г. Судакова. – М.: Изд-во МГУ, 1990. – 160 с.
Фетищева Е.А. др. Отчет Ярославской геолого-съемочной партии о комплексной геолого-гидрологической съемке, проведенной на территории листа 037-XXII в 1965-1966 гг /Е.А. Фетищева //Материалы к Государственной геологической карте масштаба 1:200000. – М., 1967.
Щербаков И.Н. Геоморфологический анализ при инженерно-геологических
изысканиях /И.Н. Щербаков //Проблемы геоморфологии и гидрогеологии северной половины Русской равнины: Научные труды ЯГПИ. – Ярославль, 1976. –
Вып. 149. – С. 19-24.
Бреслав С.Л. Четвертичная система /С.Л. Бреслав //Геология СССР. Центр
Европейской части СССР.- М.: Недра, 1971.- Т. IV.- С. 489-636.
Спиридонов А.И. Геоморфология Европейской части СССР. – М.: Высшая
школа, 1978. – 335 с.
187
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Лаврушин Ю.А. Строение и формирование основных морен материковых
оледенений /Ю.А. Лаврушин. – М.: Наука, 1976. – 237 с.
Левков Э.А. Гляциотектоника /Э.А. Левков. – Минск: Наука и техника,
1980. – 280 с.
Решение 2-го Межведомственного стратиграфического совещания по четвертичной системе Восточно-Европейской платформы. – Ленинград, 1986. – С.
157.
Киселев Д.Н. Крестовский карьер /Д.Н. Киселев, В.Н. Баранов //Атлас геологических памятников природы Ярославской области. – Ярославль: изд-во ЯГПУ, 2003. – С. 83-93.
Спиридонова Е.А. Палинологическая характеристика средневалдайского
мегаинтерстадиала и ее значение для восстановления истории развития флоры и
растительности Русской равнины /Е.А. Спиридонова //Бюллетень Комиссии по
изучению четвертичного периода. – М.: Наука, 1983. – №52. – С. 42-57.
Московский ледниковый покров Восточной Европы. – М.: Наука, 1982. –
236 с.
Введенская А.И. Дискуссионные вопросы стратиграфии плейстоцена Клинско-Дмитровской возвышенности /А.И. Введенская, Л.Т. Восковская, Г.М. Немцова, Н.Г. Судакова //Тезисы докладов Всероссийского совещания по изучению
четвертичного периода.- М.: 1994.- С.46.
Оледенения среднего плейстоцена Восточной Европы. – М.: ГЕОС, 2001. –
160 с.
Четвертичные оледенения на территории СССР /Ред. А.А.Величко, Л.Л.
Исаева, М.А. Фаустова. – М.: Наука. – 1987. – 128 с.
Оценка степени токсичности сублетальных
концентраций кадмия для головной и
туловищной почек пресноводных костистых
рыб
Назарова Е.А., Заботкина Е.А., Балабанова Л.В.
Институт биологии врутренних вод им. И.Д. Папанина РАН,
пос. Борок Ярославской обл., e-mail: nazarova@ibiw.yaroslavl.ru
Проблема высокой токсичности для гидробионтов даже незначительных концентраций тяжелых металлов приобретает в последнее
время все большую актуальность в связи с увеличением промышленных стоков во внутренние водоемы. К одним из наиболее токсичных
для рыб тяжелых металлов относят кадмий (Линник, Искра, 1997). Он
легко поглощается из воды и накапливается в теле обитателей водоемов. Показано, что в наибольших количествах металл аккумулируется
в почках (Гладышева, Кашулин, 2006; De Smet et al, 2001; De Smet, Biust, 2001; Jayakumar Panchanathan, Paul Vattapparumbil Issac, 2006).
188
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Накапливаясь, металл вызывает патологические повреждения гемопоэтической ткани и нефронов почек, в результате чего снижаются
их осмотические и ионрегулирующие функции, наблюдаются воспалительные явления, токсический некробиоз и гибель клеток лимфомиелоидной ткани (Гамбарян, Лаврова, 1989; Singhal, Jain, 1997). В интерстициальной ткани почек обнаруживаются кровоизлияния, плазморрагии и
отложения гемосидерина (Крючков, Бойко, 2002).
Однако информация о характере изменений гематологических
показателей и повреждениях структуры лейкоцитов в почках рыб в
результате токсического эффекта малых концентраций кадмия на
ранних сроках воздействия очень ограничена.
В связи с этим целью настоящей работы было изучение влияния
ионов кадмия на соотношение лейкоцитов и ультраструктуру иммунокомпетентных клеток почек речного окуня Perca fluviatilis L., и
обыкновенного карпа Cyprinus carpio L.
Материал и методы исследования
Работу проводили на 10 особях речного окуня (Perca fluviatilis L.)
в возрасте 0+ (длиной 9.0±0.6 см и массой 6.8±1.3 г) и 10 карпах (Cyprinus carpioL.) в возрасте 1+ (длиной 17,18±0,93 см и массой
108,35±15,6 г). После акклимации рыб содержали в 50 л аэрируемых
пластиковых аквариумах с водопроводной водой при ежедневном
кормлении. Подопытных окуней содержали в водопроводной воде с
добавлением хлорида кадмия до концентрации 20 мкг/л, карпов до
концентрации 5 мг/л в расчете по иону металла. Пробы отбирали через 14 суток экспозиции. Приготавливали мазки-отпечатки головной
почки, и фиксировали кусочки туловищной почки для электронной
микроскопии.
Анализ соотношения лейкоцитов проводили на мазках – отпечатках головной почки, которые фиксировали этиловым спиртом и окрашивали краской по Романовскому – Гимза. При идентификации
лейкоцитов придерживались классификации Ивановой Н.Т. (Иванова,
1983). Оценку результатов проводили в программе Excel при уровне
достоверности P≤0,05.
Для электронно-микроскопических исследований кусочки туловищной почки фиксировали в 2,5% глютаральдегиде на 0,1М фосфатном буфере и 1% четырехокиси осмия (OsO4), обезвоживали в спиртах возрастающей концентрации и заливали в Эпон 812 по
стандартной методике (Миронов, Комиссарчик, 1994). Ультратонкие
срезы контрастировали 0,2% водными растворами уранилацетата и
189
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
цитрата свинца, и просматривали под трансмиссионным электронным
микроскопом JEM 100C.
Результаты исследований и их обсуждение
Световая микроскопия.
Результаты исследований показали, что под действием токсиканта в головной почке окуня изменилось соотношение всех рассматриваемых типов клеток, что в первую очередь выразилось в лимфопении и нейтрофилии (Рисунок).
60,00
50,00
%
40,00
30,00
20,00
10,00
0,00
-10,00
1
2
3
4
5
Окунь, контроль
Карп, контроль
6
7
8
Окунь, опыт 14 сут
Карп, опыт 14 сут
Рис. 1. Изменение соотношения лейкоцитов в головной почке окуня и карпа
под действием кадмия: 1 – лимфоциты, 2 – макрофаги, 3 – плазмоциты,
4 – гемоцитобласты, 5 – метамиелоциты, 6 – нейтрофилы палочкоядерные, 7 – нейтрофилы сегментоядерные, 8 – эозинофилы
Помимо лимфоцитов, у опытных рыб по сравнению с контролем
значительно снизилась доля гемоцитобластов, а доля незрелых форм
нейтрофилов возросла в 1.5 – 2 раза. Значительное увеличение претерпела доля эозинофилов: их количество изменилось с 1.5% в контроле до 4.5% в опыте. В отличие от окуня у карпа под действием
токсиканта достоверно уменьшилась доля макрофагов, и в 1.5 раза
увеличилась доля гемоцитобластов. В то же время количество гранулоцитов стало несколько меньше по сравнению с контролем. Эти колебания, по-видимому, могут быть связаны с перераспределением
этих клеток из почек в периферическую кровь или с развитием в них
воспалительных реакций под действием ионов кадмия. Известно, что
190
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
головная почка обладает высокой поэтической активностью, и скорость поэза, как и созревание клеток, зависят от видовых особенностей развития лимфомиелоидной ткани. Это подтверждают обнаруженные различия в реакции лейкоцитов у исследуемых видов рыб.
Электронная микроскопия. Результаты исследований показали,
что в контроле лимфомиелоидная ткань туловищной почки окуня содержала все типы лейкоцитов, характерные для этого вида рыб. Наиболее часто встречались лимфоциты, макрофаги, реже наблюдали
плазматические клетки. Гранулоциты были представлены нейтрофилами и эозинофилами разной степени дифференцировки.
В отличие от окуня в туловищной почке карпа помимо нейтрофилов и эозинофилов наблюдали базофилы , а так же гранулоциты
смешанного типа, цитоплазма которых содержала специфичные гранулы, характерные как для эозинофилов, так и для базофилов.
В норме тонкая структура всех типов лейкоцитов у карпа и окуня
была подобна таковой, описываемой другими авторами у данных видов рыб (Балабанова, 2002; Cenini, 1984.).
Установлено, что кадмий оказал влияние на структуру всех типов
лейкоцитов туловищной почки исследуемых видов рыб. В первую
очередь, как у окуня, так и у карпа, воздействию токсиканта подверглись органоиды, выполняющие энергетическую функцию, – митохондрии. Почти во всех клетках, как лимфоидного, так и миелоидного
рядов наблюдали просветление матрикса и частичное или полное разрушение крист митохондрий. В ядрах некоторых лимфоцитов произошло образование ядерной петли, которая могла возникнуть в результате расслоения ядерной мембраны. Подобное явление может
свидетельствовать об усилении синтетических процессов в клетках в
условиях стресса.
Вместе с тем отмечены видовые особенности в изменении структуры лейкоцитов. У окуня в цитоплазме лимфоцитов отмечали появление лизосомоподобных электроноплотных гранул. Ранее подобное
явление наблюдали у карпа при иммунизации, а также у карася при
действии фенола и нафталина (Балабанова, Заботкина, 1988; Заботкина, Бубенкова, Назарова, 2005). У карпа увеличилось количество фагосом в макрофагах: если в почках контрольных рыб данные клетки
содержали одну, реже – две фагосомы, то после экспозиции в растворе кадмия были обнаружены макрофаги, цитоплазма которых была
заполнена 5-6 фагосомами с остатками различных клеток. Следует
отметить опустошение специфичных гранул у части эозинофилов и
191
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
гранулоцитов смешанного типа. Мы предполагаем, что этот выброс
ферментов, находящихся в гранулах, связан с ответной реакцией клеток на действие токсиканта.
Наблюдаемые нами изменения структуры лейкоцитов у окуня и
карпа, подобны таковым, описываемым под действием ионов кадмия
в лейкоцитах сибирского осетра и тиляпии (Балабанова, 1997; 1998).
Заключение
Таким образом, сублетальная концентрация ионов кадмия токсична для лейкоцитов почек, как окуня, так и карпа. На клеточном
уровне это проявляется в изменении соотношения лейкоцитов, а на
субклеточном – в повреждении структур клеток, ответственных за
хранение наследственной информации и обеспечение энергией, а так
же ферментных систем гранулоцитов. Данные повреждения свидетельствуют о функциональных нарушениях органа, и позволяют
предположить ослабление защитных функций в результате повреждения структуры лейкоцитов и, как следствие, снижение устойчивости рыб к различным заболеваниям. Вместе с тем следует отметить
большую чувствительность сеголеток окуней к ионам кадмия по
сравнению с годовиками карпа. Специфика реагирования клеток почек окуня и карпа на данный токсикант, скорее всего, связана с видовыми особенностями структуры тканей и интенсивности обменных
процессов.
Литература
1. Балабанова Л.В. Влияние кадмия на ультраструктуру иммунокомпетентных клеток мозамбикской тиляпии Oreochromis mossambicus // Цитология,
1997. – Т.39. – № 8. – С. 677-680.
2. Балабанова Л.В. Влияние кадмия на ультраструктуру иммунокомпетентных клеток селезенки и почек осетра Acipenser baeri Brandt // Биология внутренних вод, 1998. – №2. – С. 80-85.
3. Балабанова Л.В. Ультраструктура гранулоцитов некоторых видов окунеобразных рыб // Биология внутренних вод, 2002. – №1. – С. 79-84.
4. Балабанова Л.В., Заботкина Е.А. Ультраструктура клеток иммунной системы карпа Cyprinus carpio L. в норме и при иммунизации // Цитология. 1988.
Т.30. №6. -С.657-661.
5. Гладышева И.В. Кашулин Н.А. Особенности накопления тяжелых металлов в организмах рыб в условиях многокомпонентного загрязнения водоемов (на
примере водосбора р. Пасвик, 2002г.) // Биоиндикация в мониторинге пресноводных экосистем : Тез. докл. СПб., 2006. -С.36-37.
6. Гамбарян С.П., Лаврова Е.А. Нефротоксическое действие соединений
платины, хрома и кадмия на морских костистых рыб // Журнал эволюционной
биохимии и физиологии, 1993.-Т. 25.-№ 6.-С. 729-735.
192
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
7. Заботкина Е.А., Бубенкова Е.В., Назарова Е.А. Действие сублетальных
концентраций фенола и нафталина на структуру ткани туловищной почки и селезенки обыкновенного карася // Современные проблемы биологии, экологии,
химии: Региональный сборник научных трудов. Ярославль, 2005.-С. 79-84.
8. Иванова Н.Т. 1983. Атлас клеток крови рыб. М.: "Легкая и пищевая
пром-сть", 184 с.
9. Крючков В.Н., Бойко А.В. Изучение механизма нефротоксичности кадмия для рыб // Международная конференция "Современные проблемы Каспия",
посвященная 105-летию КаспНИРХ, Астрахань, 24-25 дек., 2002. -С.152-155.
10. Линник П.Н., Искра И.В. Кадмий в поверхностных водах; содержание,
формы нахождения, токсическое действие // Гидробиологический журнал,
1997. – Т.33. – №6. – С.72-87.
11. Миронов А.А., Комиссарчик Я.Ю. Методы электронной микроскопии в
биологии и медицине. СПб.: Наука, 1994. – 400 с.
12. Cenini P. The ultrastructure of leucocytes in carp (Cyprinus carpio) // J.
Zool., 1984. – Vol. 204. – №4. – P.509-520.
13. De Smet Hans, De Wachter Bart, Lobinski Richard, Blust Ronny. Dynamics
of (Cd,Zn)-metallothioneins in gills, liver and kidney of common carp Cyprinus carpio
during cadmium exposure // Aquat. Toxicol. N 3-4, 2001, V.52, -P.269-281
14. Hans de Smet, Ronny Biust. Stress Responses and changes in Protein Metabolism in carp (Cyprinus carpio) during cadmium exposure // Ecotoxicology and Environmental Safety, 2001. – Vol.48. – №3 – P.17-22.
15. Singhal R.N., Jain M. Cadmium induced changes in the histology of kidneys
in common carp, Cyprinus carpio (Cyprinidae) // Bull. Environ. Contam and Toxicol,
1997. – Vol.58. – N 3. – P.456-462.
16. Jayakumar Panchanathan, Paul Vattapparumbil Issac. Patterns of cadmium
accumulation in selected tissues of the catfish Clarias batrachus (Linn.) exposed to
sublethal concentration of cadmium chloride // Vet. arh. N 2, 2006, V.76, -P.167-177
Оценка мутагенной активности воды
природных водоемов (на примере оз. Неро)
Прохорова И. М., Ковалева М. И., Фомичева А. Н., Фираго А.Л.,
Попова Л.С., Шешина К.А., Кондакова Д.С., Солдатова А.А.
Ярославский государственный университет им. П.Г. Демидова
150000 г. Ярославль, ул. Советская, 14. E-mail: geneticayar@mail.ru
В связи с загрязнением окружающей среды возник новый быстро
развивающийся раздел экологической генетики – генетическая токсикология, задачей которой является изучение воздействия факторов
окружающей среды на генетический аппарат человека. Но человечество стремиться не только выжить, но и сохранить природу, биологическое разнообразие. Поэтому необходима защита от генотоксикан193
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
тов не только человека, но и всех видов, населяющих Землю. В связи
с этим генетическая токсикология переросла первоначальную задачу:
изучение действия факторов среды на наследственность человека. В
генетической токсикологии возникло и быстро развивается направление, которое можно назвать экотоксикогенетикой. Её задача – изучение воздействия факторов среды на генетический аппарат различных
организмов в составе биоценоза. Приходится оценивать мутагенное
загрязнение природных сред – воды, воздуха, почвы. Следовательно,
приходится иметь дело с целым комплексом химических факторов.
Возникают свои специфические проблемы, с которыми не возникают
при исследовании мутагенной активности отдельных химических соединений.
На биологическом факультете Ярославского государственного
университета им. П.Г. Демидова ведутся многолетние исследования
по изучению мутагенного загрязнения водоемов Ярославской области
в рамках Федеральной целевой программы «Оздоровление экологической обстановки на реке Волга и её притоках, восстановление и предотвращение деградации природных комплексов Волжского бассейна
(Возрождение Волги)». Анализ большого фактического материала позволяет сделать попытку решить эти проблемы.
В настоящее время контроль за загрязнением водоемов проводится санитарно-эпидемиологическими службами по такому показателю как предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих
веществ. Использование оценки ПДК вполне подходит при изучении
воздействия индивидуальных факторов. При оценке мутагенной активности воды применение ПДК нецелесообразно по следующим
причинам. Во-первых, вода представляет собой комплекс факторов
природного и антропогенного происхождения, полный компонентный
перечень которых выявить в настоящее время практически нереально.
Во-вторых, пока только небольшая часть химических веществ проверена на мутагенность. В-третьих, генетическое действие каждого соединения, даже хорошо изученного в лаборатории, в натурных условиях, в комплексе с большим числом мутагенов и немутагенов может
быть сильно модифицировано. В настоящее время оценка состояния
водоема проводится в прямых токсикогенетических исследованиях по
величине суммарной мутагенной активности (СМА) (Лекявичус Р.К.,
1983; Журков В.С., 1998; Прохорова И.М., 2002). СМА – интегральный показатель, который выявляет суммарное действие всех генетически активных факторов, содержащихся в пробе, с учетом их взаимодействия, что позволяет более корректно определить реальный
194
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
мутагенный потенциал воды (Соколовский, 1982; Лекявичус, 1984;
Ревазова, 1994; Журков, 1998).
Важным является и выбор тест-систем для оценки генетического
потенциала природных вод. К настоящему времени разработано более
200 методов оценки генотоксикантов, в которых используются различные тест – объекты от вирусов до высших животных и клеток человека, и регистрируется самые различные генетические повреждения. Однако существующее многообразие методов свидетельствует о
том, что не один из них не является универсальным, удовлетворяющим всех исследователей. Причины этого следующие:
Тесты на мутагенность являются видоспецифичными, так как
есть мутагены, повреждающие геном только у определенных видов.
Таким образом, мутаген, опасный для человека, может быть не выявлен на используемом исследователем тест – объекте. Поэтому необходимо использовать несколько тест – объектов.
Методы являются тест-специфичными, то есть каждый тест выявляет немного видов наследственных нарушений, чаще один тип мутаций. Поэтому если тест регистрирующий хромосомные мутации
дал отрицательный ответ, это не означает, что фактор не вызывает
генных мутаций. Следовательно, что бы не получить ложноотрицательных ответов необходимо использовать несколько тестов;
Исследование одним методом и на одном тест – объекте может
дать различный ответ из-за тканеспецифичного действия фактора. Так
в тесте рецессивных летальных мутаций у Dr. melanogaster ответ зависит от того в какие органы вводилось химическое соединение. Тканеспецифичность отмечается и при использовании микроядерного
теста (Сычева Л. Н., 2004).
Косвенные мутагены (промутагены) сами не обладают мутагенной активностью, но их метаболиты генотоксичны. Таким образом,
даже проверка фактора несколькими методами на нескольких тест –
объектах ещё не гарантирует, что его генетическая безопасность
окончательно установлена;
По этим причинам для уменьшения количества возможных ложноотрицательных и ложноположительных ответов необходимо использовать широкий набор методов с применением широкого круга
объектов.
Для выбора системы оценки мутагенности воды природных водоемов, которая сочетала бы высокую чувствительность с экономичностью, нами проведено сравнение широкого набора токсикогенетических методов. В результате предложена система из трех тес195
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
тов, включающих разные тест-объекты или регистрирующие разные
типы мутагенов (табл. 1). Выбор тест-объектов обусловлен следующими соображениями.
Таблица 1
Методы исследования
Тест-объект
Chlorella
garis
Allium cepa
vul-
Метод исследования
Характер регистрируемого
эффекта
Учет видимых мутаций
мутагенность (генные мутации)
Ана-телофазный метод
мутагенность (хромосомные аберрации в соматических клетках)
Drosophila me- Учет доминантных
lanogaster
тальных мутаций
ле- мутагенность
(генные и хромосомные мутации)
Chlorella vulgaris является первичным продуцентом и может аккумулировать генетически активные поллютанты, которые далее будут мигрировать и аккумулироваться по трофическим цепям. Тест с
использованием Allium cepa позволяет регистрировать как прямые
мутагены, так и промутагены, приобретающие мутагенную активность в процессе метаболизма в растительном организме. Введение
Drosophila melanogaster в систему тестов позволяет выявлять как
прямые мутагены, так и промутагены, проявляющие активность в животном организме.
C использованием предложенного методического подхода нами
изучена СМА воды оз. Неро, а не индивидуальных загрязнений при
исследовании воды оз. Неро.
Материал исследования
Материалом исследования служили пробы воды оз. Неро, отобранные 20-21 июля 2006 года на 9 станциях:
Ст. 2. В 1 км от места впадения р.Сара.
Ст. 3. У Городского острова, в 50 м.
Ст. 4. 1.5 км от ст.3, между островом и местом добычи сапропеля – центр открытой части озера, самая глубокая станция отбора проб.
Ст. 5. Место добычи сапропеля.
Ст.8. Напротив предприятия Русь-квас, в 100м от берега.
Ст. 9. В месте впадения р.Ишня, в 100м от берега.
Ст. 11. В месте впадения р.Варус, южная часть Левского залива.
От ст.10 ее отделяет участок озера, сплошь заросший макрофитами
196
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
(много роголистника, рдеста, масса отмирающей зеленой водоросли
Cladofora, куртины тростника, кубышка).
Ст. 12. Заказник – Плавья. Открытый плес. Берега заросшие макрофитами.
Ст. 15 Прибрежье возле села Угодичи.
Отобранные пробы концентрировались в 25 раз методом вымораживания (Методические рекомендации…, 1990).
Методы исследования
Мутагенная активность воды оценивалась по суммарной мутагенной активности (СМА). Для определения СМА использовалась
система из трех тестов: метод учета видимых мутаций (ВМ) у Chlorella vulgaris (Ваулина и др., 1975), ана-телофазный метод учета хромосомных аберраций (ХА) в меристеме Allium cepa (Sharma, 1983), метод учета доминантных летальных мутаций (ДЛМ) у Drosophila
melanogaster (Генетическая токсикология, 2006).
При постановке опыта тест-объекты подвергались воздействию
концентрированных проб воды следующим образом: в тесте ВМ на
воде готовилась суспензия Ch.vulgaris; луковицы A.cepa в воде проращивались, а самцы Dr.melanogaster поились водой изучаемых проб.
В контрольном варианте использовалась вода, очищенная фильтром Аквафор-Модерн.
Для оценки уровня мутагенной активности воды использовался
такой показатель как «выраженность мутагенной активности» (ВМА).
ВМА оценивалась во всех тестах как кратность превышения уровня
мутаций над контрольным (табл. 2).
Если мутагенность пробы отмечалась хотя бы в одном из трех
тестов, вода считалась обладающей мутагенной активностью.
Статистическая обработка результатов проводилась с использованием пакета программ EXCEL 2000 (Microsoft, USA).
Результаты исследования
Результаты исследования СМА в трех тестах представлены в
табл. 3 и на рисунках. Анализ результатов позволяют отметить следующее.
При изучении мутагенной активности таких сложных смесей как
природные воды для исключения ложноотрицательных результатов
необходимо использовать комплекс тестов, позволяющих регистрировать различные типы генетических нарушений. Доля проб воды,
197
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
для которых выявлена мутагенная активность, различается в зависимости от использованного теста.
Таблица 2
Оценка уровня СМА при использовании различных тестов
Метод
Учет ВМ у
Chlorella
vulgaris
Учет ДЛМ у
Drosophila
melanogaster
Учет ХА в
анателофазе
митоза у Allium cepa
Показатель
Превышение частоты
ВМ
над
контр. уровнем (кратность)
Превышение частоты
ДЛМ
над
контр. уровнем
(кратность)
Превышение частоты
ХА
над
контр. уровнем
(разность)
Уровни СМА
Отсутствие
Средняя
Слабая СМА
СМА
СМА
Сильная
СМА
ДостоверОтсутствие
Достоверные разлидостоверные различия
ных различия в 2-5 раз
до 2 раз
чий
Достоверные различия более 5
раз
ДостоверОтсутствие Достоверные разлидостоверные различия в 5-10
ных разли- чия в 2-5 раз
раз
чий
Достоверные различия в более
10 раз
ДостоверОтсутствие
ные разлидостоверчия
менее
ных различем на 10%
чий
Достоверные различия
более
чем на 25%
Достоверные различия на 1025%
Выраженность зарегистрированной мутагенной активности для
одной и той же пробы может различаться от отсутствия МА до средней МА в зависимости от используемого теста.
МА воды оз. Неро в трех тестах выявлена для 6 из 9 изученных
станций, то есть для 66,67% станций.
Сравнительный анализ наличия и уровня мутагенного эффекта,
отмечаемого на одной и той же станции, но при использовании различных тестов позволяет заключить о наличии мутагенов и промутагенов с разным типом действия. Выраженность и соотношение различных типов мутаций варьируют в зависимости от станции, что
свидетельствует о неравномерности пространственного распределения различных типов поллютантов.
198
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
199
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Литература
Ваулина Э.Н., Аникеева И.Д., Коган И.Г. Индуцированный мутагенез и селекция хлореллы. М.: Наука, 1978. С.4-85.
Журков В.С. Методология интегральной оценки мутагенных загрязнений
водных объектов // Мутагены и канцерогены в окружающей среде. С.-Пб.: СПбГУ, 1998. С. 126-130.
Лекявичус Р.К. Химический мутагенез и загрязнение окружающей среды.
Вильнюс: Мокалас, 1983. 275 c.
Методические указания по экспериментальной оценке СМА загрязнений
воздуха и воды. М.: МЗ СССР, 1990. 25 с.
Прохорова И.М, Ковалева М.И., Фомичева А.Н. Генетическая токсикология: лабораторный практикум. Ярославль: ЯрГУ, 2005. 132 с.
Прохорова И.М., Ковалева М.И. Генотоксический мониторинг экологического состояния верхней Волги // Научные аспекты экологических проблем России. М: Наука, 2002. С. 355-362.
Ревазова Ю.А. Взаимодействие различных факторов среды и оценка их
суммарной генотоксической активности в среде обитания человека // Мутагены
и канцерогены окружающей среды и наследственность человека. Доклады межд.
симпозиума. Москва, 18-21 октября 1994. М.: ИОГен, 1994. С.87-105.
Соколовский В.В. Журков В.С. Оценка суммарной мутагенной активности
факторов окружающей среды // Гигиена и санитария. 1982. №11. С.7-11.
Шевченко В.А. Радиационная генетика одноклеточных водорослей. М.:
Наука, 1979. С. 3-25.
Sharma C.B. Plant meristems as monitors of genetic toxity of environmental
chemicals // Current science. 1983. V. 52. №21. P. 1000-1002.
200
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Влияние высоких доз органических
удобрений на аэробно-анаэробное состояние
микробоценоза и численность fе(iii)восстанавливающих бактерий в пахотном
горизонте дерново-подзолистой супесчаной
почвы
Пухова Н.Ю., Верховцева Н.В.*, Осипов Г.А.**,
Флесс Н.А.*, Пухов Д.Э.***
Ярославский государственный университет им. П.Г. Демидова,
e-mail: nataliya_puhova@mail.ru
*Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова,
e-mail: ver@soil.msu.ru
**Центр сердечно-сосудистой хирургии РАМН, Москва,
е-mail: osipovga@mail.ru
***Ярославский государственный технический университет,
e-mail: Puhov2005@yandex.ru
Представлены результаты исследования видового разнообразия микроорганизмов в пахотном горизонте дерново-подзолистой супесчаной почвы при внесении высоких доз органических удобрений (жидкого навоза и сточных вод). В состав сообщества микроорганизмов входят 44 вида аэробных и анаэробных
прокариот, относящихся к 32-м родам, а также почвенные грибы. В целом, в почвенном микробоценозе в условиях высокой нагрузки по органическому веществу,
аэробно-анаэробное равновесие смещено в сторону анаэробиоза. Из анаэробных
видов доминируют Clostridium pasteurianum, Butyrivibrio sp., Ruminococcus sp.
Численность железоредукторов в исследованных опытных вариантах достигает
105 – 107 кл/г почвы и зависит от количества вносимого удобрения.
Одним из способов утилизации таких органических отходов, как
жидкий (бесподстилочный) навоз (ЖН) животноводческих ферм крупного рогатого скота (КРС) и сточные воды (СВ) пищевых предприятий,
в частности, молочных, является их внесение в почву агроценоза в качестве органических удобрений. При этом в агроэкосистеме могут наблюдаться токсичные явления, связанные с повышением концентрации
в почве тяжелых металлов (ТМ), а так же смещение аэробноанаэробного равновесия в сторону анаэробиоза. В результате такие
почвы теряют свое плодородие. Среди ТМ, увеличение концентрации
которых возможно при таком способе утилизации органических отходов, особое внимание следует обращать на железо. Известно, что этот
элемент в степени окисления Fe(II) является токсичным для растений
[1]. Переводу Fe(III)-соединений в Fe(II)-состояние при нейтральных
значениях рН почв способствуют железовосстанавливающие бактерии,
201
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
многие из которых относятся к облигатным и факультативным анаэробам [4, 9]. Сопряженность железоредукции с такими анаэробными
процессами как денитрификация, сульфатредукция и метаногенез показана в ряде работ [3, 4, 8, 9]. Однако исследования биологического
железовосстановления и изменений аэробно-анаэробного равновесия в
сообществе микроорганизмов дерново-подзолистых почв при внесении
в них органических отходов в высоких дозах ранее не проводилось, что
явилось целью данной работы.
Для проведения исследования был заложен вегетационный опыт
на базе вегетационного домика факультета почвоведения МГУ им.
М.В. Ломоносова. При закладке опыта в качестве удобрений вносили
бесподстилочный навоз КРС и сточные воды молочного комбината
«Нестле» в рассчитанных дозах 100, 300 и 900 кг N на га почвы. Вегетационный опыт закладывали с использованием сосудов Митчерлиха,
емкостью 2 л. Повторность опыта четырехкратная. В опыте применяли бесструктурную почвенную массу пахотного горизонта (0-10 см)
супесчаной дерново-подзолистой почвы, привезенной из опытного
хозяйства ВНИПТИОУ (пос. Вяткино Владимирской обл.). Продолжительность опыта два года. Вначале второго вегетационного периода сосуды перебивали и в осенний период проводили микробиологические исследования. Таким образом, изучали последействие
внесенных органических удобрений.
Для определения видового разнообразия микроорганизмов в почвенных образцах использовали метод газовой хроматографии – массспектрометрии (ГХ-МС) на приборе Aligent Technology (США). Максимальное отклонение в численности при повторных определениях
составляет 15% [2]. Общее содержание железа в почвенных образцах
проводили методом атомно-адсорбционной спектрометрии на приборе Hitachi 180-80 (Япония) с корректором фона Зеемана.
Видовое разнообразие микроорганизмов исследуемых почвенных
образцов представлено в таблице. В состав сообщества микроорганизмов входят 44 вида прокариот, относящихся к 32-м родам, а также
почвенные грибы.
Анализируя видовой состав микробоценозов исследованных почвенных образцов можно выделить несколько микробных доминант,
по которым можно судить о количественных изменениях и направленности микробиологических процессов в составе микробного сообщества при внесении органических удобрений. Так, в ведущую ассоциацию микроорганизмов, который формируется в почве как при
внесении ЖН, так и СВ, входят аэробные виды Acetobacter diazotro202
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
phicus, Arthrobacter globiformis, Methylococcus sp., Rhodococcus equi и
анаэробные – Clostridium pasteurianum, Butyrivibrio sp., Ruminococcus
sp. При повышении доз внесенного азота в составе ЖН заметно возрастает численность грибов, анаэробных бактерий Ruminococcus sp. и
A. diazotrophicus. Однако, при максимальной дозе ЖН (900 кг N/га)
численность аэробов A. diazotrophicus, Methylococcus sp., A. globiformis, R. equi и анаэробных клостридий C. pasteurianum резко снижается. В этом опытном варианте доля анаэробных бактерий в составе
микробоценоза максимальна по сравнению с другими исследованными в работе почвенными образцами и достигает приблизительно 65%.
Таблица
Состав микробоценоза пахотного горизонта дерново-подзолистой
супесчаной почвы при внесении высоких доз органических удобрений по данным жирно-кислотного анализа почвенных образцов
№
п/п
1
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
Представители микробоценоза почвы
2
Acetobacter
diazotrophicus
Acetobacterium sp.
Actinomadura
roseola
Aeromonas
hydrophila
Agrobacterium
radiobacter
Arthrobacter
globiformis
Bacillus subtilis
Bacillus sp.
Bacteroides
fragilis
Bacteroides
hypermegas
Bacteroides
ruminicola
Bifidobacterium sp.
Butyrivibrio 12-13
Численность, × 106 кл/г воздушно-сухой почвы
К*
100 N 300 N 900 N 100 N 300 N 900 N
Н
Н
Н
СВ
СВ
СВ
3
4
5
6
7
8
9
5,02
8,3
4,60
17,53 8,69
5,36
15,52
0,65
1,30
0,00
3,86
0,00
0,71
1,86
0,19
0,20
0,00
0,00
0,00
0,15
0,00
0,00
5,60
2,10
6,49
4,67
0,04
6,81
1,19
0,0
0,10
0,00
0,00
0,95
0,29
9,22
1,10
0,00
17,16
24,90
8,20
6,18
0,86
0,80
0,30
1,88
1,32
0,96
1,49
1,34
0,00
0,30
0,00
0,40
0,00
1,46
2,50
0,78
0,37
1,07
0,05
1,05
1,27
0,03
0,10
0,10
0,25
0,08
0,06
0,23
0,35
1,10
0,70
3,09
0,56
0,45
1,44
2,50
0,20
0,00
3,62
0,00
2,08
0,00
0,37
2,90
0,00
7,32
0,00
0,21
1,96
203
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
25.
26.
27.
28.
29.
30.
31.
32.
33.
34.
35.
36.
37.
2
Butyrivibrio 14-11
Butyrivibrio
7S-14-3
Chlamydia sp.
Clostridium
difficile
Clostridium
pasteurianum
Clostridium
perfringens
Clostridium
propionicum
Corynebacterium sp.
Cytophaga sp.
Desulfovibrio
sp.
Eubacterium
sp.
Eubacterium
lentum
FeRed
Methylococcus
sp.
Micrococcus
sp.
Mycobacterium sp.
Nitrobacter sp.
Nocardia carnea
Propionibacterim
freudenreichii
Pseudomonas
fluorescens
Pseudomonas
putida
Pseudomonas
vesicularis
Pseudonocardia sp.
Rhodococcus
equi
3
0,47
4
0,40
5
1,50
6
10,07
7
4,81
8
0,45
9
0,69
4,34
0,40
1,70
14,02
3,39
3,47
5,79
0,00
0,00
0,00
0,10
0,00
0,00
0,04
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
6,55
2,10
1,60
12,17
9,00
7,25
6,71
0,06
0,10
0,10
0,25
0,47
0,05
0,12
1,13
0,90
0,20
2,56
0,00
0,42
1,21
0,00
0,40
0,00
0,00
0,00
0,09
0,10
0,74
0,00
1,50
0,90
0,80
0,50
2,89
0,00
1,12
0,00
0,73
0,00
1,95
0,00
0,01
0,10
0,00
0,31
0,01
0,00
0,02
0,50
0,10
0,30
4,46
0,63
0,32
1,14
5,67
6,55
3,10
2,0
0,20
1,60
10,78
12,17
9,73
9,00
4,81
7,25
11,71
6,71
0,84
0,00
0,00
0,00
0,76
0,88
1,06
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,12
0,00
1,23
0,76
0,00
0,60
0,00
0,10
3,16
0,57
4,44
0,30
1,27
0,61
0,00
0,05
2,06
0,00
0,50
6,36
1,78
1,43
2,81
0,89
1,9
0,80
2,53
1,19
0,72
1,30
0,70
4,9
0,90
4,76
1,53
0,61
1,70
0,29
1,0
0,70
1,99
0,92
0,36
1,25
0,71
0,90
0,20
1,35
0,67
0,74
1,08
5,27
7,40
1,90
7,64
3,16
5,63
7,01
204
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2
Rhodococcus
terrae
Ruminococcus
39.
sp.
Sphingobacte40.
rium spiritovorum
Sphingomonas
41.
capsulata
Staphylococ42.
cus sp.
Streptomyces
43.
sp.
Wolinella sp.
44.
Xanthomonas
45.
sp.
Fungi
46.
Общая численность,
× 106 кл/г
воздушно-сухой
почвы
1
38.
3
0,85
4
0,30
5
0,40
6
2,08
7
35,07
8
0,94
9
0,62
4,75
5,20
1,70
67,37
6,41
4,96
6,02
0,34
0,6
0,30
0,90
0,39
0,35
0,95
0,52
1,00
0,50
1,61
0,67
0,44
0,94
1,03
0,90
0,20
1,30
0,44
0,79
0,48
1,66
2,70
0,00
0,00
0,00
2,47
3,14
0,77
0,80
2,30
2,50
0,70
1,10
3,60
3,39
2,25
1,47
1,79
0,87
8,44
2,24
5,47
74,0
9,90
74,50
1,40
27,40
41,69 48,53 6,38
272,00 188,00 72,00
12,69
122,00
Примечание (*).Условные обозначения: К – контрольный вариант (без
удобрений); 100 N Н, 300 N Н, 900 N Н – опытные варианты, в которые вносили
ЖН КРС в дозах 100, 300 и 900 кг азота на га, соответственно; 100 N ОСВ, 300 N
ОСВ, 900 N СВ – опытные варианты, в которые вносили сточные воды в дозах
100, 300 и 900 кг азота на га, соответственно.
Наиболее интересным в отношении изменения численности микробных доминант в опыте с внесением ЖН в качестве удобрения является образец с дозой 100 кг азота на га почвы. Во-первых, в этом
случае в микробоценозе не прослеживается ряд общих тенденций,
отмеченных выше по формированию доминантных аэробноанаэробных микробных ассоциаций. Например, численность аэробных бактерий R. equi возрастает, а анаэробов Butyrivibrio sp. резко
снижается. Во-вторых, появляются две новые аэробные доминанты –
Pseudomonas putida и Aeromonas hydrophila, что свидетельствует о
смещении направленности микробиологических процессов в аэробную сторону. Следовательно, такая невысокая доза ЖН не вызывает
нарушений в аэробно-анаэробном статусе почвы.
В серии опытов с внесением в качестве удобрения СВ происходит смена видов в ведущей ассоциации. С увеличением дозы вноси205
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
мого азота возрастает численность аэробов (A. diazotrophicus, R. equi)
и анаэробов (Ruminococcus sp., Butyrivibrio sp.). Применение СВ при
высоких концентрациях подавляет численность грибов и аэробных
бактерий A. globiformis, но при этом возрастает численность Rhodococcus terrae. Этот вид обладает более высокой гидролитической активностью в отношении полимерных углеводных субстратов, что, повидимому, обусловило вытеснение им артробактера. Факультативноанаэробные бактерии A. hydrophila и Wolinella sp. в достаточно значительном количестве появляются в микробоценозе почвы с дозой 900
кг азота на га. В результате при увеличении вносимой дозы СВ суммарная численность анаэробных бактерий возрастает.
Среди анаэробных и факультативно-анаэробных видов в составе
сообщества был отмечен ряд видов, которые называют в публикациях
[3, 6, 7], как железовосстанавливающие (Clostridium, Aeromonas, Propionibacterium, Bacillus), Кроме того, были обнаружены маркеры железоредукторов (в таблице обозначены как FeRed), способных восстанавливать Fe(III) из каолина [5].
Варьирование численности железовосстанавливающих бактерий в
исследованных почвенных образцах по данным ГХ-МС отражает общую динамику численности почвенных микроорганизмов (Рис. 1 и 2).
Согласно полученным нами данным, использование органических удобрений приводит к увеличению валового содержания железа
в почвенных образцах (рис. 3). Причем, при внесении СВ этот показатель изменяется незначительно, а при внесении ЖН КРС – возрастает
существенно по сравнению с контрольным вариантом (5,5-6,0 раз).
Максимальная численность железоредукторов в обоих опытных вариантах отмечается при внесении самой высокой дозы ЖН и СВ; причем, этот показатель в обоих вариантах сопоставим – 1,1 × 107 и 1,2 ×
107 кл/г почвы, соответственно.
Таким образом, численность Fe(III)-восстанавливающих бактерий, по-видимому, не зависит от концентрации валового содержания
железа в почве. Дополнительное внесение высокой концентрации аллохтонного органического вещества в составе органических удобрений (ЖН и СВ) в почву пахотного горизонта супесчаной дерновоподзолистой почвы приводит к смещению аэробно-анаэробного равновесия в микробоценозе в сторону анаэробиоза и, как, следствие – к
возрастанию численности Fe(III)-редукторов. Это, несомненно, является дополнительным фактором токсичности для почв агроценоза и
ограничением для применения таких органических отходов в качестве
органических удобрений.
206
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Литература
1. Альберт, А. Избирательная токсичность: В 2 т. М.: Медицина. Т. 2. 1989.
432 с.
2. Осипов Г.А. Способ определения родового (видового) состава ассоциации микроорганизмов. Патент на изобретение № 2086642 от 10.08.97. 12 с.
3. Пиневич А.В. Микробиология железа и марганца. СПб.: Изд-во С.-Пб.
ун-та. 2005. 374 с.
4. Потехина Ж.С., Шерышева Н.Г., Бычек-Гущина И.А., Готтшалк Г. Анаэробный рост бактерий на метане с Fe(III)-восстановлением как электронакцептирующим процессом // Изв. Самарского научного центра РАН. Т. 2. № 2.
2000. -С. 371-379.
5. Турова Е.С., Осипов Г.А. Изучение структуры микробного сообщества
активного в биотрансформации минералов железа в каолине // Микробиология.
1996. Т. 65. № 3. -С. 837-843.
6. Benz M., Schink B., Brune A. Humic acid reduction by Propionibacterium
freudenreichii and other fermenting bacteria // Appl. Environ. Microbiol. Vol. 64. №
11. 1998. -Р. 4507-4512.
7. Boone D.R., Liu Y., Zhao Z.-J., Balkwill D.L., Drake G.R., Stevens T.O., Aldrich H.C. Bacillus infernus sp. nov., an Fe(III)- and Mn(IV)-reducing anaerobe from
the deep terrestrial subsurface // Int. J. System. Bacteriol. Vol. 45. № 3. 1995. -Р. 441448.
207
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
8. Coates J.D., Cole K.A., Michaelidou U., Patrick J., McInerney M.J., Achenbach L.A. Biological control of hog waste odor through stimulated microbial Fe(III)
reduction // Appl. Environ. Microbiol. Vol. 71. № 8. 2005. -Р. 4728-4735.
9. Fredrickson J.K., Gorby Y.A. Environmental processes mediated by ironreducing bacteria // Curr. Opin. Biotechnol. Vol. 7. № 3. 1996. -Р. 287-294.
Изучение процесса трансформации
2,4-динитротолуола чистыми культурами
бактерий Bacillus pumilis и Bacillus
fusiformis , выделенными из почвы,
загрязненной взрывчатыми веществами
Пухова Н.Ю., Бегунов Р.С.
Ярославский государственный университет имени П.Г. Демидова
150057 г. Ярославль, пр. Матросова, 9; тел. (4852) 47 82 98;
E-mail: nataliya_puhova@mail.ru
За последние два десятилетия были обнаружены и изучены бактерии, способные к трансформации различных нитроароматических
соединений. Такой метаболической активностью обладают гетеротрофные бактерии родов Pseudomonas, Bacillus, Staphylococcus, Lactobacillus, Comamonas, Serratia, Rhodococcus, метаногены рода Methanococcus, сульфатвосстанавливающие бактерии рода Desulfovibrio [15]. Причем, большинство микроорганизмов способно только восстанавливать нитрогруппы до аминокислот с образованием соответствующих аминоароматических соединений [3]. Последние, в свою
очередь, подвергаются микробиологическому окислению до полной
минерализации. Бактерии и грибы, выполняющие в экосистемах роль
редуцентов и способные к трансформации широкого спектра органических соединений, видимо, являются основными участниками биоремедиации объектов окружающей среды от нитро- и аминоароматических соединений. Поэтому, весьма интересным как с
теоретической, так и с практической точки зрения, представляется
проследить пути превращения нитроароматических соединений в
чистых культурах микроорганизмов в контролируемых условиях.
Объектом исследования служили две культуры факультативно
анаэробных гетеротрофных бактерий, идентифицированных нами как
Bacillus pumilis и Bacillus fusiformis. Бактерии выделены из почвы, загрязненной взрывчатыми веществами и обладают устойчивостью к
208
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
высоким концентрациям 2,4-динитротолуола (2,4-ДНТ) в культуральной среде (до 100 мг/л).
Целью данной работы является изучение процесса трансформации 2,4-ДНТ и установление роли этого процесса в метаболизме Bacillus pumilis и Bacillus fusiformis.
Изучение процесса трансформации 2,4-ДНТ проводили в микроаэробных (в 1000-мл колбах с 600 мл среды без перемешивания) условиях на минеральной среде [5] следующего состава (в г/л дистиллированной воды): K2HPO4 – 7,00, KH2PO4 – 3,00, MgSO4 – 0,10, NaCl – 0,10,
(NH4)SO4 – 0,25, дрожжевой экстракт – 0,05; в качестве источника углерода использовали глюкозу в концентрации 5,0 г/л с добавлением
2,4-ДНТ в концентрации 0,5 µМ. 2,4-ДНТ перед добавлением в среду
растворяли в 1 мл этилацетата для получения тонких поверхностных
пленок [3], что намного увеличивает площадь контакта бактериальных
клеток с исследуемыми веществами. Культивирование проводили в
термостате при температуре 27-28 0С в течение 14 суток.
По окончании срока инкубации методами газо-жидкостной хроматографии (ГЖХ) на приборе ЛХМ-80 (длина колонки равна 3 м; температура колонки, детектора и испарителя соответственно: + 200, + 220, +
270 0С, расход азота 40 мл/мин) и жидкостной хроматографии (ЖХ) на
приборе LaChom, MERCK (ацетонитрил : вода = 80 : 20) были исследованы хлороформные вытяжки из культуральной среды для обнаружения НАС и/или продуктов их деградации. Стандартный образец 2амино-4-нитротолуол приобретен по каталогу Acros Organics.
Согласно полученным результатам, изучаемые бактерии в процессе роста на среде с глюкозой восстанавливают одну нитрогруппу в
молекуле 2,4-ДНТ до аминогруппы с образованием 2-амино-4нитротолуола (2-А-4-НТ), как показано на схеме:
H2N
O2N
NO2
NO2
В контрольных колбах (абиотический контроль) 2-А-4-НТ не определялся. Bacillus pumilis восстанавливает 2,4-ДНТ до 2-А-4-НТ за
14 суток культивирования со степенью конверсии 22,5 %, у Bacillus
209
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
fusiformis степень конверсии 2,4-ДНТ примерно в 1,5 раз выше и составляет 34,7 % (табл.)
Таблица
Результаты по трансформации 2,4-ДНТ
изучаемыми культурами бактерий
№ Бактерии
п/п
1. Bacillus pumilis
2. Bacillus fusiformis
Конечный продукт транс- Степень
формации 2,4-ДНТ
конверсии, %
2-А-4-НТ
22,5
2-А-4-НТ
34,7
Таким образом, бактерии Bacillus fusiformis наиболее эффективны
в процессе биотрансформации 2,4-ДНТ.
При изучении роли 2,4-ДНТ в метаболизме исследуемых нами
бактерий было выяснено, что они не способны использовать 2,4-ДНТ
в качестве единственного источника углерода и энергии. Об этом
свидетельствует отсутствие роста бактерий на среде без дополнительного внесения глюкозы в качестве углеродного субстрата, а так
же интактность бензольного кольца при восстановлении 2,4-ДНТ в
процессе культивирования. Бактерии также не способны использовать
2,4-ДНТ в качестве источника азота. Это подтверждается отсутствием
роста бактерий на безазотной среде с 2,4-ДНТ.
Итак, в результате трансформации 2,4-ДНТ гетеротрофными бактериями Bacillus pumilis и Bacillus fusiformis, изолированными из почвы, загрязненной взрывчатыми веществами, образуется аминоароматическое вещество – 2-амино-4-нитротолуол. Согласно литературным
данным, 2-А-4-НТ является продуктом первого этапа деградации нитроароматических соединений в природных условиях [2, 5], дальнейшая трансформация уже аминоароматических соединений идет с участием микробоценозов [4], включающих, помимо прокариот, грибы
различных систематических групп [6].
Литература
Наумов А.В., Суворова Е.С., Боронин А.М., Зарипова С.К., Наумова Р.П.
трансформация 2,4,6-тринитротолуола лактобациллами с образованием токсичных гидроксиламинопроизводных // Микробиология. 1999. Т. 67. № 1. С. 56-62.
Boopathy R., Kulpa C.F. Nitroaromatic compounds serve as nitrogen sourse for
Desulfovibrio sp. (B strain) // Can. J. Microbiol. 1993. Vol. 39. № 4. Р. 430-433.
Davis E.P., Boopathy R., Manning J. Use of trinitrobenzene as nitrogen source
by Pseudomonas vesicularis isolated from soil // Cur. Microbiol. 1997. V. 34. P. 192196.
210
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Field J.A., Stams A.J.M., Rato M., Schraa G. Enchanced biodegradation of aromatic pollutants in coculture of anaerobic and aerobic bacterial consortia // Antonie
van Leeuwenhoek. 1995. Vol. 67. P. 47-77.
Kalafut T., Wales M.E., Rastogi V.K., Naumova R.P., Zaripova S.K., Wild J.R.
Degradation of 2,4,6-trinitrotoluene by Serratia marcescens // Current Microbiology.
1998. Vol. 36. P. 45-54.
Kim H.-Y., Song H.-G. Comparison of 2,4,6-trinitrotoluene degradation by seven strains of white rot fungi // Current Microbiology. 2000. Vol. 41. P. 317-320.
Изучение токсичности гальваношламов
и магнитных жидкостей,
изготовленных на их основе
Рачкова Е.В.*, Казин В.Н.*, Макарьин В.В., Калаева С.З.,
Ерехинская А.Г., Макаров В.М., Тимрот С.Д.
Ярославский государственный университет им. П.Г. Демидова
Ярославский государственный технический университет
Известно, что в настоящее время во многих отраслях промышленности образуются отходы, которые являются токсичными и содержат в своём составе значительное количество ценных компонентов. Одними из наиболее опасных являются отходы, образующиеся
после очистки сточных вод гальванических производств – гальваношламы. В Ярославской области гальваношламы образуются на 33
предприятиях. Данные отходы состоят из гидроксидов тяжелых металлов, которые по степени токсического воздействия на человека занимают второе место после радиоактивных отходов. Проблема заключается в том, что полигоны для захоронения этих токсичных
веществ повсеместно отсутствуют, поэтому велика вероятность их
попадания на неорганизованные свалки. С другой стороны, даже в
случае безопасного захоронения гальваношламов, данное решение
нельзя признать рациональным, поскольку их компоненты обладают
ценными физико-химическими свойствами, которые желательно использовать в наибольшей степени. К настоящему времени гальваношламы находят применение в строительных изделиях и керамике, в лакокрасочной продукции, в качестве сырья для получения
катализаторов, в производстве резин. Однако по экологическим соображениям некоторые технологии использования гальванического шлама были отвергнуты, как не позволяющие избежать последующего негативного влияния тяжелых металлов на окружающую природную
среду (ОПС).
211
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Одним из наиболее экологически и экономически обоснованным
является применение компонентов исследуемых шламов для получения магнитного материала. Это связано с высоким содержанием соединений железа в гальваношламах некоторых предприятий, которые
могут быть использованы в качестве источника трёхвалентного железа для получения магнитных жидкостей. Магнитные жидкости – это
уникальные жидкие среды, сочетающие магнитоуправляемость с малой вязкостью и текучестью обычных жидкостей. Она представляет
собой коллоидный раствор магнитных частиц ультрамикроскопического размера, покрытых поверхностно-активным веществом (ПАВ),
необходимым для стабилизации дисперсной системы. Величина подобной частицы – порядка 102 Å. Магнитные жидкости применяются
в машиностроении – в качестве смазывающих материалов для машин и механизмов; в полиграфической технике – для нанесения на
бумагу рисунков, а также получения тиснений с использованием напыления; в измерительных устройствах; в медицине – для перекрытия тока крови в крупных сосудах во время проведения операций, введения
фармакологических препаратов в организм, получения рентгеноконтрастных веществ, управляемых магнитным полем; аппаратах для очистки сточных вод от нефтепродуктов и в других отраслях.
К первостепенным задачам данного исследования следует отнести
биотестирование водной вытяжки гальваношлама и магнитной жидкости, полученной на его основе, с целью установления их класса
опасности; определение класса опасности магнитной жидкости расчетным методом.
В качестве объекта исследований был выбран гальваношлам
(табл. 1) Ярославского судостроительного завода (ЯСЗ), а также
магнитные жидкости, полученные с использованием компонентов
этого гальваношлама. Жидкой фазой магнитных жидкостей являлись керосин и вода (табл. 2, 3).
Таблица 1
Компонентный состав гальваношлама ЯСЗ
Компонент
CaO
SiO2
MgO
Концентрация
(%)
12.9
1.7
5.6
212
Оксиды
железа
49.6
H2O
30.2
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 2
Компонентный состав магнитной жидкости на основе гальваношлама ЯСЗ (жидкая фаза – керосин)
Компонент
Концентрация (%)
Fe3O4
30-40
ПАВ (Олеиновая кислота)
10-15
Керосин
50-60
Таблица 3
Компонентный состав магнитной жидкости на основе
гальваношлама ЯСЗ (жидкая фаза-вода)
Компонент
Концентрация(%)
Fe3O4
60
ПАВ (олеат натрия)
15
H2O
25
Токсичность гальваношлама и магнитной жидкости на водной
основе была определена методом биотестирования. Класс опасности
магнитной жидкости, жидкой фазой которой являлся керосин, получен расчетным методом. Это связано с тем, что при разведении
исходной пробы по стандартной методике используют воду, которая в данном случае не смешивается с керосином.
Известно, что класс опасности отхода устанавливается по степени возможного вредного воздействия на человека и окружающую
природную среду (табл. 4) при непосредственном или опосредованном воздействии этой токсичной смеси, в соответствии с критериями,
приведенными в приказе Министерства природных ресурсов РФ от 15
июня 2001 г. № 511 “Критерии отнесения опасных отходов к классу
опасности для окружающей природной среды”.
Таблица 4
Класс опасности отходов
№ Степень вредного воздействия отходов
на ОПС
1 Очень
высокая
2 Высокая
Критерии отнесения опасных от- Класс опасности
ходов к классу опасности для отходов для ОПС
ОПС
Экологическая система необратимо нарушена. Период восстановления отсутствует.
Экологическая система сильно
нарушена. Период восстановления не менее 30лет после полного
устранения источника.
213
I класс
(чрезвычайно
опасные)
II класс
(высоко опасные)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3 Средняя
4 Низкая
5 Очень низкая
Экологическая система нарушена.
Период восстановления 10 лет,
после снижения вредного воздействия от существующего источника.
Экологическая система нарушена.
Период самовосстановления не
менее трёх лет.
Экологическая система практически не нарушена.
III класс
(умеренно
опасные)
IV класс
(малоопасные)
V класс
(практически
неопасные)
Метод биотестирования.
В данном методе в качестве тест-объекта использовались Ceriodafnia affinis. Острое токсическое действие исследуемого раствора на
цериодафний определяется по их смертности за определенный период
экспозиции. Критерием острой токсичности служит гибель 50% и более цериодафний за 48 ч в исследуемом растворе при условии, что в
контроле гибель не превышает 10%. Для повышения достоверности
полученных значений процедуру биотестирования проводят в трех
повторностях. Исследуемый раствор разбавляют в 10, 100, 1000 и в
10000 раз. В каждой повторности используют 10 пробирок. В пробирку наливают 10 мл соответствующей концентрации раствора и сажают одну особь цериодафнии (взрослая самка). Для определения острого токсического действия через 48 часов производят подсчет
выживших особей. Полученные данные обрабатывают для определения летальной кратности разбавления, приводящей к смерти 50% особей, графическим методом. Результаты биотестирования представлены в табл. 5, 6 и на рис. 1, 2.
Таблица 5
Определения острой токсичности водной вытяжки
гальваношлама ЯСЗ
Концентрация С (%)
100
10
1
0,1
0,01
Lg C
2
1
0
-1
-2
214
А (%)
100
57
23
0
0
Значение пробита
7,33
5,18
4,26
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
значения пробитов
8
y = 1,535x + 4,055
R2 = 0,9492
6
4
2
0
-2,5
-2
-1,5
-1
-0,5
0
0,5
1
1,5
2
2,5
lgC
Рис. 1. Линейная зависимость пробитного значения гибели цериодафний
от логарифма концентраций водных вытяжек гальваношлама ЯСЗ
На основании полученных данных для гальваношлама ЯСЗ определены:
- пробитное значение 5,0 соответствует LgC=0,62;
- С=4,1% -концентрация, вызывающая 50 %-ную гибель тестобъекта;
- ЛКР50 =100% / С = 100% / 4.1% = 24,3;
- гибель половины тест-обьектов происходит при разведении в
24,3 раз;
- класс опасности – IV.
Для магнитной жидкости на водной основе определены:
- пробитное значение 5,0 соответствует LgC= -0,07;
- С=0,85% – концентрация, вызывающая 50% гибель тесторганизма;
- ЛКР50 =100% / С = 100% / 0,85% = 117,6;
- гибель половины тест-объектов происходит при разведении в
117,6 раз;
- класс опасности – III.
Таблица 6
Определение острой токсичности магнитной жидкости, полученной на основе гальваношлама ЯСЗ (жидкая фаза – вода)
Концентрация С (%)
100
10
1
0.1
0.01
Lg C
2
1
0
-1
-2
215
А (%)
100
96.7
60
7
0
Значение пробита
7.33
6.88
5,25
3,52
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
значение пробитов
10
-3
8
6
4
y = 1,306x + 5,092
2
0
-2
-1
0
1
2
3
LG C
Рис. 2. Линейная зависимость пробитного значения гибели цериодафний
от логарифма концентраций магнитной жидкости, полученной на основе
гальваношлама ЯСЗ (жидкая фаза – вода)
Расчетный метод определения класса токсичности.
Отнесение отходов к классу опасности расчётным методом осуществляется на основании показателя (К), характеризующего степень
опасности отхода при воздействии на окружающую природную среду, рассчитанного по сумме показателей опасности веществ, составляющих токсичную смесь (Кi). Перечень компонентов отхода и их количественное содержание устанавливаются по составу исходного
сырья, технологическому процессу его переработки или по результатам количественного химического анализа. По проведенным расчетам
магнитная жидкость на керосиновой основе относится к III классу
опасности.
В результате проведенного исследования сделано следующее заключение:
1. Гальваношлам ЯСЗ относится к IV классу опасности (малоопасные); магнитные жидкости – к III классу (умеренно опасные).
2. Использование компонентов гальваношламов при производстве магнитных жидкостей позволяет решить проблему ресурсосбережения.
3. Полученные результаты по биотестированию гальваношлама
ЯСЗ и магнитных жидкостей, для получения которых были использованы компоненты этого отхода, показывают, что не происходит
снижения класса опасности продукции. Однако ценность магнитных жидкостей в различных отраслях производства настолько велика, что данный метод можно признать рациональным.
216
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Производственная деятельность человека
и окружающая среда
Рябцева Е.А.
ГОУ ВПО ОрГМА Росздрава, г. Оренбург, ул. Советская, 6,
(3532)77-58-78, realex05@mail.ru
В соответствии с Конституцией Российской Федерации каждый
имеет право на благоприятную окружающую среду, каждый обязан
сохранять природу и окружающую среду, бережно относиться к природным богатствам, которые являются основой устойчивого развития,
жизни и деятельности народов, проживающих на территории Российской Федерации (ФЗ об охране окружающей среды).
Данным законом определяются правовые основы государственной политики в области охраны окружающей среды, которые призваны обеспечить сбалансированное решение социально-экономических
задач, сохранение благоприятной окружающей среды, биологического разнообразия и природных ресурсов в целях удовлетворения потребностей нынешнего и будущих поколений, укрепления правопорядка в области охраны окружающей среды и обеспечения
экологической безопасности.
Под охраной окружающей среды понимается деятельность органов государственной власти Российской Федерации, органов государственной власти субъектов Российской Федерации, органов местного
самоуправления, общественных и иных некоммерческих объединений, юридических и физических лиц, направленная на сохранение и
восстановление природной среды, рациональное использование и
воспроизводство природных ресурсов, предотвращение негативного
воздействия хозяйственной и иной деятельности на окружающую
среду и ликвидацию ее последствий.
В настоящее время постоянно происходит прямое или косвенное
влияние производственной деятельности человека на окружающую
среду, потребление природных ресурсов, изменение качества компонентов окружающей среды.
При любом виде деятельности практически всех существующих
ныне предприятий происходит загрязнение окружающей среды – поступление в окружающую среду или образование в ней вредных (загрязняющих) веществ в концентрациях, превышающих установленные нормативы качества компонентов окружающей среды.
217
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В связи с этим при планировании основных направлений деятельности предприятия, целей и задач системы обеспечения экологической безопасности, рационального использования и воспроизводства природных ресурсов необходимы координированные и
согласованные действия, направленные на предупреждение аварийности на производственных объектах, а также на снижение или ликвидацию отрицательных воздействий на окружающую среду.
В целях экологической безопасности на предприятиях необходимо проводить производственный экологический контроль, направленный на соблюдение требований в области охраны окружающей
среды, экологической безопасности, который осуществляется посредствам оперативного выявления отклонений от требований федеральных законов, нормативных правовых актов, нормативных технических документов и собственных регламентов и положений
предприятия.
Составной частью производственного экологического контроля
является производственный аналитический контроль, основная задача
которого состоит в получении информации о качественном и количественном содержании загрязняющих веществ в промышленных выбросах или сбросах; о содержании вредных загрязняющих веществ на
границах санитарно-защитных зон и жилой застройки; о качестве
питьевой воды нецентрализованных систем водоснабжения.
Природоохранными нормативными документами, в соответствии
с которыми организуется производственный экологический контроль,
являются:
• Федеральные законы и постановления правительства Российской Федерации (ФЗ «Об охране окружающей среды», ФЗ «Об отходах
производства
и
потребления»,
ФЗ
«О
санитарноэпидемиологическом благополучии населения», ФЗ «Об охране атмосферного воздуха», ФЗ «Об экологической экспертизе»» Водный кодекс РФ, Лесной кодекс РФ, Земельный кодекс РФ);
• Государственные и международные стандарты в области охраны окружающей среды и обеспечения экологической безопасности;
• Федеральные нормативные и методические документы, утвержденные специально уполномоченными государственными органами
в области охраны окружающей среды, определяющие критерии и величины предельно допустимых нормативов воздействия на компоненты окружающей среды, лимиты размещения отходов, порядок, методы и источники контроля за соблюдением природоохранных норм и
нормативов;
218
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
• Законодательные акты в области охраны окружающей среды
субъектов Российской Федерации;
• Отраслевые нормативные и методические документы в области
охраны окружающей среды и природных ресурсов, производственного экологического контроля, согласованные в установленном порядке
со специально уполномоченными государственными органами в области охраны окружающей среды;
• Внутрипроизводственные нормативные и инструктивные документы.
Производственный экологический контроль как часть системы
управления экологической безопасности объединяет в себя несколько
функций, одна из которых информационно-аналитическая, заключающаяся в сборе, обработке, анализе и оценке накопленной информации в целях повышения эффективности деятельности предприятия
в области охраны окружающей среды и природопользования.
Для успешной экологической политики конкретного предприятия
разрабатывается «Положение о производственном экологическом
контроле», которое утверждается генеральным директором и согласовывается Управлением по технологическому и экологическому надзору Ростехнадзора.
Производственный экологический контроль осуществляется руководителями и специалистами предприятия, его обособленными
подразделениями путем проведения комплекса мероприятий, направленных на обеспечение безопасного функционирования производственных объектов, а также на предупреждение инцидентов и аварий,
обеспечение готовности к локализации аварий и ликвидации их последствий.
Все мероприятия, проводимые предприятием в области охраны
окружающей среды, в том числе и производственный экологический
контроль направлены на установление и поддержание наиболее благоприятной экологической обстановки как в рамках отдельно взятого
микрорайона, так и целого населенного пункта, на территории которого расположено данное предприятие.
219
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Полуколичественное определение
солей некоторых тяжелых металлов
методом тонкослойной хроматографии и его
применение для решения экологических
задач
Сибриков С.Г., Ерёмкин А. Н.
Ярославский государственный университет им. П.Г.Демидова
г. Ярославль, ул.Советская,14.
Методы количественной оценки хроматограмм в тонком слое
(ТСХ) можно разделить на две категории. В первом случае разделенные вещества исследуют непосредственно на носителе, а во втором –
прежде чем анализировать вещества дальше, их вымывают из слоя
адсорбента [1,2]. В тех случаях, когда не требуется высокая точность,
но необходима быстрота определения, а также необходимо обработать большое количество хроматограмм или провести предварительное исследование, тогда пользуются первым способом, то есть исследуют вещества прямо на носителе.
При получении хроматограмм для прямого количественного анализа на пластинках следует придерживаться определенных условий.
Это вызвано тем, что площадь пятна данного вещества на проявленной хроматограмме зависит от полярности растворителя, расстояния,
пройденного пятном на хроматограмме, и близости других пятен. Поэтому при проведении прямого количественного анализа на слое необходимо руководствоваться следующими рекомендациями [2]:
1. На пластинку должны быть нанесены одинаковые объемы растворов веществ и стандартов. Площадь пятен на старте каждый раз
должна быть одной и той же.
2. При приготовлении образцов и стандартов следует пользоваться одним и тем же растворителем.
3. Чтобы уменьшить ошибки, связанные с изменениями в толщине слоя и методикой обнаружения пятен, следует хроматографировать
образцы и стандарты на одной пластинке рядом.
4. Концентрации образцов и стандартов следует выбирать таким
образом, чтобы они были как можно ближе, и чтобы отклик был максимальным и линейным. Это зависит от природы разделяемого вещества и чувствительности реагента для обнаружения. Обычно самый
маленький стандарт должен быть едва видим, а самый большой –
должен иметь концентрацию примерно в пять раз больше. Наиболее
220
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
точные результаты получают на тех образцах, которые соответствуют
нижнему участку калибровочной кривой.
5. Расстояние, пройденное всеми стандартами и образцами на одной и той же пластинке, должно быть идентичным.
Мы нашли, что для прямого количественного анализа пригодны
пластинки с готовым слоем силикагеля фирмы "Sorbfil". Для некоторых лабораторий главное значение имеет тот факт, что ТСХ может
быть быстрым и простым методом, не требующим дорогого оборудования. В таких лабораториях довольствуются использованием методов визуального сравнения, и точность в пределах 5-30% считается
вполне приемлемой.
В тех лабораториях, где считают необходимым получить максимум информации из хроматограмм, пользуются одним или несколькими чувствительными устройствами, позволяющими получать количественные данные с точностью 2-10%.
Метод визуального сравнения имеет следующие достоинства:
это быстрый метод, не требующий специального оборудования, вполне пригодный в тех случаях, когда нужна только полуколичественная
оценка (+20%). При проведении серийных анализов образцов близкого состава точность метода можно улучшить, по меньшей мере, до
+10 %, если строго придерживаться указанных выше условий. Точность определения наибольшая, если концентрации образцов и стандартов находятся в такой области, где изменению веса вещества отвечают наиболее сильные изменения площадей и интенсивностей пятен.
Одним из недостатков метода является необходимость использования
стандарта, кроме исследуемого вещества [1].
Измерение площади пятна. Хотя данный метод более утомителен и занимает больше времени, он объективнее по сравнению с визуальным и позволяет получать результаты с точностью 5-10%. Как
уже отмечалось выше, площадь окончательного пятна зависит от
большого числа факторов, поэтому условия получения качественных
хроматограмм должны очень тщательно соблюдаться. Этот метод не
учитывает изменений интенсивности пятна.
Площади пятен можно измерить планиметром, взвешиванием копии пятна на кальке или на фотографии, а также копированием на
миллиметровую бумагу с последующим подсчетом числа квадратов.
Трудности возникают при определении границ пятна. В связи с малыми размерами пятен в ТСХ (15-150 мм2 ) погрешности в определении границ пятен являются главным источником ошибок. Количество
221
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
материала в пятне находят по зависимости веса материала от площади пятна [1].
Существуют вариации данного метода, когда находят зависимость между площадью пятна и логарифмом концентрации, корнем
квадратным из значения концентрации и др. По данным зависимостям строят калибровочный график, затем уже по площади пятна
данного вещества находят его концентрацию [1,2].
Материал и методы исследования. Для проведения полуколичественного анализа солей меди и железа (III) использовали метод
измерения концентрации по площади образующегося пятна, с последующим подсчетом планиметром.
В качестве системы растворителей использовали приготовленную смесь полярного растворителя – ацетона 80% и уксусной кислоты 20% (проценты считали от объема). Процесс хроматографирования в данной системе имеет относительно высокие коэффициенты
распределения и достоверно различающиеся их значения между катионами исследуемых металлов. Так, значения коэффициентов относительной подвижности (Rf) катионов меди и железа (III) в данной
системе растворителей составляют, соответственно: 0,66 и 0,34.
В работе в качестве источников изучаемых катионов использовались растворы хлоридов меди и железа (III) с начальной концентрацией 0,1 моль/л. Данные катионы находятся в растворе в виде гидратов:
[Cu(H2O)4]2+ и [Fe(H2O)6]3+.
Точные объемы известных концентрации исследуемых солей на
хроматографическую пластину наносили при помощи калиброванной
микропипетки объемом 0,1 моль/л.
Для обнаружения пятен использовали ультрафиолетовую лампу.
Методика исследования. В качестве носителя для работы использовался силикагель, нанесённый на алюминиевую пластину,
фирмы "Sorbfil". Зернение, которого составляет 5-17 мкм, толщина
слоя 110 мкм, связывающее вещество – силиказоль. Для исследования
применялись пластинки размером 5,5-15 см и 4-15 см. Стартовую линию чертили механическим карандашом на расстоянии 2 см от нижнего края бумаги. В центр линии химической микропипеткой наносили постоянные объемы – 0,005 мл – растворов, с постепенным
уменьшением концентрации от начальной 0,1 моль/л до 0,01 моль/л.
Подсушивали пятна при комнатной температуре, затем полоски осторожно помещали в хроматографическую камеру с растворителем
(ацетон 80% + CH3COOH 20%). По истечении определенного времени
(приблизительно 30 мин), после достижения растворителем верхней
222
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
границы хроматографической пластины, вынимали и высушивали на
воздухе, (работа проводилась в вытяжном шкафу!).
По причине того, что все пятна после процесса хроматографирования оказывались практически бесцветными, пятна наблюдали в
ультрафиолетовом свете. Положение и площадь всех видимых пятен
отмечали простым карандашом.
Для полуколичественного анализа солей меди и железа (III) мы
пользовались методом оценки концентрации солей в зависимости, от
площади полученных пятен на хроматографических пластинах. Для
этого под ультрафиолетом обводили карандашом контур пятна, затем
накладывали на пластину планиметр, после чего производили подсчет
миллиметровых квадратов в нем. Количество подсчитанных квадратов соответствует истинной площади пятна (в мм2).
Анализ производился в 2-3 повторностях.
Результаты исследования. Полученные данные статистически
обработаны согласно методике [3] и представлены в табл.1-2 и на
рис. 1-2.
Таблица 1
Зависимость площади пятна от концентрации неорганических
солей тяжелых металлов на пластинах ТСХ
Площадь пятна
катиона металла,
мм2
[Cu(H2O)4]2+
[Fe(H2O)6]3+
2+
[Cu(H2O)4]
[Fe(H2O)6]3+
0,1
моль/л
85
Концентрация соли
0,05
0,033
0,025
моль/л
моль/л
моль/л
78
75
61
0,02
моль/л
52
140
114,5
88
78
65
47
51
33
39
26
22
14
17
12
11
На основе этих данных были построены калибровочные графики.
Определение относительной и абсолютной ошибки. Измеряя
площадь пятна планиметром, трудности возникают при определении
границ пятна. В связи с малыми размерами пятен в ТСХ (15 – 150 мм2
) погрешность в определении границ пятен являются главным источником ошибок.
Для определения абсолютной и относительной ошибки при построении каждого из графиков были приготовлены растворы с различными концентрациями изучаемых веществ (три повторности). На
стартовую линию химической микропипеткой наносили постоянные
объемы – 0,005 мл. После хроматографирования, хроматографические
223
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
пластинки сушили под тягой. Используя ультрафиолетовую лампу,
контур пятна обводили карандашом и определяли площадь пятна. Для
определения абсолютной ошибки (С м/л), мы по площади пятна на
графике находили практическую концентрацию. При этом: абсолютная ошибка (А.О.) = С практ. − С теор.
S,
2
мм
90
0,1
0,05
80
0,033
70
60
0,025
0,02
0,016
50
40
0,014
30
20
10
0
0,012
0,011
0,01
0,01
0,02
С,
моль\л
0,03
0,04
0,05
0,06
0,07
0,08
0,09
0,1
Рис.1. Калибровочный график для определения концентрации катиона
[Cu(H2O)4]2+ методом ТСХ
2
S, мм
150
140
130
120
110
100
90
0,033
80
0,025
70
0,02
60
50
0,016
40
0,014
30
0,012
20
0,011
10
0,01
0
0,02
0,03
0,04
0,01
0,1
0,05
C,
моль\л
0,05
0,06
0,07
0,08
0,09
0,1
Рис. 2. Калибровочный график для определения концентрации катиона
[Fe(H2O)6]3+ методом ТСХ
224
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Относительная ошибка О.О. (%) вычисляется при помощи абсолютной:
О.О. =
А.О. С теор.
100%
Таблица 2
Абсолютная и относительная ошибки измерений
Ионы
С, моль/л S, пятна
(теор.)
мм2
Абсолют.
С, моль/л
Относит.
ошибка.
(Практ.)
ошибка. %
(моль/л)
[Fe(H2O)6]3+
0,015
41
0,014
0,001
[Fe(H2O)6]3+
0,030
92
0,033
0,003
[Fe(H2O)6]3+
0,075
127
0,083
0,008
[Cu(H2O)4]2+
0,015
44
0,017
0,002
[Cu(H2O)4]2+
0,030
60
0,027
0,003
[Cu(H2O)4]2+
0,075
82
0,067
0,008
+12
+12
Из табличных данных видно, что относительная ошибка колеблется в пределах ±12 %. Абсолютная ошибка увеличивается по мере
увеличения концентрации. Возникновение этих ошибок, наиболее вероятно связано, с неравномерным распределением вещества в сорбенте. Нельзя также исключать погрешности измерения площади пятна.
На основании полученных данных, были построены калибровочные графики, отображающие зависимость площади пятна на ТСХ от
концентрации нанесенного вещества. Графики можно использовать
для первичного количественного определения солей железа (III) и меди в различных объектах методом тонкослойной хроматографии.
Выявлена нелинейная зависимость площади пятна от концентрации вещества. Нелинейность зависимости можно объяснить особенностями метода ТСХ и распределением вещества во всем объеме сорбента.
Определена относительная ошибка измерений, которая составляет ±12%.
Простота, эффективность, универсальность и дешевизна тонкослойной хроматографии обусловили ее применение в экологии. Она
находит с каждым годом все большее применение в анализе и мони225
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
торинге токсикантов, особенно солей тяжелых металлов, в окружающей среде.
Литература
1. Белявская Т.А., Большова Т.А., Брыкина Г.Д. Хроматография неорганических веществ (практическое руководство): Уч. пос. для хим. фак-тов ун-тов.М.: ВШ, 1986.- 207 с.
2. Айвазов Б.В. Практическое руководство по хроматографии. М.: ВШ
1968. – 270с.
3. Харитонов Ю.Я. Аналитическая химия (аналитика). В 2 кн. Кн.2. Количественный анализ. Физико-химические (инструментальные) методы анализа:
Учеб. для вузов.- М.: ВШ, 2003.- 559 с.
Полуколичественное определение
солей некоторых тяжелых металлов
методом распределительной
бумажной хроматографии и применение
метода для решения экологических проблем
Сибриков С.Г., Мельник Н.В.
Ярославский государственный университет им. П.Г. Демидова
г. Ярославль, ул. Советская,14.
Методов количественного анализа очень много, их классифицируют по разным признакам: обычно по характеру измеряемого свойства вещества или по способу регистрирования соответствующего
сигнала [1-3].
Использование хроматографии на бумаге как быстрого, удобного
и точного способа качественного анализа сразу же поставило вопрос
о возможности разработки количественной хроматографии. А комбинация хроматографии на бумаге с другими аналитическими методами
позволяет изучать почти любые смеси.
Несмотря на ограничения, хроматография на бумаге оказывается
полезной при анализе загрязнений вод, однако использовать ее следует в основном для целей подтверждения наличия вещества. Хроматография неорганических веществ на бумаге претерпела значительное
развитие от качественного анализа к анализу полуколичественному и
количественному. Анализ можно проводить непосредственно на бумаге (in situ) или же после элюирования или минерализации соответствующей части бумаги [4,5].
226
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Количество вещества или его концентрацию в анализируемом
растворе находят по площади окрашенного пятна, по измерению количества прошедшего или отраженного света. Можно также вырезать
область, занятую пятном, обработать ее соответствующим растворителем и в полученном растворе определить содержание выделенного
компонента каким – либо чувствительным методом. Наконец, допустимо визуальное сравнение пятна с пятнами, полученными в идентичных условиях со стандартными растворами данного вещества [5].
Оценка по размеру пятна. Если на полоску бумаги наносить
постоянные объемы растворов, то площадь получающихся на хроматограмме пятен будет пропорциональна логарифму концентрации
веществ в каждом пятне:
S =a lnC + b,
где С – концентрация; а и b – эмпирические константы.
Для анализа неорганических веществ может быть использована
бумага для хроматографическая № 1 или № 2 [6]. Если границы пятна или зоны выражены отчетливо, то по размерам пятна можно судить о количестве вещества; обычно измеряют длину или поверхность пятна. Границы размытых пятен часто лучше определять на их
фотографии или фотокопии на контрастной бумаге. Площади пятен
можно измерить планиметром, взвешиванием пятна на кальке или на
фотографии, а также копированием на миллиметровую бумагу с последующим подсчетом числа квадратов. Погрешности в определении
границ пятен являются главным источником ошибок.
Некоторые затруднения при этом методе обусловлены тем, что
фактическое распределение концентрации вещества в пятне не вполне
соответствует вероятности распределения, но зависит также и от начального рапределения в нанесенном пятне, чаще всего кольцеобразного вследствие испарения на периферии.
Необходимый для нанесения объем раствора следует отмеривать
с помощью специального устройства. Раствор анализируемого вещества удобно наносить на бумагу обычным способом с помощью микропипетки. Следует иметь в виду, что площадь пятна может зависеть
от размеров капли наносимого раствора, сорта бумаги, температуры и
других условий опыта. Поэтому достоверные результаты можно получать только при соблюдении одинаковых условий опыта, как при
калибровке, так и при анализе. При выполнении этих требований погрешность метода может составлять ±5 – 10% относительных.
227
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Визуальное сравнение. Общий принцип количественного анализа путем визуального сравнения может быть представлен следующим
образом. На бумагу наносят серию капель, содержащих известные
концентрации изучаемых веществ. Затем на те же самые пятна и на
промежутки между ними наносится серия растворов неизвестной
концентрации. Объемы наносимых растворов должны быть одинаковыми. После проявления хроматограммы пятна, полученные от неизвестного раствора, сравнивают с пятнами, полученными от наложения неизвестного раствора на стандартный. Этим путем можно точно
установить концентрацию неизвестного вещества.
Уровень фона зависит от количества проявляющего реагента на
хроматограмме. Окраска фона также может изменяться вследствие
окисления на воздухе и выцветания.
Дальнейшим видоизменением этого метода является определение
минимальных обнаруживаемых количеств каждого вещества в неизвестном растворе. Результаты сопоставляются с аналогичными данными по стандартным растворам. Согласно нашему опыту, этот последний метод хуже обоих вышеописанных, поскольку определение
окраски и размеров пятна при минимальной концентрации вещества
подвержено очень большой ошибке. Результаты окраски зависят от
окраски фона, различной интенсивности света, толщины бумаги и т.д.
Визуальные методы могут быть источником больших ошибок в
определении и требуют многократных анализов при различных разведениях с тем, чтобы дать достаточно удовлетворительные результаты, т. е. ошибку не свыше 1%. Они, однако, с успехом использовались
для анализа многих белков [4].
Материал и методы исследования. Для проведения полуколичественного анализа солей тяжелых металлов меди, кобальта и свинца использовался метод измерения концентрации образцов по площади образующегося пятна, с последующим подсчетом числа квадратов
проекции на миллиметровой бумаге.
В качестве системы растворителей использовали приготовленную смесь полярного растворителя – этилового спирта, насыщенного
дистиллированной водой и неорганической азотной кислотой (концентрация 1 моль/л, 20% по объему от всего раствора элюентов).
Процесс хроматографирования в данной системе имеет относительно
высокие коэффициенты распределения и достоверно различающиеся
их значения между катионами исследуемых металлов. Так, значения
коэффициентов распределения (Rf) катионов меди, кобальта и свинца
228
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
в данной системе растворителей составляют, соответственно: 0,47;
0,56 и 0,21.
В качестве источников изучаемых катионов использовались растворы солей (хлориды, нитраты) меди, кобальта и свинца с начальной
концентрацией 0,1 моль/л. При диссоциации в воде указанные катионы имеют вид гибратных комплексов состава: [Cu(H2O)4]²+,
[Co(H2O)4] ²+ и [Pb(H2O)4] ²+. Для анализа использовалась бумага для
хроматографирования № 2.
Методика исследования. Полуколичественный анализ проводили на полосках хроматографической бумаги, размером 2 х13 см2.
Стартовую линию чертили механическим карандашом на расстоянии
2 см от нижнего края бумаги, затем в центр линии калиброванной
микропипеткой наносили постоянные объемы (0,005 мл) растворов,
постепенно уменьшая их концентрации от начальной (0,1 моль/л) до
0,0002 моль/л. Нанесенные на бумагу пятна тщательно высушивали
перед разделением нанесенного на бумагу образца при комнатной
температуре, затем полоски осторожно помещали в хроматографическую камеру с растворителем (этанол + HNO3 1 моль/л, 20 %). По
окончании процесса хроматографическую бумагу извлекали из камеры и быстро высушивали.
По причине того, что все пятна после процесса хроматографирования оказывались бесцветными, мы использовали проявитель – иодид калия (KJ) с известной концентрацией, равной 0,1 моль/л. Процесс проявления проводили методом опускания хроматографических
полосок в кювету с проявителем. Пятна меди и свинца при этом сразу
окрашивались в коричневый и желтовато – коричневый цвета соответственно; затем полоски с проявленными и окрашенными пятнами
высушивали в токе горячего воздуха над плиткой, после чего аккуратно очерчивали с помощью механического карандаша зоны окрашивания пятен (их контуры). Пятна [Co(H2O)4]²+ проявляли с помощью раствора аммиака (NH3) 25%; хроматографическую полоску
держали некоторое время (порядка 30 секунд) над его парами. При
этом пятна кобальта окрашивались в коричневатый цвет.
Для полуколичественного анализа солей меди, кобальта и свинца
использовался метод оценки концентрации металлов на хроматографической бумаге по площадям полученных пятен. Для этого проявленное, высушенное пятно аккуратно вырезали по очерченной границе и копировали на миллиметровую бумагу, после чего производили
подсчет миллиметровых квадратов в нем. Количество подсчитанных
квадратов таким образом соответствует площади пятна (в мм2).
229
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
На основании полученных данных построили калибровочные
кривые, откладывая по оси абсцисс значения концентрации (С,
моль/л), а по оси ординат площадь пятна в мм2. Зависимость концентрации пробы и площади образующегося после процесса хроматографирования пятна носит приблизительно линейный характер. Анализ производился в 2-3 повторностях.
Результаты исследования. Полученные данные статистически
обработаны согласно методике и представлены в табл. 1 – 2 и на рисунках 1 – 3.
Обработка результатов проводилась при помощи компьютерной
программы Microsoft Excel.
Таблица 1
Зависимость площади пятна от концентрации
неорганических солей тяжелых металлов
(растворитель – этанол + HNO3 1 моль/л, 20 %)
Площадь пятна катиона металла, мм2
Концентрация соли
0,05
0,025
0,016
моль/л
моль/л
моль/л
122,25
102,5
98
130
122
102
[Cu(H2O)4]2+
[Co(H2O)4]²+
0,1
моль/л
160
179
0,01
моль/л
77
91
[Pb(H2O)4]²+
[Cu(H2O)4]2+
[Co(H2O)4]²+
171
54
40
138,5
22
17
130
9,5
4,0
129,5
4,0
—
96
—
—
[Pb(H2O)4]²+
66
42,5
34
18
13
При анализе данных можно отметить более плавное и незначительное уменьшение площади пятен при уменьшении концентрации
пробы от начальной – 0,1 моль/л, через 0,05; 0,025; 0,016 до 0,01
моль/л; при разбавлении пробы в 50 раз (0,002 моль/л) и более наблюдаются резкие изменения площадей в сторону их уменьшения.
230
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
S, мм 2
0,1
y = 3,6283x
R2 = 0,9626
0,05
0,025
0,016
0,01
0,002
0,001
0,0005
0,00025
0,0001
0,
00
0, 01
00
0, 03
00
0, 04
00
0, 06
00
0
0, 8
00
0, 1
00
0, 2
00
0, 3
00
0, 5
00
0, 7
00
0, 9
01
0, 1
01
0, 3
01
0, 5
01
0, 8
02
5
0,
04
0,
06
0,
08
0,
1
170
160
150
140
130
120
110
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
С, моль/л
Рис. 1. Калибровочный график для определения концентрации катиона
[Cu(H2O)4]2+ методом бумажной хроматографии
S, мм 2
190
180
170
160
150
140
130
120
110
100
90
80
70
60
50
0,002
40
30
20
0,001
10
0,0005
0,0001
0
y = 3,9694x
R2 = 0,9392
0,1
0,05
0,025
0,016
0,
00
0, 01
00
0, 03
00
0, 04
00
0, 06
00
0
0, 8
00
0, 1
00
0, 2
00
0, 3
00
0, 5
00
0, 7
00
0, 9
01
0, 1
01
0, 3
01
0, 5
01
0, 8
02
5
0,
04
0,
06
0,
08
0,
1
0,01
С, моль/л
Рис. 2. Калибровочный график для определения концентрации катиона
[Cо(H2O)4]2+ методом бумажной хроматографии
231
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
y = 4,3083x
R2 = 0,9898
0,1
0,05
0,025
0,016
0,01
0,
0
0, 001
0
0, 003
00
0, 04
0
0, 006
00
0, 08
0
0, 01
0
0, 02
0
0, 03
00
0, 5
0
0, 07
00
0, 9
0
0, 11
01
0, 3
0
0, 15
0
0, 18
02
0, 5
0
0, 4
06
0,
08
0,
1
S, мм 2
200
190
180
170
160
150
140
130
120
110
100
90
80
70
0,002
60
50
0,001
40
0,0005
30
20
0,00025
0,0002
10
0
0,0001
С, моль/л
Рис.3. Калибровочный график для определения концентрации катиона
[Pb(H2O)4]2+ методом бумажной хроматографии
Величины достоверности аппроксимации (R2) полученных кривых составляют 0,93 – 0,98, что объясняет наличие относительно
сильной зависимости числовых значений между собой. По числовому
значению коэффициента аппроксимации наиболее сильно выражена
линейная зависимость площади пятна [Pb(H2O)4]2+ от содержания
(концентрации) его в пробе.
Определение относительной и абсолютной ошибки. Для вычисления абсолютной и относительной ошибок опыта (в %) проведены
дополнительные исследования. Были рассчитаны и приготовлены
растворы определенных концентраций солей (С расчетная – 0,025;
0,002 и 0,001 моль/л), которые затем наносили на бумажные хроматографические полоски соответственно описанной выше методике, и
хроматографировались. После проявления и подсушивания окрашенных пятен определяли их площади на миллиметровой бумаге. Используя калибровочные кривые, отражающие зависимость площади
пятна (мм2) от концентрации соли (моль/л), содержащей исследуемый
катион (рис. 1,2,3), – по рассчитанным площадям пятен определили
их концентрации (С практ., моль/л).
На основании полученных результатов были рассчитаны абсолютная (А. О.) и относительная (О. О.) ошибки по формулам:
232
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
А.О.=С расч.- С практ.
О.О.= (А.О. · 100%) / С расч.
Полученные результаты занесены в протокол (табл. 2).
Таблица 2
Определение относительной ошибки
Катион
[Cu(H2O)4]²+
[Co(H2O)4]²+
[Pb(H2O)4]²+
С расчетная, моль/л
0,002
0,001
0,025
S пятна,
мм2
58
45
132
С практич.,
моль/л
0,0021
0,0009
0,022
А.О.,
моль/л
±0,0001
±0,0001
±0,003
О.О., %
±5,0
±10
±12
Из полученных результатов по определению относительной
ошибки определения можно заключить, что данная величина имеет
непостоянное значение, то есть имеет тенденцию к колебанию в пределах от ±5% до ±12%. Небольшое отклонение от литературных данных (соотносительно литературным данным относительная ошибка
должна составлять 5 – 10%) можно объяснить возникновением каких – либо случайных отклонений. Среднее значение относительной
ошибки опыта по хроматографировании на бумаге составляет ±9%.
Выявлено, что при относительном постоянстве численного значения относительной ошибки, процент абсолютной ошибки при увеличении концентрации (от 0,0002 до 0,1 моль/л) пробы катиона меди
([Cu(H2O)4]²+), кобальта ([Co(H2O)4]²+) или свинца ([Pb(H2O)4]²+) имеет
тенденцию к увеличению.
Построенными графиками можно пользоваться в практических
целях для определения концентрации вещества в пробе по площади
пятна. Выявлена относительно высокая линейная зависимость площади пятна от концентрации. Вычислена относительная ошибка: ее значение составляет ±5 – 12%.
Литература
1. Крешков А.П. Основы аналитической химии. М.: Химия, 1970. Т. 1. 471 с.
2. Алексеев В.Н. Количественный анализ. М.:Химия, 1972. 504 с.
3. Харитонов Ю.Я. Аналитическая химия (аналитика). В 2 кн. Кн. 2. Количественный анализ. Физико-химические (инструментальные) методы анализа:
Учеб. для вузов. М.: ВШ, 2003. 559 с.
4. Блок Р. Хроматография на бумаге. М.: Иностр. Лит., 1954. 212 с.
5. Коренман И.М. Методы количественного химического анализа, 1989.
6. Белявская Т.А., Большова Т.А., Брыкина Г.Д. Хроматография неорганических веществ (практическое руководство): Уч. пос. для хим. фак-тов ун-тов.
М.: ВШ, 1986. 207 с.
233
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Особенности роста и физиологобиохимического состояния молоди карпа
CYPRINUS CARPIO L.
под влиянием фенола и карбофоса
Силкина Н.И., Жарикова А.Н.
Институт биологии внутренних вод им. И.Д.Папанина РАН,
Борок Ярославсекой обл., E-mail: sni@ibiw.yaroslavl.ru
Фенолы и фосфорорганические соединения (ФОС), поступающие
в водные экосистемы техногенным путем, являются одними из самых
распространенных загрязняющих гидросферу веществ. Группа фенольных соединений антропогенного происхождения отличается высокой токсичностью и обладает интенсивными запахами при хлорировании воды. Накопление в воде фенолов приводит к снижению
содержания в воде кислорода и РН, уменьшению видового разнообразия гидробионтов их и биомассы. Токсичность фенольных ядов для
рыб проявляется в поражении многих функциональных систем организма, нарушениях деятельности центральной нервной системы, нейромускульного аппарата, двигательной активности, подавлении метаболических процессов, изменениях биохимических процессов в
организме и др. [2; 7; 8; 10]. Карбофос (или малатион), повсеместно
применяемый в сельском хозяйстве в качестве инсектицида, а в рыбоводстве – при лечении эктопаразитарных болезней, относится к числу
ФОС. Многие ФОСы обладают мутагенными, канцерогенными и цитотоксическими свойствами, они влияют на обмен веществ, в частности на липидный, снижают гуморальный и клеточный иммунные ответы, подавляют общую резистентность организма, повышают
восприимчивость к патогенным организмам. Под воздействием ФОС
у рыб нарушаются процессы роста, наблюдаются морфофункциональные изменения внутренних органов, угнетение дыхательной и
защитной функции крови и др. [3; 4; 6; 9].
Материалов по хроническому воздействию этих ксенобиотиков в
невысоких (сублетальных) концентрациях на молодь рыб в естественных водоемах и при искусственном выращивании в акваккультуре
мало. Между тем, изучение этого вопроса представляется весьма
важным при оценке последствий влияния этих загрязнителей на темпы роста, характер течения метаболических и физиологобиохимических процессов в организме растущих рыб.
234
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Целью настоящей работы было сравнительное изучение хронического влияния сублетальных концентраций фенола, карбофоса и их
смеси на показатели роста и развития, физиолого-биохимическое состояние, а также оценка адаптивного потенциала организма молоди
рыб.
Материалом для исследования служила молодь карпа Cyprinus
carpio L. Опытных и контрольных рыб содержали в 250-ти литровых
принудительно аэрируемых аквариумах при температуре воды 1820°С, содержании растворенного кислорода 8.0-8.3 мг/л, рН 8.4, жесткости воды 7.7 мг экв/л. Смена растворов токсикантов проводилась
1 раз в двое суток. Токсические растворы готовили непосредственно
перед добавлением в аквариумы на дистиллированной воде. Исходный раствор фенола предварительно растворяли в воде, а карбофоса –
в ацетоне. Смесь фенола и карбофоса составлялась из расчета 1:1. Конечные концентрации токсикантов, рассчитанные по действующему
веществу, составили для фенола 0.1 мг/л, для карбофоса – 0.45 мг/л,
для смеси 0.23 мг/л, что соответствовало 1/15 LC50 при 96-часовой
экспозиции. Кормление рыб осуществляли ежедневно сухим гранулированным кормом РГМ-5 из расчета 5% от веса рыб, согласно инструкции по проведению токсикологических опытов. Нормы кормления корректировались ежедекадно на основании контрольных
взвешиваний. Отбирали пробы через каждые 30 дней – на 1, 30 и 60 и
90 сут по 10 экземпляров. Подачу токсических веществ прекращали
на 60 сутки, затем опытные рыбы на протяжении 30 сут находились в
чистой воде («отмывка»).
Особей карпов подвергали полному биологическому анализу. Об
интенсивности роста рыб судили по массе, а также абсолютному и
относительному приросту массы. Определяли общий вес 10 рыб и
среднюю массу 1 особи. Абсолютный прирост массы рассчитывали
как разность масс между конечным (на 30, 60 и 90 сут) и начальным
взвешиванием (1 сут). Относительный прирост массы, характеризующий в % прирост массы за определенный отрезок времени, определяли отношением прироста массы за 30 дней к начальной массе.
Морфофизиологическое состояние организма оценивали по коэффициенту упитанности по Фултону и соматическому индексу печени,
рассчитываемому по процентному отношению массы печени к массе
рыбы. В печени определяли уровень общих липидов (ОЛ), интенсивность перекисного окисления липидов (ПОЛ) и общую антиокислительную активность (ОАА). Липиды из гомогенатов тканей печени
экстрагировали и определяли общепринятым способом по Фолчу. Об
235
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
интенсивности ПОЛ судили по накоплению малонового диальдегида
(МДА) [1]. Общую антиокислительную активность (ОАА), отражающую содержание антиоксидантов, устанавливали по методике Семенова и Яроша [5]. Результаты исследований подвергали статистической обработке при помощи стандартного пакета программ (Microsoft
Office 98, приложение Statistica).
Результаты опыта показали, что длительное пребывание карпов в
воде с токсикантами привело не только к угнетению их роста
(табл. 1), но и к изменению интенсивности протекания физиологобиохимических процессов в организме (табл. 2). У опытных рыб, по
сравнению с контролем, выявлены отличия по абсолютному и относительному приросту массы, общему весу; в печени отмечено изменение емкости органа, интенсивности липидного обмена, процессов
переокисления липидов и антиокислительной защиты.
Таблица 1
Показатели роста и физиологического состояния молоди карпа
при экспозиции в воде, содержащей токсиканты
Показатели
Масса
1 особи, г
Условия
опыта
Контроль
Фенол
Карбофос
Смесь
Абсолют- Контроль
ный при- Фенол
рост, г
Карбофос
Смесь
ОтносиКонтроль
тельный
Фенол
прирост,
Карбофос
%
Смесь
КоэффиКонтроль
циент
Фенол
упитанКарбофос
ности
Смесь
Индекс
Контроль
печени
Фенол
Карбофос
Смесь
1сут
2.5
2.5
2.6
2.5
1.42
1.41
1.42
1.42
1.5
1.5
1.5
1.5
Сроки отбора проб, сут
30 сут
60 сут
% от
% от
конт
конт
роля
роля
8.4
100
17.2
100
7.7
91.6
13.9
80.8
7.4
88.1
13.5
78.5
7.7
91.6
12.9
75.0
5.9
100
8.8
100
5.2
88.1
6.2
91.6
4.8
81.3
6.1
88.1
5.2
88.1
5.2
91.6
236.0 100 104.8 100
208.0 88.1
80.9
77.2
184.6 78.2
82.4
78.6
208.0 88.1
67.5
64.4
1.42
100
1.43
100
1.42
100
1.42
99.3
1.41
99.3
1.43
100
1.42
100
1.41
98.6
1.5
100
1.5
100
1.4
93.3
1.6
106.6
1.6
106.6
1.6
106.6
1.5
100
1.6
106.6
236
90 сут
% от
конт
роля
27.5
100
25.1
91.3
30.3 110.2
23.0
83.6
10.3
100
11.2
80.8
16.8
78.5
10.1
75.0
59.9
100
80.5 134.4
124.4 207.6
78.3 130.7
1.43
100
1.42
99.3
1.42
99.3
1.43
100
1.6
100
1.7
106.2
1.8
112.5
1.8
112.5
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 2
Биохимические показатели печени молоди карпа при экспозиции в
воде, содержащей токсические вещества
Показа
тели
ОЛ,
мг%
Условия
Сроки отбора проб, сут
опыта
1 сут
30 сут
60 сут
90 сут
контроль
1200
1165
1180
1120
фенол
1190
1370*
1320*
1155
карбофос 1215
1485*
1475*
1290*
смесь
1185
1510*
1565*
1295*
МДА,
контроль
6.885
6.303
6. 912
6.765
нмоль/г фенол
6.713
8.259*
12.013*
8.437*
карбофос 6.921
12.563*
15.482*
9.879*
смесь
6.699
12.234*
18.391*
11.363*
ОАА,
контроль
15.027 14.322
14.875
14.693
л / мл х фенол
14.983 18.367*
19.531*
15.923*
мин
карбофос 15.057 18.922*
19.086*
16.786*
смесь
15.789 19.057*
21.011*
15.984*
Примечание: * – достоверно относительно контроля при Р ≤ 0.05.
Экспозиция молоди рыб в воде, содержащей токсические вещества, во всех вариантах опыта не отразилась на их упитанности, но
привела к снижению показателей роста: абсолютного и относительного прироста и уменьшению их массы. Снижение показателей прироста у всех опытных рыб отмечены уже через 30 дней после «затравки»,
через 60 дней отставание прироста было наиболее сильным в воде,
содержащей смесь фенола с карбофосом. Последующая «отмывка»
опытных рыб в чистой воде на протяжении 30 дней показала, что
адаптация рыб была наиболее успешной после содержания в карбофосе – показатели роста превысили контрольный уровень.
Важным доказательством негативного воздействия исследованных токсикантов на физиолого-биохимический статус рыб служит состояние печени – одного из важнейших полифункциональных органов, в котором происходят основные процессы трансформации
липидов. У карповых рыб печень принимает активное участие в пищеварительных процессах, выработке ововителлина, обмене веществ,
реализации синтеза и деградации гликогена, белков, липидов, а также
в процессах их неогенеза, детоксикации, нейтрализации, разрушении
и элиминации чужеродных тел из организма, в реализации иммунологических реакций и другие [3]. На 60 сут соматический индекс опытных рыб во всех вариантах достоверно превысил контрольный уровень, но и после «отмывки» индекс печени оставался повышенным.
237
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Увеличение емкости печени в опыте может быть результатом развития в ней воспалительного процесса при воздействии токсических
стресс-факторов.
Печень опытных рыб на воздействие токсических веществ разной
природы реагировала также изменением интенсивности липидного
обмена. Повышенное содержание ОЛ отмечено во всех вариантах
опыта, но максимальный уровень зафиксирован при воздействии смесью фенола с карбофосом. Накопление липидов печенью опытных
рыб отражает усиление метаболических и энергетических процессов в
организме молоди и является ответной реакцией на загрязнение воды.
После «отмывки» количество ОЛ в опыте снизилось, но оставалось
выше нормы.
Повышенный липидный обмен в печени сопровождался интенсификацией процессов ПОЛ, о чем свидетельствует накопление одного из конечных продуктов переокисления липидов – МДА. Наибольший уровень МДА в печени отмечен при содержании рыб в воде с
карбофосом и смесью токсикантов. Избыточное содержание МДА в
тканях печени показывает, что хроническое воздействие изученных
токсических веществ нарушает регуляцию переокисления липидов и
способствует возникновению окислительного стресса. Неконтролируемое нарастание ПОЛ в организме рыб сдерживается многоуровневой системой антиокислительной защиты, в частности физиологическим уровнем антиоксидантов. Интенсификация процессов
переокисления липидов в организме опытных рыб ведет к сдвигу соотношения системы ПОЛ – антиокислительная защита в сторону усиления ПОЛ, нарушая оптимальный окислительно-восстановительный
баланс. При воздействии экстремальных факторов равновесие в системе ПОЛ – ОАА смещается в сторону усиления ПОЛ [11]. Одной из
основных причин активации окислительного стресса, вызывающего
нарушение баланса в системе активированные кислородные метаболиты–антиоксиданты, является супрессия образования и снижения
активности ферментативных (глутатионпероксидазы, каталазы, супероксиддисмутазы) и других антиоксидантов: Это явление подтверждается в нашем опыте также изменением интегрального показателя
ОАА. Наиболее сильные отклонения данного параметра от нормы
выявлены при содержании рыб в смеси загрязнителей. Повышенный
уровень ОАА у опытных рыб отражает снижение в организме опытных рыб структур, обладающих свойствами антиоксидантов, обеспечивающих, как эффективную детоксикацию продуктов ПОЛ, так и
индуцирующих свободнорадикальные и липидопереокислительные
238
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
процессы. В целом картина наблюдаемых изменений показателей липидного обмена в опыте носила неспецифический характер и соответствовала реакции организма на стресс.
Таким образом, хроническое воздействие низких концентраций
карбофоса, фенола и их смеси привело к угнетению роста и развития
рыб, а также к изменению интенсивности физиолого-биохимических
процессов в организме рыб. Характер изменения гепатосоматического индекса и особенности липидного обмена (интенсификация процессов ПОЛ и ОАА), установленные в печени опытных особей, свидетельствует об ответной адаптивной реакции клеток этого органа на
токсичесое стрессорное воздействие. Реакция молоди при содержании
в смеси токсикантов и карбофосе была выражена сильнее, чем при
феноле. Накопление продуктов переокисления липидов и снижение
уровня антиоксидантов в организме могут стать причиной нарушения
гомеостаза и снижения адаптационного потенциала рыб к патогенным
организмам.
Литература
1. Андрева Л.И., Кожемякин Н.А. и др. //Лаб. дело.1988. № 11. С.41-43.
2. Елин Е.С. Фенольные соединения в биосфере. Новосибирск: Изд-во СО
РАН, 2001. 329 с.
3. Микряков В.Р., Балабанова Л.В. и др. Реакция иммунной системы рыб на
загрязнение воды токсикантами и закисление среды. М.: Наука. 2001. 126 с.
4. Павлов Д.Ф., Чуйко Г.М. и др. // Проблемы гидроэкологии на рубеже веков. Тез. докл. Всерос. конф. СПб. 2000. С.135-136.
5. Семенов В.Л., Ярош А.М. // Укр. биохим. журн.1985. Т. 57, № 3. C.50-52.
6. Areechon N., Plamb J.A. // Bull. Contam., Toxicol. 1990. V. 44. P. 435-442.
7. Jeney Z., Jeney G. // Aquacult. Hungarica. 1986. V. 5. P. 79-89.
8. Saha N.C., Bhunia F., Kaviraj A. // Bull. Environ. Contam. and Toxicol. 1999.
V. 63, № 2. P.195-202.
9. Shukla J.P.,Yusoff F.M. et al. // Acta Hydrochimica et Hydrobiology, 1987,
№ 15, B 6. P.653-657.
10. Sloff W., Van Kreijl C.F., Bacrs A.I. // Aquat. Toxicol. 1983. V. 4, № 1.
P. 1-14.
11. Winston G.W.//Compar.biochem. and Physiol. 1991. V. 100. № 1-2. P. 173176.
239
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Использование отходов нефтепереработки
в производстве строительных материалов
Тимрот С.Д., Скрыкова К.А.
Ярославский государственный технический университет
E-mail:timrotsd@ystu.ru
Проблема рационального использования природных ресурсов является актуальнейшей проблемой современного производства. Кислые гудроны – отход нефтехимического производства, накопленные в
прудах-хранилищах во многих регионах России ( Ярославль, Нижний
Новгород, Омск и др.) являются одним из самых мощных источников
загрязнения окружающей среды, в том числе открытых водоемов и
подземных вод и отрицательно влияющих на здоровье населения. Загрязняется и воздушный бассейн, потому что при длительном хранении кислого гудрона самопроизвольно протекает окислительновосстановительный процесс, который влечет за собой выделение
большого количества диоксида серы.
До сих пор нет эффективного метода утилизации кислого гудрона (КГ), который является отходом второго класса опасности. В настоящее время на АО «Славнефть- НПЗ им. Д.И. Менделеева» накоплено около 400 000 тонн кислого гудрона, который представляет
опасность загрязнения бассейна Верхне-Волжского региона [1]. Кислые гудроны являются нестабильным высокореакционным отходом, в
связи с этим одним из важнейших показателей, определяющим свойства гудрона, является срок его хранения в прудах-накопителях. Все
кислые гудроны по этому показателю могут быть разделены на кислый гудрон текущей выработки (гудрон, непосредственно полученный на производстве при очистке масел), кислый гудрон старых прудов-накопителей №1 и №2 и кислый гудрон новых кислотногудронных карт №1...15, который мы условно называем «кислый гудрон средних сроков хранения». Объектом исследования настоящей
работы являются КГ средних сроков хранения ЯНПЗ им. Д.И.Менделеева. Физико-химические характеристики проб кислого прудового
гудрона приведены в табл. 1.
Рассматривая изменение кислотного числа различных видов КГ,
можно заметить, что его значение зависит от срока хранения КГ и значительно снижается и достигает минимальных значений для верхних
слоев прудов-накопителей. Этот факт можно объяснить тем, что в процессе хранения происходят реакции окисления и уплотнения, а так же
240
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
вымывание кислот дождевыми и талыми водами. Плотность кислого
гудрона текущей выработки и средних сроков хранения превышает 1
г/см3, что свидетельствует о наличии в нем серной кислоты (плотность
около 2 г/см3) и сульфированных органических соединений. Повышению плотности так же способствует наличие минеральных компонентов в пробе, количество которых может быть оценено по показателю
зольности. Высокое содержание воды в прудовом гудроне может объясняться тем, что сульфокислоты, входящие в состав КГ, являются эффективными поверхностно-активными веществами, и образуется очень
стойкая эмульсия воды в гудроне. Предпринятая в работе попытка отделить воду центрифугированием не дала положительных результатов.
Нами предлагается способ переработки кислого прудового гудрона с
целью получения из него резинобитумных (РБМ) мастик.
Таблица 1
Физико-химические свойства кислого гудрона
различного происхождения
Наименование
показателя
Кислотное число, мг КОН/г
Плотность,
г/см3
Зольность,
%
мас.
Содержание
воды, % мас.
Содержание серы, % мас.
Кислый гудрон
текущей выработки
Из старых прудовнакопителей,
глубина 0,5 м
Из прудовнакопителей средних сроков хранения, глубина 0,5 м
400-600
12-20
30-170
1,5-1,8
0,95
1,0-1,2
0-0,08
5,9
3-4
0-1
10-20
30-70
20-30
0,22
2-4
Разработана следующая технология переработки кислого гудрона
с получением резино-битумных мастик, которая представлена на
рис. 1.
Процесс нейтрализации проводится при температуре 85 – 95 0С,
атмосферном давлении и интенсивном перемешивании. Отгон воды
из полученной нейтральной массы проводится при температуре 90 –
130 0С. Продолжительность отгонки зависит от содержания воды в
исходном гудроне. Осушенная и нейтрализованная масса окисляется
241
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
до требуемой температуры размягчения и затем в вводится резиновая
крошка.
Рис. 1 Технологическая блок-схема процесса получения полимер-битумной
мастики из кислого гудрона: 1-приготовление нейтрализующей суспензии
на основе нефтяного прямогонного гудрона и гидроксида кальция; 2 – нейтрализация кислого гудрона; 3 – осушка нейтральной массы; 4-окисление
смеси нефтяного гудрона и кислого гудрона до битума кислородом воздуха
Для изучения влияния кислого гудрона на свойства получаемых
битумных материалов в работе была изучена кинетика процесса
окисления смеси нефтяного и кислого гудронов, с различным процентным содержанием кислого гудрона.
Процесс окисления органических соединений кислородом воздуха идет путём образования, последовательного превращения и гибели
свободных радикалов [2]. Свободные радикалы могут образовываться
из молекул исходных веществ при би -, тримолекулярном взаимодействии. Далее происходит последовательное превращение одних свободных радикалов в другие и образование продуктов реакции. Реакция заканчивается обрывом цепи последовательных превращений,
представляющих собой, как правило, рекомбинацию радикалов.
При окислении многокомпонентной системы наряду с реакциями
окисления, характерными для индивидуальных углеводородов, протекают различные перекрёстные реакции продолжения и обрыва цепи. Вероятность практически бесконечных комбинаций элементарных
стадий процесса окисления остатков перегонки нефти и возможность
присутствия ингибиторов окисления, а также, присущий ингибиторам
эффект синергизма не позволяют детально описать весь окислительный процесс.
Вместе с тем для решения многих задач приемлемо упрошенное
представление, в соответствие, с которым процесс окисления характеризуется следующими превращениями: углеводороды → смолы →
асфальтены, Учитывая специфическую роль этих групп, составляющих битум, можно задать условия получения и предсказать свойства
получающихся битумов.
242
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Для описания процесса окисления было использовано формально-кинетическое уравнение для реакции первого порядка [3]. С учётом обратно пропорциональной связи между концентрацией кислого
гудрона в битумном материале и температурой размягчения уравнение имеет вид:
τ = 1/k • ln (Qt / Q0) ,
где k – суммарная константа скорости реакции; Qt / Q0 – температура
размягчения битума в момент времени t и начальная соответственно
(Q0=15 0С).
Таблица 2
Влияние содержания кислого гудрона в исходном сырье
на скорость окисления
Содержание кислого
гудрона, % мас.
20
30
50
Константа скорости
реакции k • 102, ч-1
0,48
0,49
0,59
Наличие в кислом гудроне сульфокислот и остаточной серной
кислоты ускоряет процесс превращения масел в смолы и асфальтены.
На основании приведённых данных (таблица 2) можно сделать вывод,
что с увеличением содержания кислого гудрона в исходном сырье
увеличивается скорость окисления. Этот факт можно объяснить тем,
что процесс окисления идет не только за счёт кислорода воздуха, но и
за счёт сильных серной и сульфокислот, содержащихся в кислом гудроне. Для получения резинобитумных мастик были взяты смеси с 30
% и 50 % содержанием кислого гудрона, обладающие наибольшими
скоростями окисления.
В аппарате 5 проводится смешение полученного битума с полимерным материалом (резиновой крошкой марки ППВК). Процесс
смешения проводился до визуально однородной композиции. Однородность контролировалась по наличию частиц крошки на стеклянной палочке, покрытой слоем мастики. Однородность достигается в
течение 2 часов при температуре 160 – 180 0С.
Получение резинобитумных мастик проводилось на основе битумов с 30 и 50 % содержанием кислого гудрона с добавлением 2, 4 и
6 % резиновой крошки ППВК. Основные показатели качества полу243
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ченных мастик определялись в соответствии с требованиями норм для
резинобитумных мастик марки «Транскор – Газ» ТУ 5775 – 004 –
32989231 – 03, которые применяются для изоляции подземных коммуникаций (табл. 3).
Таблица 3
Свойства мастик на основе битума из кислого гудрона и резиновой
крошки ППВК
Наименование
показателя
Битум с содержанием
КГ -30%
Массовая доля резиновой крошки, %
0
1. Глубина проникания иглы, 0,1 мм; 20
при 25 0С
при 0 0С
18
2.
Температура
размягчения
по 70
0
кольцу и шару, С
2
4
15
14
19
16
14
15
16
17
25
21
20
15
73
77
84
76
80
94
5,0
2,4
3,6
4,0
2,63
1,4
1,55 3,33
3. Растяжимость, см
7
3,8 5,8
при 25 0С
4. Индекс пенетра0,79 1,28 0,6
ции
6
Битум с содержанием
КГ -50%
Массовая доля
резиновой
крошки, %
0
2
6
Норма
по ТУ*
Не ниже
15
Не норм
Не ниже
75
Не менее
4
не нормируется
*РБМ марки “Транскор – газ” ТУ 5775 – 004 – 32989231 – 03
Из полученных данных видно, что введение резиновой крошки
улучшает реологические свойства битумного материала. А именно
происходит значительное увеличение температуры размягчения при
незначительном уменьшении глубины проникания иглы при 25 0С.
Увеличение температуры размягчения можно объяснить увеличением
содержания смол и асфальтенов за счёт набухания и деструкции резиновой крошки. Глубина проникания иглы практически не изменяется за счёт упруго-эластических свойств полимера. Высокая глубина
проникания иглы при 0 0С говорит о хороших низкотемпературных
свойствах резинобитумных мастик. Индекс пенетрации показывает
влияние температуры на битумные материалы. Увеличение индекса
пенетрации свидетельствует об уменьшении температурной чувстви244
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
тельности РБМ. Уменьшение растяжимости можно объяснить приданием мастикам упруго-эластических свойств за счёт введения полимера. При использовании битума с большим содержанием кислого
гудрона наблюдается некоторое увеличение растяжимости, за счёт
более сильного деструктирующего действия кислого гудрона, которое
приводит к более полному распределению резиновой крошки в РБМ.
Для улучшения однородности мастик в работе проводилось исследование в получении РБМ с применением раствора резиновой
крошки в отработанных маслах. Было установлено, что за счёт размягчения РБМ маслом ухудшаются реологические свойства полученного материала. Глубина проникания иглы при 0 0С, индекс пенетрации, растяжимость изменяются также как и у мастик с резиновой
крошкой. Недостатком мастик на основе битума из кислого гудрона и
раствора резиновой крошки является проблема регулирования их
свойств при сильном размягчении мастики маслами.
Таким образом, мастики, полученные совместным окислением
прудового кислого гудрона и нефтяного прямогонного гудрона с содержанием в окисляемой смеси 30 % мас. кислого гудрона и 2 % содержанием резиновой крошки, соответствуют нормам на резинобитумные мастики (ТУ 5775 – 004 – 32989231 – 03) и могут быть
использованы для изоляции подземных трубопроводов. Мастики из
битума с содержанием кислого гудрона 50 % и 6 % раствора резиновой крошки могут быть использованы для производства грунтовки,
которая не подвергается непосредственному воздействию метеофакторов.
Использование предлагаемой технологии позволит расширить
сырьевую базу производства строительных материалов и ликвидировать опасный промышленный отход.
Литература
1. Получение дорожного битума из кислого гудрона / А.Ф.Фролов,
А.Н.Аминов, А.Н.Веселов, Б.Г.Лысенко, С.Д.Тимрот // Химия и технология топлив и масел. – 1980. – № 9. – С. 8-9.
2. Гун Р.Б. Нефтяные битумы. – М.: Химия, 1973. – 430 с.
3. Грудников И.Б. Производство нефтяных битумов. – М.: – Химия, 1983. –
192 с.
245
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Секция 5. Синтетические аналоги
природных полифункциональных
органических соединений
Выбор катализатора для реакции
неактивированного ароматического
нуклеофильного замещения галогена
Волков Е.М., Ганжа В.В., Орлов В.Ю., Котов А.Д.
Ярославский государственный университет им. П.Г. Демидова,
e-mail: volkov-asp@mail.ru
Проблема конструирования ароматических и гетероароматических соединений может реализоваться двумя основными направлениями. Первое – это электрофильное замещение, которое достаточно
изучено, и ограничено небольшим кругом вводимых функций. Следующее направление – ароматическое нуклеофильное замещение галогена, или водорода, отличающееся значительными возможностями
функционализации. Для активации галогенов к ароматическому нуклеофильному замещению традиционно используют введение электронакцепторной группировки в состав субстрата. Это увеличивает
операционное время, и затрудняет препаративное исполнение задачи.
В тоже время, существует альтернативный подход к решению данной
задачи, а именно, использование вешней активации, например с помощью металлокомплексного катализа. Данное направление к настоящему времени развито еще не вполне достаточно, что и обуславливает актуальность его дальнейшего развития.
Со времени первой работы Ульмана [1] считалось, что медь и ее
соединения являются уникальными катализаторами реакции ароматического нуклеофильного замещения.
Механизм каталитического действия соединений меди в реакциях ароматического нуклеофильного замещения выяснен не полностью. Поэтому о механизме и природе ключевой стадии приходится
судить на основании косвенных данных, которые не всегда можно
однозначно интерпретировать. Авторами предложены три различные
структуры интермедиата:
246
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Hal
Cu
R
I
Hal
CuHal
Cu
II
III
Структура (I), [2], качественно объясняет различия в реакционной способности орто- и пара-галогенбензойных кислот: kорто>>kпара
за счет стабилизации интермедиата хелатообразованием [3]. Структура комплекса (II), предложенная в работе [4] по аналогии с πареновыми комплексами других металлов [5] дает возможность объяснить наличие катализа, однако не объясняет ряд подвижности галогенов, который для π-комплексов галогенбензолов является обратным
наблюдаемому при катализе соединениями меди [6]. Предполагаемая
структура комплекса (III), приведенная на рисунке, основана на том,
что ионы меди внедряются в связь C-HaI по механизму окислительного присоединения [7-9]. Однако, она не объясняет влияние мета-, пара-заместителей. В реакциях, катализируемых соединениями меди,
селективность по отношению к мета- и пара-заместителям низка, а
для процессов, катализируемых комплексами Ni и Pd, где ключевой
стадией служит окислительное присоединение, она велика.
Нами исследованы закономерности реакций неактивированного
ароматического нуклеофильного замещения галогенов в условиях
N,N-диметилформамида с использованием в качестве активатора каталитического комплекса хлорида меди (I) с различными лигандами.
В качестве щелочного агента мы использовали К2СО3.
При использовании простых ароматических субстратов реакция
протекает по схеме:
Для определения наиболее подходящей каталитической системы
нами были проведены опыты с использованием различных лигандов.
Полученные данные для выделенных в чистом виде продуктов приведены в табл. 1.
247
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 1
Катализатор
8-оксихинолин + Cu2Cl2
Время реакции
12 часов
Выход
21%
+ Т=140-147 ºС
13 часов
15,4%
+ Т=135-141 ºС
19 часов
5,3%
+ Т=139-147 ºС
14 часов
2%
Т=138-143 ºС
12 часов
6,3%
Салициловая кислота + Cu2Cl2
Т=140-145 ºС
12 часов
12%
Лимонная кислота + Cu2Cl2
Т=138-145 ºС
14 часов
0,1%
Пирокатехин + Cu2Cl2
Т=141-147 ºС
13 часов
7,1%
ДФГ + Cu2Cl2
Т=138-142 ºС
13 часов
12%
Ацетил ацетон + Cu2Cl2
Т=140-143 ºС
13 часов
6,2%
5-нитро-8-оксихинолин
Cu2Cl2
5-хлор-8-оксихинолин
Cu2Cl2
5,7-дихлор-8-оксихинолин
Cu2Cl2
2,2/-дипиридил + Cu2Cl2
Температура
Т=138-145 ºС
Невысокие выхода связаны с большими потерями на стадии выделения полученных продуктов из реакционной массы.
Показано, что алифатические лиганды проявляют меньшую каталитическую активность в исследованной реакции, чем ароматические
и гетероароматические. Исходя из полученных экспериментальных
данных, можно сказать, что 8-хинолинол является наиболее подходящим лигандом для создания каталитической системы реакции внешне
активированного ароматического нуклеофильного замещения галогена. Введение заместителей в структуру лиганда снижает выход продукта. Атомы галогена оказывает существенное влияние на протекание процесса, в то время как введение электронакцепторных групп
(нитрогруппа) вызывает лишь незначительное воздействие на активность комплекса.
Экспериментальная часть
Взаимодействие бромбензола с п-ацетамидофенолом проводили в
колбе, снабженной мешалкой, обратным холодильником, термометром. Загружали хлорид меди (I) и лиганд, добавляли 10 мл. N,N248
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
диметилформамида и перемешивали в течение 30 мин. Затем вносили
п-ацетамидофенол, карбонат калия, бромбензол и добавляли 20 мл.
N,N-диметилформамида. Соотношение реагентов (мольное) бромбензолзол : п-ацетамидофенол : K2CO3 = 1 : 1 : 1,2. Реакционную смесь
выдерживали при интенсивном перемешивании и температуре 140ºС
(масляная баня) до окончания реакции. Контроль осуществляли методом ТСХ. Затем реакционную массу выливали в 300 мл воды. Выпавший осадок отделяли фильтрованием. Очистку проводили по следующей методике: осадок растворяли в N,N-диметилформамиде и
отфильтровывали. К фильтрату добавляли смесь растворителей: пропанол-2 и петролейный эфир (в соотношении 4:1 соответственно).
Вымораживали и отфильтровывали. Фильтрат выливали в воду. Выпавший осадок отделяли фильтрованием. Структура и чистота полученного продукта подтверждена методами ЯМР-1Н – спектроскопии
и масс-спектрометрии.
Литература
1. Ullmann F. // Ber. 1903, 36B, № 2, С. 2382.
2. Паркер А.Д. // Успехи химии. 1963, 32, № 10, 1270.
3. Паркер А.Д. // Успехи органической химии. Т.5/ Пер. с англ. под ред.
И.П.Кнуняица. М, Мир. 1968, С. 316.
4. Tufano M.D. Патент 4287372 США. Изобр. в СССР и за рубежом. 1982,
11, (57), ч.II.
5. Тадатоси Х., Хосало Ё. Заявка 53-90230 Япония. РЖХим. 1979, 13П133П.
6. Канинский П.С. Тез. докл. Всесоюзн. конф. Молодых ученых «Современные проблемы органического синтеза», Иркутск, 1988, 47.
7. Bartoli G., Todesco P.E. // Acc. Chem. Pres. 1977, 10, С. 125.
8. Beck J.R. // Tetrahedron. 1978, 34, №14, С. 2057.
9. Takekoshi T. Патент 4202993 США. РЖХим. 1981, 2Н117П.
249
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Реакция 1-хлор-2,2-бис-(4нитрофенил)этилена с нитритом натрия в
ДМФА *
Казин В.Н.,1 Сибриков С.Г.,1 Сапожникова Н.Г.,2 Орлова Т.Н.1
1
Ярославский государственный университет им. П.Г. Демидова
150000, Ярославль, ул. Советская, 14; е-mail: kaz@bio.uniyar.ac.ru
2
Ярославская государственная медицинская академия
Ранее нами описан способ получения 3,3’-динитро-4,4’дигидроксибензофенона [1] взаимодействием 1,1,1-трихлор-2,2-бис(3нитро-4-хлорфенил)этана с нитритами щелочных металлов в апротонных диполярных растворителях при температуре 100-1300С, мольном соотношении субстрат:реагент=1:10-15 (выход 93-96%). Основным неочевидным моментом данного процесса является преобразование трихлорэтановой мостиковой группы в карбонильную.
В последующих работах [2-4] изучено влияние природы растворителя и заместителя в бензольном кольце на реакционную способность 1,1,1-трихлор-2,2-дифенилэтана и его производных в реакциях с
нитритами щелочных металлов. В ходе исследований установлено,
что в алифатических спиртах взаимодействие заканчивается на стадии дегидрохлорирования с образованием соответствующих замещенных 1,1-дихлор-2,2-дифенилэтиленов, причем природа заместителя в ароматическом кольце не влияет на результат реакции. При
проведении процесса в апротонных диполярных растворителях в зависимости от структуры субстрата продуктами реакции являются 1,1дихлор-2,2-диарилэтилены или бензофеноны. Показано, что смена
растворителя в ряду апротонных диполярных растворителей (ДМФА,
ДМАА, ДМСО, N-МП) и реагента (NaNO2 или KNO2) не изменяли закономерности протекания процесса. Превращение проходит через
стадию дегидрохлорирования. В диполярных апротонных растворителях нитрит-ион проявляет свойства основания и, соответственно –
дегидрохлорирующего агента. Реакции дизамещенных 1,1,1-трихлор2,2-дифенилэтанов протекали согласно схеме:
*
Работа выполнена при финансовой поддержке проекта РНП.2.1.1.1167.
250
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
R
R
CH
CCl3
NaNO2
R
R
ДМФА
I а-ж
C
X
II а-ж
I: R=4-Cl (a), Н (б), 4-СН3 (в), 4-ОСН3 (г), 4-ОН (д), 4-NO2(е), 3-NO2 (ж);
II: X=CCl2 (II а-д), О (II е, ж).
Схема 1
При взаимодействии соединений (I а-д) с NаNO2 в указанных условиях протекает только реакция дегидрохлорирования и образуются
замещенные 1,1-дихлор-2,2-дифенилэтилены (II а-д) с выходом 9598%. Наличие электроноакцепторных нитрогрупп в соединениях (I е,
ж) приводит к тому, что трихлорэтановая мостиковая группа преобразуется в карбонильную. Из соединения (I е) образуется 4,4’динитробензофенон с выходом 96-98%, а на основе субстрата (I ж)
при 100oС в течение 3 ч получен 3,3’-динитробензофенон с выходом
95%. Повышение температуры в интервале 80-140oС уменьшает время реакции с 5 ч до 1 ч. Таким образом, неожиданным моментом при
взаимодействии динитрозамещенных 1,1,1-трихлор-2,2-дифенилэтанов в среде ДМФА с нитритами щелочных металлов является преобразование дихлорэтиленовой мостиковой группы в карбонильную.
Целью данной работы является изучение влияния строения мостиковой группы на закономерности превращения динитропроизводных дифенилэтана в соответствующие бензофеноны.
Нами синтезирован 1-хлор-2,2-бис(4-нитрофенил)этилен согласно методике [5]. Реакцию взаимодействия последнего с нитритом натрия проводили в ДМФА при следующих концентрациях реагентов:
[субстрат]0=0.03 моль/л, [NaNO2]0=0.6 моль/л. Отмечена высокая скорость процесса. Проведение реакции при 100оС приводит к тому, что
она завершается за 5 минут, тогда как при использовании в качестве
субстрата 1,1-дихлор-2,2-бис(4-нитрофенил)этилена окончание реакции наступает через 1-1.5 ч. Полная конверсия 1-хлор-2,2-бис(4-нитрофенил)этилена отмечена уже при температуре 40-500С, время реакции 0.5-1.0 ч. Методами тонкослойной и жидкостной хроматографии
установлено, что в результате реакции образуется смесь трех продуктов, одним из которых является 4,4’-динитробензофенон. Анализ
продуктов методами масс-спектрометрии, ПМР и ИК-спектроскопии
251
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
показал, что в результате реакции кроме 4,4’-динитробензофенона
образуются оксим 4,4’-динитробензофенона. Последней выделен из
анализируемой смеси методом колоночной хроматографии. Для дополнительного подтверждения образования в результате реакции оксима 4,4’-динитробензофенона осуществлен встречный синтез последнего взаимодействием 4,4’-динитробензофенона с гидроксиламином [6]. Результаты физико-химических методов исследования
синтезированного продукта идентичны данным анализа соединения,
выделенного из реакционной смеси.
Так как нам не удалось выделить третий продукт индивидуально,
поэтому был проведен комплексный анализ смеси. Зная химические
сдвиги
протонов
идентифицированных
соединений
(4,4’динитробензофенона и оксима 4,4’-динитробензофенона), определены сигналы, относящиеся к неизвестному продукту. С помощью данных хроматомасс-спектрометрии проведено разделение смеси на индивидуальные соединения и выделены фрагменты в масс-спектре,
относящиеся к рассматриваемой структуре. Результаты анализов свидетельствуют, что в реакции образуется 6-нитро-3-(4-нитрофенил)2,3-дигидробензоизоксазол.
Результаты балансовых опытов показывают, что 4,4’динитробензофенон, оксим 4,4’-динитробензофенона и 6-нитро-3-(4нитрофенил)-2,3-дигидробензоизоксазол образуются с выходами
50%, 30 % и 20 %, соответственно. На основе полученных данных
предложена следующая схема превращения:
O2N
NO2
+ NaNO2
O2N
NO2
ДМФА
CHCl
O
O2N
NO2
N OH
O2N
NO2
H
O N
H
Схема 2
Таким образом, впервые выполненное исследование реакционной
способности 1-хлор-2,2-бис(4-нитрофенил)этилена в реакции с нитритом натрия в ДМФА выявило ряд неочевидных моментов его превращения.
252
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1-Хлор-2,2-бис(4-нитрофенил)этилен. В колбу, снабженную мешалкой, обратным холодильником и термометром вносили 10.0 г
(0.03 моль) 1,1-дихлор-2,2-бис(4-нитрофенил)этана [5], 1.17 г
(0.03 моль) NaOH, 200 см3 изопропилового спирта. Смесь нагревали
при перемешивании до кипения реакционной массы в течение 1 ч.
Охлаждали, осадок отфильтровывали, промывали изопропанолом,
высушивали. Получали 9.5 г (94%). Т. пл. 148-149оС, Rf 0.62 (бензолуксусная кислота, 6:1). ИК-спектр, ν ( см -1 ): 1360, 1510 (NO2); 1680,
1700, 3060 (С=С). Спектр ЯМР 1Н, δ, м.д.: 7.55; 7.50; 8.15; 8.32 (ароматические протоны); 7.30 (протон хлорэтиленовой группы). Найдено, %: С 55.11; Н 3.01; Сl 11.63; N 9.22. M 304.6. C14H9N2O4Cl. Вычислено, %: С 55.15; Н 2.95; Cl 11.65; N 9.19.
4,4’-Динитробензофенон. Т.пл. 187-188оС, Rf 0.54 (бензолуксусная кислота 6:1). ИК спектр, см-1: 1532 [νas(NO2)]; 1352 [νs(NO2)];
1676 [ν(C=O)]. Спектр ЯМР 1Н, δ, м.д.: 8.43; 8.07 (ароматические протоны). Найдено, %: С 57.40; Н 2.90; N 10.30. M 272.21. C13H8N2O5.
Вычислено %: С 57.35; Н 2.96; N 10.29.
Оксим 4,4’-динитробензофенон обнаружен в реакционной смеси
и получен по методике [6] с выходом 86%, т.пл. 194-196°С, Rf 0.34
(бензол-ацетон, 9:1). ИК-спектр, ν (см -1): 1340, 1520 (NO2); 1655
(С=N); 3200 (О-Н). Спектр ЯМР 1Н, δ, м.д.: 7.59; 7.66; 8.18; 8.33 (ароматические протоны); 12.0 (протон гидроксильной группы). Массспектр m/z (Iотн., %): 287 [M+] (55.2), 271 (10.7), 270 (44.9), 257 (4.5),
240 (14.5), 225 (17.9), 224 (34.6), 212 (11.2), 195 (14.3), 194 (19.2), 179
(29.6), 178 (67.5), 167 (17.6), 166 (29.5), 150 (45.7), 139 (33.2), 120
(10.0), 104 (29.4), 103 (47.1), 92 (36.5), 76 (100), 50 (69.1).
6-Нитро-3-(4-нитрофенил)-2,3-дигидробензоизоксазол.
Спектр
1
ЯМР Н, δ, м.д.: 7.78; 7.93; 7.98; 8.22; 8.30 (ароматические протоны);
6.95 (протон связи С-Н пятичленного гетероцикла). Rf 0.16 (бензолацетон, 9:1). Масс-спектр, m/z (Iотн., %): 287 [M+] (10.1), 254 (15.2), 224
(25.0), 179 (25.1), 139 (15.1), 120 (13.7), 103 (55.1), 92 (26.3), 76 (100),
63 (18.8), 50 (58.7), 44 (17.5).
ИК спектры снимали на спектрофотометре Specord M-80 в вазелиновом масле. Спектры ЯМР 1Н записаны на спектрометре Bruker
AC-300 SF=3000.13 MHz в DMSO-d6 , внутренний стандарт – ГМДС.
Молекулярную массу определяли из масс-спектра, полученного на
приборе МХ 1310. Элементный состав определяли на анализаторе
СНN-1.
253
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Литература
1. Казин В.Н., Сибриков С.Г., Копейкин В.В., Миронов Г.С., Русанов А.Л.,
Казакова Г.В. А.с. 1606507 (1990) СССР. Б.И. 1990. №42.
2. Казин В.Н., Сибриков С.Г., Копейкин В.В., Миронов Г.С ЖОрХ. 1991,
27, 380.
3. Сибриков С.Г., Казин В.Н., Копейкин В.В. ЖОрХ. 1994, 30, 1080.
4. Сибриков С.Г., Казин В.Н., Копейкин В.В., Орлова Т.Н. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 1995, 38, вып. 6. 32.
5. Сапожникова Н.Г., Сибриков С.Г., Казин В.Н. // Современные проблемы
биологии и химии: региональный сб. науч. тр., Ярославль, 2000, 208.
6. Препаративная органическая химия / Под ред. Н.С. Вульфсона. М.: ГХИ,
1959, 171.
Синтез, строение и свойства
арилцианометиленхинон монооксимов
Коновалова Н.В., Котов А.Д., Орлова Т.Н., Ганжа В.В., Орлов В.Ю.
Ярославский государственный университет им. П.Г. Демидова,
e-mail: Konovalova-83@mail.ru
В настоящее время все большее внимание уделяют охране окружающей среды, в том числе ее мониторингу, и рациональному природопользованию. Способность производных оксимов к связыванию катионов металлов [1] применяют в различных тест-реакциях на
определение последних в почве [2], а также для их экстракции и выделения [3]. Поэтому весьма актуальной задачей является расширение
ряда подобных структур. С этой целью нами были получены арилцианометиленхинон монооксимы 3 с помощью реакции внутримолекулярного окислительного ароматического нуклеофильного замещения водорода с участием нитрогруппы (на схеме указаны хинон
оксимы 3, выход %):
NOH
NO2
X
X
Ar
KOH / i-PrOH
+
H2O
CN
-
1
2
Ar
CN
3 А-З
где А) X = H, Ar = Ph, 94 %; Б) X = Cl, Ar = Ph, 78%;
В) X = Br, Ar = Ph, 68 %; Г) X = H, Ar = 4-ClC6H4, 76%;
254
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Д) X = H, Ar = 3,4-(MeO)2C6H3, 98 %;
Е) X = Сl, Ar = 2-MeOC6H4, 65%;
Ж) X = Сl, Ar = 3,4-(MeO)2C6H3, 97%;
З) X = H, Ar = 1-нафтил, 65%.
Для изучения химической активности арилцианометиленхинон
монооксимов, хинон оксим 3Ж, взятый в качестве модельного соединения, подвергался дальнейшей модификации, а именно, алкилированию в условиях реакции Вильямсона в модификации Клайзена [5]:
NOH
Cl
NOAlk
Cl
AlkI
ДМФА/K2CO3
NC
NC
OCH3
OCH3
OCH3
OCH3
3Ж
4 А, Б
где 4А) Alk = Et; 4Б) Alk = i-Bu.
Алкоксипроизводные были получены с выходами до 93%.
В работах [6-8] на основе сравнительных данных ЯМР 1Н проведено отнесение сигналов в спектрах к син- либо к анти-форме хинон
оксимов. Анти-изомеры (или Е-изомеры, или транс-изомеры) 4(замещеннных)оксиимино-2,5-циклогексадиен-1-онов, содержащих в
хиноидном цикле дополнительные заместители, можно отличить от
син-стереоизомеров по величине химического сдвига сигналов протонов: эти сигналы находятся в более слабом поле, то есть имеют более большие величины химических сдвигов. В связи с наибольшим
сходством по структуре арилцианометиленхинон монооксимов с 4(замещеннными)оксиимино-2,5-циклогексадиен-1-онами,
содержащими в хиноидном цикле дополнительные заместители, по сравнению со всеми другими известными соединениями, в настоящей работе предлагается экстраполировать данный принцип отнесения
сигналов и для стереоизомеров арилцианометиленхинон монооксимов. По данным ЯМР 1Н спектров арилцианометиленхинон монооксимов можно установить следующие закономерности:
255
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1) при различном строении молекул арилцианометиленхинон монооксимов всегда обнаруживается наличие только двух стереоизомеров в соотношении примерно 1:1.
2) В некоторых случаях из-за незначительных отличий в разнице
химических сдвигов для различных сигналов ряда протонов происходит формирование сигналов (мультиплетов) интенсивностью, соответствующей больше чем одному протону.
3) модификация 1-(фенилцианометилен)-4-(гидроксиимино)-2,5циклогексадиена приводит к некоторым, сравнительно малым различиям в величинах химических сдвигов у сигналов протонов двух изомеров различных хинон оксимов. Наиболее большое значение ∆ δ
(НАНТИ-НСИН), м.д. наблюдается лишь для 3 Е (таблица).
Таблица
Зависимость разницы в величинах химических сдвигов
для протонов хиноидного ядра двух изомеров от структуры
хинон монооксима
∆δ
Хинон монооксим
(Нанти- 3 А
3Б
3В
3Г
3Д
3Е
3Ж
3З
4А
4Б
Нсин),
м.д.
Н3
0,14
-
-
0,17
0,12
0,05
-
-
-
-
Н5
0,08
0,04
0
0,02
0,02
0,72
0,21
0
0
0,05
Н2
0,06
0,02
0,01
0,1
0,01
0,47
0
0,04
0
0,03
Н6
0,12
0,04
0,22
0,16
0,01
0,04
0,08
0
0
0,02
Неожиданные результаты для хиноноксимов 3 З, 4 А и 4 Б объясняются «накладыванием» друг на друга сигналов от различных протонов и индивидуальными спектральными особенностями данных соединений.
Экспериментальная часть
Тонкослойную хроматография (ТСХ) проводили на пластинах
Sorbfil (ТУ 26-11-17-89). Элюенты: гексан: ацетон = 14: 6. Пятна веществ обнаруживали, освещая пластинку УФ-светом.
Температуры плавления веществ определяли по ГОСТ 18995.4-73
на приборе PG HS 30 A/G (ГДР).
256
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Спектры ЯМР1Н записывали на спектрометре Bruker DRX500 c
рабочей частотой 500,13 МГц в DMSO-d6 с ТМS в качестве внутреннего стандарта.
УФ спектры записывали на приборе Specord M 400. исследование
проводили при использовании этилового спирта в качестве растворителя.
Элементный состав определяли на элементном анализаторе СHN1 (ЧССР).
Полярографический анализ проводили на полярографе ПУ-1.
Фоновый электролит – водно-спиртовой раствор (содержание этанола – 25 %) 0,05 М HCl и 0,0001 М Hg(NO3)2.
Получение арилцианометилен хинонмонооксимов проводили по
методике [4,9] Алкилирование проводили по методике [5]. Контроль
осуществляли методом ТСХ и полярографически по убыванию волны
восстановления нитрогруппы (E½ = от -0,73 до -0,79).
1-(фенилцианометилен)-4-(гидроксиимино)-2,5циклогексадиен (3 А)
Т.пл. = 162-1630С. УФ-спектр, λмакс, нм (ε, л/моль·см): 370
(4,72·104) Спектр ЯМР 1Н, (DMSO-d6) δ, м.д.: 6.78 д. (1 Н, Н3 syn ),
6.92 д. (1 Н, Н3 anti), 6.98 д. (1 Н, Н5 syn ), 7.06 д. (1 Н, Н5 anti), 7.24 д.
(1Н, Н2 syn), 7.26 д. (1Н, Н6 syn), 7.3 д. (1 Н, Н2 anti), 7.38д. (1 Н, Н6
anti), 7.42-7.52 м. (10 Н, С6Н5 syn/ anti), 12.48 с. (2 Н, N-OH, syn/ anti).
Масс-спектр, m/z (Iотн., %): 222 [М]+ (90), 208 (25), 205 (70), 190 (76),
177 (30), 164 (25), 140 (10). Найдено, %: C 75.97; Н 4.75; N 13.08. Вычислено, %: С 75.67; Н 4.50; N 12.61.
1-(фенилцианометилен)-3-хлор-4-(гидроксиимино)-2,5циклогексадиен (3 Б)
Т.пл. = 185-1870С. УФ-спектр, λмакс, нм (ε, л/моль·см): 374
(3,83·104). Спектр ЯМР 1Н, (DMSO-d6) δ, м.д.: 7.04 д. (1 Н, Н5 syn),
7.08 д. (1Н, Н5 anti), 7.29 д.д. (1Н, Н6 syn), 7.33 д.д. (1Н, Н6 anti), 7.43
д. (1Н, Н2 syn), 7.45 д. (1Н, Н2 anti), 7.5-7.59 м. (10 Н, С6Н5, Н2, Н3, Н4,
Н5, Н6 syn/ anti), 13.35 с. (2 Н, N-OH, syn/ anti). Масс-спектр, m/z
(Iотн., %): 256 [М]+ (100), 221 (13), 239 (8), 221 (15), 190 (50), 177 (22),
163 (18), 140 (7). Найдено, %: C 55.6; Н 2.5; N 9.0. Вычислено, %: C
55.8; Н 2.99; N 9.3.
1-(фенилцианометилен)-3-бром-4-(гидроксиимино)-2,5циклогексадиен (3 В)
Т.пл. = 179-1820С. УФ-спектр, λмакс, нм (ε, л/моль·см): 376
(4,62·104). Спектр ЯМР 1Н, (DMSO-d6) δ, м.д.: 7.07 д.д. (1 Н, Н6 syn),
7.29 д.д. (1Н, Н6 anti), 7.31 д (1Н, Н2 syn), 7.32 д (1Н, Н2 anti), 7.43 д. (2
257
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Н, Н5 syn/ anti), 7.5-7.6 м. (10 Н, С6Н5, Н2, Н3, Н4, Н5, Н6 syn/ anti), 13.4
с. (2 Н, N-OH, syn/ anti). Масс-спектр, m/z (Iотн., %): 300 [М]+ (100),
203 (76), 190 (73), 177 (38), 163 (19). Найдено, %: C 65.77; Н 3.75; N
11.08. Вычислено, %: С 66.62; Н 3.51; N 10.93.
1-(4-хлорфенилцианометилен)-4-(гидроксиимино)-2,5циклогексадиен (3 Г)
Т.пл. = 188-1890С. УФ-спектр, λмакс, нм: 241,05; 375. Спектр ЯМР
1
Н, (DMSO-d6) δ, м.д.: 6.78 д. (1 Н, Н3 syn), 6.95 д. (1 Н, Н3 anti), 7.04 д.
(1Н, Н5, syn), 7.06 д. (1Н, Н5 anti), 7.2 д. (1Н, Н2 syn), 7.26 (1Н, Н6 syn),
7.3 д. (1Н, Н2 anti), 7.42 д. (1Н, Н6 anti), 7.5-7.55 м. (4 Н, С6Н4, Н3, Н5
syn/ anti), 7.58-7.7.63 м. (4 Н, С6Н4, Н2, Н6 syn/ anti), 12.85 с. (2 Н, NOH, syn/ anti). Масс-спектр, m/z (Iотн., %): 256 [М]+ (100), 239 (13),
221 (3), 203 (52), 190 (70), 177 (32). 150 (14), 126 (3). Найдено, %: C
55.7; Н 2.8; N 9.1. Вычислено, %: C 55.8; Н 2.99; N 9.3.
1-(3,4-диметоксифенилцианометилен)-4-(гидроксиимино)-2,5циклогексадиен (3 Д)
Т.пл. = 171-1720С. Спектр ЯМР 1Н, (DMSO-d6) δ, м.д.: 3.85 с.
(12Н, (ОСН3)2 syn/anti), 6.86 д. (1 Н, Н3 syn), 6.98 д. (1 Н, Н3 anti), 7.04
д. (1 Н, Н5 syn), 7.06 д. (1 Н, Н5 anti), 7.07 д. (1 Н, Н2 syn), 7.08 д. (1 Н,
Н2 anti), 7.09 д. (1 Н, Н6 syn), 7.1 д. (1 Н, Н6 anti), 7.12 д. (1Н, С6Н3, Н5
syn), 7.18 д.д. (1Н, С6Н3, Н6 syn), 7.25 д. (1Н, С6Н3, Н2 syn), 7.27 д. (1Н,
С6Н3, Н5 anti), 7.3 д. (1Н, С6Н3, Н2 anti), 7.38 д.д. (1Н, С6Н3, Н6 anti).
Масс-спектр, m/z (Iотн., %): 282 [М]+ (100), 267 (8), 252 (2), 237 (5),
207 (10), 164 (15). Найдено, %: C 59.7; Н 4.8; N 9.8. Вычислено, %: C
59.57; Н 4.97; N 9.93.
1-(2-метоксифенилцианометилен)-3-хлор-4-(гидроксиимино)2,5-циклогексадиен (3 Е).
Т.пл. = 180-1850С. УФ-спектр, λмакс, нм (ε, л/моль·см): 360
(3,13·104). Спектр ЯМР 1Н, (DMSO-d6) δ, м.д.: 3.85 с. (6Н, ОСН3,
syn/anti), 6.7 д. (1Н, Н5 syn ), 6.74 д. (1Н, Н2 syn ), 7.07 д.д. (1Н, Н6 syn
), 7.11 д.д. (1Н, Н6 anti), 7.18 д.д. (1Н, С6Н4, Н3 syn), 7.21 д. (1Н, Н2
anti), 7.22 т. (1Н, С6Н4,Н5 syn), 7.25 д.д. (1Н, С6Н4, Н3 anti), 7.28 т. (1Н,
С6Н4, Н5 anti), 7.282 т (1Н, С6Н4,Н4 syn), 7.34 т. (1Н, С6Н4,Н4 anti), 7.42
д. (1Н, Н5 anti ), 7.5 д.д. (1Н, С6Н4,Н6 syn), 7. 54 д.д. (1Н, С6Н4, Н6 anti),
13.4 с. (2 Н, N-OH, syn/ anti). Масс-спектр, m/z (Iотн., %): 300 [М]+
(100), 203 (76), 190 (73), 177 (38), 163 (19). Найдено, %: C 65.77; Н
3.75; N 11.08. Вычислено, %: С 66.62; Н 3.51; N 10.93.
258
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1-(3,4-диметоксифенилцианометилен)-3-хлор-4(гидроксиимино)-2,5-циклогексадиен (3 Ж).
Т.пл. = 193-1950С. УФ-спектр, λмакс, нм (ε, л/моль·см): 397
(2,44·104). Спектр ЯМР 1Н, (DMSO-d6) δ, м.д.: 3.85 с. (12Н, (ОСН3)2
syn/anti), 7.04 д. (1Н, С6Н4, Н5 syn ), 7.08 д. (1Н, С6Н4, Н5 anti), 7.1 д.д.
(1Н, С6Н4, Н6 syn ), 7.12 д.д. (1Н, С6Н4, Н6 anti), 7.15 д. (1Н, С6Н4, Н2
syn), 7.17 д. (1Н, С6Н4, Н2 anti), 7.25 д. (2Н, Н5 syn/ anti), 7.28 д. (1Н, Н5
syn), 7.31 д. (1Н, Н6 anti), 7.4 д. (2Н, Н5 syn/ anti), 13.15 с. (2 Н, N-OH,
syn/ anti). Масс-спектр, m/z (Iотн., %): 316 [М]+ (100), 302 (20), 285
(5), 271 (7), 250 (5). Найдено, %: C 60.74; Н 4.13; N 8.85. Вычислено,
%: C 60.76; Н 4.11; N 8.86
1-(1-нафтилцианометилен)-4-(гидроксиимино)-3-хлор-2,5циклогексадиен (3 З)
Т.пл. = 178-1800С. УФ-спектр, λмакс, нм (ε, л/моль·см): 357
(2,76·104). Спектр ЯМР 1Н, (DMSO-d6) δ, м.д.: 7.19 д. (2 Н, Н5 syn /anti
), 7.48 д. (1 Н, Н2 syn ), 7.52 д. (1Н, Н2anti), 7.6 д.д. (2 Н, Н6 syn/anti ),
7.62-7.7 м. (8 Н, С12Н9, Н2, Н3, Н6, Н7 syn/ anti), 8.1-8.15 м. (4 Н, С12Н9,
Н5, Н8 syn/ anti), 13.3 с. (2 Н, N-OH, syn/ anti). Масс-спектр, m/z (Iотн.,
%): 306 [М]+ (100), 289 (12), 271 (47), 253 (62), 240 (52), 227 (38), 127
(7). Найдено, %: C 70.57; Н 4.24; N 9.16. Вычислено, %: C 70.59; Н
4.25; N 9.15.
1-(3,4-диметоксифенилцианометилен)-3-хлор-4(этоксиимино)-2,5-циклогексадиен (4 А).
Т.пл. = 138-1390С. УФ-спектр, λмакс, нм (ε, л/моль·см): 406
(2,04·104). Спектр ЯМР 1Н, (DMSO-d6) δ, м.д.: 1.3 с. (6Н, (СН3),
syn/anti), 3.83 с. (12Н, (ОСН3)2, syn/anti), 4.4 с. (4Н, (СН2), syn/anti),
7.05 д. (2Н, Н5 syn/anti), 7.1 д. (2Н, Н2 syn/anti), 7.13 д.д. (2Н, Н6
syn/anti), 7.22 д. (2 Н, С6Н3, Н5 syn/anti), 7.3-7.36 м. (4 Н, С6Н3, Н2, Н6
syn/anti). Масс-спектр, m/z (Iотн., %): 344 [М]+ (100), 316 (87), 285
(47). Найдено, %: C 62.77; Н 4.93; N 8.13. Вычислено, %: С 62.79; Н
4.94; N 8.14.
1-(3,4-диметоксифенилцианометилен)-3-хлор-4(изобутоксиимино)-2,5-циклогексадиен (4 Б).
Т.пл. = 100-1010С. УФ-спектр, λмакс, нм (ε, л/моль·см): 406
(1,93·104). Спектр ЯМР 1Н, (DMSO-d6) δ, м.д.: 2.05 с. (1Н, (СН)), 3.8 с.
(6Н, 2(СН3)), 4.15 с. (2Н, (СН2)), 7.06 д. (1Н, С6Н3, Н2 syn), 7.11 д. (1Н,
С6Н3, Н2 anti), 7.12 д. (2Н, С6Н3, Н5 syn/anti), 7.15 д.д. (2Н, С6Н3, Н6
syn/anti), 7.25 д. (2Н, Н5 syn/anti), 7.35 д.д. (2Н, Н6 syn/anti), 7.38 д.
(2Н, Н2 syn/anti). Масс-спектр, m/z (Iотн., %): 372 [М]+ (50), 316 (97),
259
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
300 (25), 285 (17). Найдено, %: C 64.51; Н 5.61; N 3.77. Вычислено, %:
C 64.52; Н 5.65; N 3.76.
Литература
1. Sevindir H. Cahit. Synth.and React. Jnor . and Metal. Org. Chem. 2002. 32.
Р. 1023-1031.
2. Иванов В.М., Ершова Н.И. Тезисы докладов третьей Всероссийской конференции « Экоаналитика-98» с международным участием. Краснодар, 20-25
сентября 1998 г., 275.
3. Dong Yanjie, Liu Jianning J.Lanzhou Univ. Natur. Sci. 1999. 35. Р. 122-125.
4. Davis R.B., Pizzini L.C., Benigni J.D.. J. Am. Chem. Soc. 1960. Vol. 82.
№11. Р. 2913-2915.
5. Препаративная органическая химия: перевод с польского. М., 1959.
С. 340-341.
6. Авдеенко А.П., Глиняная Н.М., Пироженко В.В. ЖОрХ. 1995. Т31. Вып.
10. С. 1523-1529.
7. Авдеенко А.П., Глиняная Н.М., Пироженко В.В. ЖОрХ. 1996. Т. 32.
Вып. 1. С. 96-100.
8. Авдеенко А.П., Жукова С.А., Глиняная Н.М., Коновалова С.А. ЖорХ.
1999. Т 35. Вып. 4. С. 586-596.
9. Davis R.B., Pizzini L.C., Bara E.J. J. Org. Chem. 1961. Vol 26. № 11.
P. 4270-4274.
Хроматографическое поведение
4-(2,4-динитрофенил)морфолина
и продуктов его восстановления *
Косарева Т.Н., Ноздрачева О.И., Рассохина Е.Г., Бегунов Р.С.
Ярославский государственный университет имени П.Г. Демидова
Россия; 150000, Ярославль, ул. Советская, 14
Синтез разнообразных ароматических аминосоединений восстановлением нитрогруппы в нитроаренах является наиболее распространенным методом их получения и представляет большой как практический, так и теоретический интерес. При этом наличие в молекуле
нитросоединения гетероциклических фрагментов повышает ценность
получаемых аминосоединений. Данные гетероциклические аминоарены могут быть использованы в синтезах лекарственных препаратов
[1-3]. Так же известно, что производные 1,3-ди(морфолин-4ил)бензола, содержащие в качестве заместителей амино-, амидо- и
нитрогруппы, являются основой для получения таких практически
*
Работа выполнена при финансовой поддержке проекта РНП. 2.1.1.1167.
260
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
важных полимерных систем, как полиамиды, полиимиды и др. [4].
Наличие в составе данных полимеров заместителей различной химической природы в орто−положениях бензольного кольца позволяет
варьировать в широких пределах их химические и физические свойства (например, способность к дальнейшим внутримолекулярным
циклизациям или межмолекулярным реакциям структурирования, оптических свойств и др. [5]).
Наличие в исходной молекуле полинитросубстрата нескольких
реакционных центров может приводить к образованию нескольких
продуктов реакции. Данный факт ставит задачу идентификации образующихся в ходе химического превращения веществ. Первым этапом
установления структуры конечных продуктов является хроматографическое изучение полученной реакционной смеси.
В данной работе было изучено хроматографическое поведение 4(2,4-динитрофенил)морфолина (соединение 1) и продуктов его восстановления 2-морфолин-4-ил-5-нитроанилина (2), 4-морфолин-4-ил3-нитроанилина (3) и 4-морфолин-4-илбензол-1,3-диамина (4), что является необходимым условием для изучения процесса восстановления
полинитроаренов, содержащих насыщенные алифатические фрагменты.
ВЭЖХ проводили на жидкостном хроматографе фирмы HITACHI, модель насоса L–7100, модель детектора L–7400 УФ 190 – 600
nm (254 nm), колонка 250×4 мм, носитель NUCLEOSIL С 18 1-5, Р=94
бар. В качестве неподвижной фазы использовался нуклеосил, являющийся сорбентом объемно-пористого типа с частицами сферической
формы. Выбор ацетонитрила в качестве подвижной фазы был обусловлен его полезными свойствами: низкая вязкость и хорошая растворяющая способность.
Хроматографирование в перечисленных выше условиях соединений 1-4 показало, что вещества 1 и 2, а также 3 и 4 имеют схожее
время удерживания и на хроматограмме выходят только два пика.
Данный факт затрудняет возможность проведения оценки содержания
продуктов в реакционной смеси. Поэтому в ходе разработки методики
с целью разделения многокомпонентной смеси нами были опробованы различные режимы элюирования. Как показали исследования,
скорость подачи, расход, давление не оказывали никакого влияния на
время удерживания исследуемых веществ. Поэтому основным направлением исследований был подбор соотношения сильного компонента подвижной фазы и разбавителя.
261
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
При выборе соотношения сильного компонента подвижной фазы
и разбавителя нами учитывался тот факт, что, как правило, уменьшение объёмной доли данного сильного растворителя (в нашем случае
ацетонитрила) в подвижной фазе, сопровождается улучшением разделения [6]. Поэтому исследование хроматографических параметров
продуктов 1-4 проводили при различных соотношениях ацетонитрила
и воды– 90 : 10, 80 : 20, 70 : 30, 60 : 40. Наилучшие результаты по
хроматографическому разделению продуктов восстановления соединения 1 были получены при соотношении сильный компонент подвижной фазы : разбавитель, равном 60 : 40 (см. рис. 1).
Рис. 1. Хроматограмма смеси продуктов: 4-(2,4-динитрофенил)морфолин
(1), 2-морфолин-4-ил-5-нитроанилин (2), 4-морфолин-4-ил-3-нитроанилин
(3), 4-морфолин-4-илбензол-1,3-диамин (4).
Таким образом, для хроматографического определения продуктов реакции восстановления 2,4-динитробензолов, содержащих в орто-положении к одной из нитрогрупп предельный алифатический гетероцикл, оптимально использование в качестве подвижной фазы
смеси ацетонитрил – вода в соотношении 60 : 40.
262
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Литература
1. Пат. JP06228112 Japan. Sakamoto, Shuichi; Sasamata, Toshihisa; Okada,
Masaji. // Yamanouchi Pharma Co Ltd, Japan// 1995. 11 pp.
2. Склярова Н.В, Кузнецов В.А. и др. Хим.-фарм. ж. 1988. № 6. С. 697-699.
3. Loewe H., Urbanietz J. Arzneim.- Forsch.-1974. 24 (12). P. 1927-1933.
4. Коршак В.В. Разнозвенные полимеры. М.: Наука. –1977.- 284 c.
5. Аскадский А.А., Матвеев Ю.И. Химическое строение и физические свойства полимеров. М.: Химия. –1983.- 317 c.
6. Аналитическая хроматография / К.И. Сакодынский, В.В. Бражников,
С.А. Волков, В.Ю Зельвенский и др. – М.: Химия, 1993. – 464 с.
Масс-спектральный анализ
R,R 1 -пиридо[3’,2’:4,5]имидазо[1,2-A]пиридинов
Рызванович Г.А., Бегунов Р.С.
Ярославский государственный университет имени П.Г. Демидова
Россия; 150000, Ярославль, ул. Советская, 14;
Пиридо[3',2':4,5]имидазо[1,2-a]пиридины относятся к одному из
классов гетероциклических соединений вызывающих повышенный
интерес у исследователей, работающих на стыке нескольких наук
(химии, медицины, генетики). Данные соединения были обнаружены
в пирализатах пищевых продуктов (мяса, рыбы, печенья и др. мучных
изделиях), а также некоторых белков и аминокислот. Так при пиролизе L-глютаминовой кислоты и белка казеина образуются соединения с
дипиридо[1,2-α:3’,2’-d]имидазольным (по новой номенклатуре – пиридо[3',2':4,5]имидазо[1,2-a]пиридиновым) циклом, обладающие мутагенной активностью по отношению к S. typhimurium [1] и канцерогенным действием в опытах на крысах и мышах [2, 3]. Данные
вещества играют важную роль в канцерогенезе в окружающей среде,
поскольку глютаминовая кислота входит в состав любой белоксодержащей пищи. Более того, были показаны структурные модификации
ДНК за счет ковалентного связывания с пиридо[3',2':4,5]имидазо[1,2a]пиридинами [4].
Поэтому, чтобы проследить возможность селективного определения этих соединений в результате пиролиза пищевых продуктов и
их идентификации методом масс-спектрометрии, было изучено поведение полученных пиридо[3',2':4,5]имидазо[1,2-a]пиридинов под действием электронного удара. Кроме того, данные по фрагментации
изучаемых гетероциклических структур позволят определить пути их
разложения в окружающей среде.
263
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Были исследованы масс-спектральные характеристики 3-х полученных синтетическим путем пиридо[3',2':4,5]имидазо[1,2-a]пиридинов: не содержащего заместителей пиридо[3',2':4,5]имидазо[1,2-a]пиридина (1), а также его метилзамещенных производных: 6-метилпиридо[3',2':4,5]имидазо[1,2-a]пиридина (2) и 6,8-метилпиридо
[3',2':4,5]имидазо[1,2-a]пиридина (3).
Данные масс-спектра пиридо[3',2':4,5]имидазо[1,2-a]пиридина и
природа образующихся главных ионов представлены в табл. 1.
Таблица 1
Основные пики в масс-спектре пиридо[3',2':4,5]имидазо[1,2a]пиридина
m/e
170
169
168
142
115
79
78
77
76
64
52
51
Относительная интенсивность, %
18.9
100
8.7
17.8
10.2
8.8
73.3
5.9
10.9
10.3
26.2
59.6
Природа иона
[М+] +1
[М+]
[М+] – 1
[М-HCN]+
[М-2HCN]+
[Py]+
[Py]+
[Py – HCN]+
Схема фрагментации гетероцикла относительно проста. Он ведет
себя подобно другим азотсодержащим соединениям. Молекулярный
ион (который также является основным пиком) отщепляет цианид водорода с образованием фрагмента С9Н6N2, m/e 142, который, в свою
очередь, теряет вторую молекулу HCN с образованием иона с m/e
115. Два других основных пика – это пик с m/e 78, который, похоже,
соответствует иону пиридиния (Py+), и пик с m/e 51 (С4Н3+), который
образуется из предыдущего через отщепление HCN.
Присутствие трех атомов азота в гетероцикле затрудняет установление картины фрагментации, однако, на основе данных литературы [5-7] (схема 1) кажется наиболее убедительной.
Картина фрагментации соединений 6-метилпиридо[3',2':4,5] имидазо[1,2-a]пиридина (2) и 6,8-диметилпиридо[3',2':4,5]имидазо[1,2a]пиридина (3) похожа на таковую для гетероцикла (1). Хотя более
264
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
слабая интенсивность различных ионов образующихся из молекулярного (главный пик), свидетельствует о большей стабильности соединений (2) и (3) под действием электронного удара. Из табл. 2 и 3 видно, что помимо пиков характерных для масс-спектра незамещенного
пиридо[3',2':4,5]имидазо[1,2-a]пиридина, отмечается наличие новых
фрагментов – это образование иона метилпиридина (m/e 92) и иона с
m/e 65 за счет отщепления HCN от МеPy+. Как и в ходе фрагментации
соединения (1) можно отметить два пика с m/e 78 и 51, соответствующих ионам пиридиния [Py]+ и иону [Py – HCN]+.
- 2HCN
N
N
N
m/e 169
- HCN
.
N
N
.
- HCN
+
N
m/e 115
m/e 142
N
- C
+
+
CH
+
N
m/e 103
m/e 78
+
m/e 51
Схема 1
Таблица 2
Основные пики в масс-спектре 6метилпиридо[3',2':4,5]имидазо[1,2-a]пиридина
m/e
183
168
157
129
92
77
65
51
Относительная интенсивность,
%
100
4
26
3
9
31
4
40
265
Природа иона
[М]+
[М-Ме]+
[М-HCN]+
[М-2HCN]+
[PyCH3]+
[Py]+
[PyCH3-HCN]+
[Py-HCN]+
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
На
основе
анализа
масс-спектров
изученных
пиридо[3',2':4,5]имидазо[1,2-a]пиридинов можно выделить следующие характерные признаки: 1) Образование двух ионов из молекулярного
иона при потере одного и двух фрагментов HCN; 2) Общая схема
фрагментации с образованием двух главных ионов с m/e 78 и 51 (для
метилированных производных также с m/e 92 и 65).
Таблица 3
Основные пики в масс-спектре 6,8диметилпиридо[3',2':4,5]имидазо[1,2-a]пиридина
m/e
197
182
169
155
129
99
92
77
65
51
Относительная интенсивность, %
100
29
7
4
2
12
6
16
7
12
Природа иона
[М]+
[М-Me]+
[М-HCN]+
[М-2HCN]+
[PyCH3]+
[Py]+
[PyCH3-HCN]+
[Py – HCN]+
Таким образом, в результате фрагментации молекулярного иона,
образующегося под действием электронного удара, производных пиридо[3',2':4,5]имидазо[1,2-a]пиридина происходит образование характерных ионов, что позволяет использовать метод масс-спектрометрии
для идентификации соединений данного класса.
Литература
1. K. N’Coy, C. De Meester, C. Pairon, B. Loukakou, C. N’Zouzi, G. Saint-Ruf,
Mutal. Res.,1984, 186, 23.
2. T. Sugimura and S. Sato, Cancer Res. Suppl., 1983, 43, 2415.
3. N. Matuura, T. Kawachi, K. Morino, H. Ohgaki,T. Sugimura and S. Takyama,
Science, 1981, 213,346.
4. А.А.Кост //ХГС, 1980, №9, с.1200-1216.
5. J.M. Rice, G.O. Dudek, M. Barber, J. Am. Chem. Soc., 1965, 87, 4569.
6. M. Tisler, W.W. Paudler, J. Heterocyclic Chem., 1968, 5, 695.
7. W.W. Paudler, J.E. Kuder, L.S. Helmik, J. Org. Chem., 1968, 33,1379.
266
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Секция 6. Экологические проблемы
и здоровье населения
Некоторые особенности
содержания микроэлементов
в биосубстратах детей от 1 до 3 лет
(на примере Ярославского региона)
Еремейшвили А.В., Шитова Е.В., Степанова М.В.,
Фураева Ю.В., Коледа Е.В., Горбунова С.Е., Бойцова Д.Ю.
Ярославский государственный университет им. П.Г. Демидова
e-mail: dean@bio.uniyar.ac.ru
В связи с экологической ситуацией проведено исследование биосубстратов детей от 1 до 3 лет, проживающих Ярославском регионе.
Обнаружена тенденция микроэлементных дисбалансов.
Микроэлементы (МЭ) принадлежат к числу незаменимых пищевых продуктов и играют важную роль в функционировании всех живых организмов. Адекватное поступление МЭ в организм является
необходимым условием обеспечения здоровья и работоспособности
человека. Строгое соблюдение этого условия является особенно важным в детском возрасте в связи с напряженностью метаболических
процессов, обусловленных интенсивным ростом и развитием детей.
Среди условий, способствующих возникновению микроэлементных дисбалансов особая роль отводится экологическому неблагополучию [1, 2], а именно изменению содержания микроэлементов в объектах окружающей среды и, следовательно, в биосубстратах человека.
Известно [3], что существует прямая корреляционная зависимость между содержанием тяжелых металлов (ТМ) в окружающей
среде и накоплением их в биологических средах человека. Исходя из
данных литературы [1, 2, 3], уже назрела необходимость контроля
микроэлементного статуса детей с целью повышения уровня здоровья
с помощью прогнозирования, профилактики и коррекции выявленных
нарушений.
267
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Несмотря на обилие литературных данных и наличие уже апробированных методик, в ярославском регионе такие исследования, с
использованием неинвазивных клеточных биосубстратов не проводились.
Ярославская область, расположенная в бассейне Верхней волги,
выделяется неблагоприятными тенденциями в экологии [4]. Ее площадь составляет 36,2 тыс. км2, из которых 3,35% заняты урбанизированными территориями.
Особенностью города Ярославля является его специфическая
планировка. Центральная зона города окружена промышленными
предприятиями, а новые жилые районы располагаются по отношению
к крупным промышленным зонам без полного учета розы ветров и
рельефа [4]. Получившие в городе распространение отрасли промышленности – нефтеперерабатывающая, химическая, машиностроение,
теплоэнергетика – характеризуются не только массой выбросов, но и
большим разнообразием его состава. Интенсивный рост автомобильного парка, наблюдающийся в последние годы, также сопровождается
увеличением выброса вредных веществ, в том числе ТМ, в атмосферу.
Одним из источников поступления МЭ в организм человека является воздух [5]. Загрязнение воздуха вредными веществами зависит
от двух основных факторов: от поступления этих веществ в атмосферу и от дальнейшего переноса и их рассеивания. Основным фактором,
влияющим на распространение примесей в атмосфере, является режим ветров. При этом направление ветра влияет на общее направление миграции вредных веществ в атмосфере, а скорость ветра определяет характер рассеивания и переноса примесей.
Другим не менее важным источником поступления МЭ в организм является вода. Водные ресурсы Ярославской области значительны. В целом по области удельное водопотребление составляет 320
л/сутки на человека. К числу наиболее загрязненных водных объектов
Ярославской области относятся Горьковское водохранилище – ниже
города Ярославля (суммарный индекс загрязнения воды (ИЗВ) – 2,5),
ниже г. Тутаева (ИЗВ – 2,5); р. Которосль – г. Ярославль (ИЗВ – 3,0).
Приоритетными загрязнителями водных объектов Ярославской области являются нефтепродукты и медь, повторяемость проб, концентрация которых выше ПДК составила 72% и 96% соответственно.
Наиболее загрязненными медью являются участок Горьковского водохранилища ниже г. Тутаева – 7 ПДК, ниже г. Ярославля – 7 ПДК и
Углическое водохранилище – г. Углич – 6 ПДК.
268
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Изменение содержания микроэлементов в почве так же может
вносить свои коррективы в микроэлементный статус человека. По
данным литературы известно [4], что за последние годы в почве Ярославля и области геохимический фон меди и цинка вырос в 2-3 раза.
При анализе микроэлементного состава снежного покрова в городской черте обнаружено повышенное содержание большинства
элементов по сравнению с фоновыми показателями на неурбанизированных, «чистых» территориях области: кадмия и меди – в 8 – 10 раз,
цинка – в 4 раза, свинца в 2 – 3 раза.
Таким образом, возникла необходимость подробного изучения
микроэлементного статуса населения Ярославского региона на примере наиболее чувствительной его части – растущей детской организации. С целью выявления микроэлементных дисбалансов в районах с
различной антропогенной нагрузкой нами были исследованы биосубстраты детей в возрасте от 1 до 3 лет, проживающих с момента рождения на территории различных районов города Ярославля и Ярославской области
В качестве биосубстратов для исследований были выбраны волосы, поскольку их просто и безболезненно получить в качестве пробы,
а также они отражают метаболизм клеток, как и любая, висцеральная
или эктодермальная ткань. Волосы характеризуются определенной
динамикой роста и содержат как бы запись не только того, что происходило с обменом веществ в ближайшее время, но и информацию о
его состоянии в более отдаленные периоды. Помимо этого, волосы,
по мнению ряда авторов [6], являются второй по порядку метаболически активной тканью, уступая первое место только красному костному мозгу.
Сбор биоматериала проводился следующим образом: волосы –
прядь волос (длиной 3 – 4 см) выстригали от корня в области затылочного бугра, массой от 0,1 до 0,5 г., затем пробы помещали в бумажные конверты для доставки в лабораторию. Далее волосы выдерживались в ацетоне в объемном соотношении 1: 3 при периодическом
помешивании в течение 6 часов, затем несколько раз промывались
бидистиллированной водой, после этого высушивались для определения сухого веса образца перед анализом. Разложение биосубстратов
проводилось путем мокрого озоления смесью азотной кислоты и
азотнокислого калия в начале на электроплитке, а затем в муфельной
печи при постепенном повышении температуры до 450оС. В дальнейшем, осуществлялся анализ микроэлементов при помощи полярографа методом добавок.
269
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Выбор исследуемых микроэлементов обусловлен особенностями
промышленных объектов региона. Учитывая то, что в поверхностных
водах региона значительно повышена концентрация ионов меди, а его
основным антагонистом является цинк, участвующий в формировании иммунной защиты организма, то в первую очередь для изучения
были выбраны цинк и медь. Кроме того, наш выбор остановился и на
таких микроэлементах, как свинец и кадмий, учитывая влияние их на
состояние здоровья, а именно на его физическое и нервнопсихическое развитие.
Всего было исследовано 790 образцов волос и выполнено 3160
количественных инверсионных вольтамперометрических измерений.
Оценка результатов осуществлялась в соответствии с центильными
шкалами содержания химических элементов в волосах детей от 1 до 3
лет, предложенными Центром Биотической Медицины г. Москва [7].
Результаты исследования приведены в табл. 1.
Таблица 1
Содержание некоторых химических элементов в волосах детей
от 1 до 3 лет, проживающих в различных районах Ярославской области
Число Цинк
проб мкг/г
Нормы
51-143
Фрунзенский
168
115,26±11,59
Дзержинский
115
89,97±6,30
Заволжский
103
71,08±6,31
Ленинский
60
71,99±5,06
Красноперекопский 44
94,49±21,05
г. Углич
66
65,12±5,90
г. Тутаев
65
35,80±2,50
п.Козмодемьянск
49
66,65±7,95
г. Рыбинск
120
128,40±5,86
Вся выборка
790
95,22±5,31
Район
Медь
мкг/г
7,80-11,40
12,16±0,76
21,81±2,57
14,97±1,12
11,27±0,79
17,22±2,40
13,05±1,19
10,95±1,12
28,15±3,55
14,27±1,10
18,37±1,36
Свинец
мкг/г
0,68-3,05
2,97±0,20
7,18±0,58
3,68±0,39
2,95±0,28
9,18±2,11
3,86±0,47
4,70±0,60
1,64±0,40
3,34±0,34
4,20±0,19
Кадмий
мкг/г
0,07-0,38
0,20±0,03
0,55±0,1
0,11±0,01
0,25±0,08
0,25±0,04
0,16±0,03
0,69±0,15
0,31±0,03
Из таблицы видно, что содержание цинка в волосах детей как во
всей выборке, так и отдельно по районам соответствует нормативам,
за исключением детей, проживающих в городе Тутаев, где отмечается
достоверное ( при р < 0,05) уменьшение данного микроэлемента
(35,80±2,50 мкг/г). Известно, что цинку принадлежит высокая роль в
синтезе белка и нуклеиновых кислот. Он необходим для стабилизации структуры ДНК, РНК и рибосом, а так как он является критическим элементом в отношении дифференцировки, созревания и акти270
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
вации лимфоцитов, участвующих в реализации иммунного ответа [3].
Это значит, что дети из выборки г. Тутаева имеют риск перейти в
группу частоболеющих. Одна из причин снижения содержания цинка
в организме детей, по нашему мнению, – это отсутствие организованной витаминопрофилактики.
Обращает на себя тот факт, что содержание меди во всех районах
находится либо на верхней границе нормы, либо превышает физиологические показатели содержания этого элемента в организме детей от
1 до 3 лет. Вероятно, это связано с антагонистическими отношениями
между цинком и медью, выражающаяся в конкуренции за белки переносчики [3]. Известно[8], что соотношение Zn / Cu должно укладываться в пределы от 5 до 15, в нашем исследовании в каждом из исследований подобные соотношения поддерживаются едва ли в 20 –
50% случаев (рис. 1). В основном отмечается изменение соотношений
Zn/Cu в сторону уменьшения, а это способствует реализации конкурентоспособности меди, а значит ее лучшему усвоению.
Рис. 1. Соотношения концентраций цинка и меди
Показатели концентрации свинца, как во всей выборке, так и по
районам в частности, находятся либо на верхней границе нормы, либо
превышают ее, за исключением детей, проживающих в поселке Козьмодемьянск (1,64±0,40 мкг/г). Увеличение концентрации свинца в
большинстве районов может быть объяснено промышленным окружением (использование свинца в переработке черных металлов).
Концентрация кадмия в волосах обследованных детей находится
в пределах нормативов, за исключением двух районов: Дзержинского
района г. Ярославля (0,55±0,1 мкг/г) и г. Рыбинска (0,69±0,15 мкг/г),
271
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
где концентрация этого элемента превышала границы физиологического содержания, вероятно, это может быть связано с тем, что в окружении именно этих районов есть предприятия, использующие процессы кадмирования в производстве.
В целом, по изученным районам Ярославля и Ярославской области доля детей, в волосах у которых содержание металлов находится в
пределах физиологической нормы, составляет: по цинку – 53,0%, меди – 23,0%, свинцу – 46,0%, кадмию – 72,0%. Следует отметить, что
только в 8% случаев выявлен нормальный баланс по всем четырем
элементам.
С целью выявления половых отличий в содержании МЭ в организме детей раннего возраста мы разделили детей по половым признакам. Входе исследования обнаружено (табл. 2), что в волосах
мальчиков достоверно ( при р < 0,05) большее, чем у девочек содержание цинка (105,01±9,43 мкг/г против71,40±3,56 мкг/г), меди
(17,32±0,90 мкг/г против 13,59±0,64 мкг/г) и кадмия (0,40±0,08 мкг/г
против 0,14±0,03 мкг/г). Достоверных половых различий в содержании свинца не обнаружено.
Таблица 2
Содержание некоторых химических элементов в волосах мальчиков и девочек от 1 до 3 лет, проживающих различных районах
Ярославской области
Девочки
Мальчики
Число
проб
368
422
Цинк
мкг/г
71,40±3,56
105,01±9,43
Медь
мкг/г
13,59±0,64
17,32±0,90
Свинец
мкг/г
4,51±0,28
4,35±0,33
Кадмий
мкг/г
0,14±0,03
0,40±0,08
Таким образом, в Ярославском регионе отмечается общая тенденция к увеличению концентрации меди и свинца, содержание же
цинка и кадмия находится в пределах возрастных норм. Кроме этого
выявлены половые отличия в содержании микроэлементов.
Литература
1. Bergomi M., Borella P., Fantuzzi G. Blood, teeth and hair: 3 different materials used to evaluate exposure to lead and cadmium in children living in an industrial
zone // Ann Ig 1989. Volune 1 Issue 5 P. 1185-1196.
2. Wibowo A.A., Herber R.F.,Das H.A.,Roeleveld, Zielhuis R.L. Levels of metals in hair of young children as an indicator of environmental pollution // Environ Res.
1986 Volume 40 Issue 2 P. 346-356.
3. Авцын А. П.. Жаворонков А. А.. Риш М. А. Микроэлементозы человека:
этиология, классификация, органопатология. – М., 1991. – 496 с.
272
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
4. Мелюк С.А., Лукьяненко В.И. Современное экологическое состояние
Ярославской области и здоровье населения // Материалы второй областной научно-практической конференции «Актуальные проблемы экологии Ярославской
области» 2002. – С. 29-36.
5. Печенникова Е. В. и др. // Гигиена и санитария. – 1997. № 4 – С. 41 – 43.
6. Межельская Т.И., Ларский Э.Г. Исследование содержания микроэлементов и ферментов в волосах как новый подход к изучению метаболизма на тканевом уровне. // Лабораторное дело. 1983. №1. – С.3-10.
7. Скальный А.В. Установление границ допустимого содержания химических элементов в волосах детей с применением центильных шкал. // Вестник
Санкт-Петербургской ГМА им. И.И. Мечникова – 2002. – № 1-2. – С. 62-65.
8. Юдина Т.В. Оптимизация системы лабораторного контроля, гигиенического мониторинга и ранней неинвазивной диагностики / Т.В. Юдина, Н.Е. Федорова, М.В. Егорова и др. // Гигиена и санитария. – 1997. – №6. – С. 45 – 48.
Волновые характеристики сердечного ритма
как показатель адаптивных перестроек
вегетативного гомеостаза
Лебедев В.Г., Мышкин И.Ю.
Ярославский государственный университет им. П.Г. Демидова
Работа посвящена анализу вариабельности сердечного ритма, как
показателя адаптивных перестроек организма в условиях активной
деятельности. Рассмотрены вопросы информативности и практического применения анализа волновых характеристик вариабельности сердечного ритма.
Наиболее перспективным направлением оценки состояния здоровья и психоэмоционального статуса являются исследования, проводимые на базе современных представлений об организме человека как
сложной саморегулирующейся системе, способной реагировать на
изменяющиеся условия среды. Известно, что связь человека с окружающей природой, техногенной и социальной средой проявляется в
особенностях ритмических колебаний обмена веществ (метаболизма)
и его нейровегетативной регуляции, которые можно зарегистрировать
во всех системах организма.
Звеном, объединяющим адаптивные реакции на уровне органов
является система кровообращения. Обладая совершенным аппаратом
управления и саморегуляции, эта система чутко реагирует на малейшие изменения потребностей функциональных систем, обеспечивая
их адекватным кровоснабжением в соответствии с гемодинамическими требованиями по жизнеобеспечению разнообразной деятельности
273
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
целостного организма. Это дает основания рассматривать систему
кровоснабжения в качестве универсального индикатора адаптационно-приспособительной деятельности организма. Оценивая степень
напряженности функционирования регуляторных систем, можно определить «цену», которую платит организм за свое существование в
данных условиях жизнедеятельности.
Частота сердечного ритма является хорошим маркером вегетативного гомеостаза, быстро реагирует на его изменения при адаптации к различным условиям окружающей среды. Высокая степень
адаптации к физической деятельности проявляется не столько в увеличении функциональных возможностей отдельных органов и систем
органов, сколько в совершенствовании их регулирующих механизмов, по сути осуществляющих интеграцию моторной и вегетативных
функций [10].
В России после спада активности исследований в области анализа ВСР в последние годы наблюдается повышенное внимание клиницистов к этому методу [2,3,4,7]. Так, на состоявшемся в 1999 г. в Москве международном симпозиуме “Компьютерная электрокардиография на рубеже столетий” значительное число докладов было
представлено по ВСР.
Однако, работ, посвящённых анализу функционального состояния организма в процессе профессиональной деятельности на основе
анализа ВСР, относительно мало.
Теоретические основы метода
Основная информация о состоянии систем, регулирующих ритм
сердца, заключена в «функциях разброса» длительностей кардиоинтервалов. При анализе ВСР речь идет о так называемой синусной аритмии,
которая отражает сложные процессы взаимодействия различных контуров регуляции сердечного ритма. Динамический ряд кардиоинтервалов
может анализироваться и оцениваться на основе использования различных научно-теоретических концепций. Выделяют три взаимодополняющих друг друга подхода [6, 9].
1. Рассматривать изменения сердечного ритма в связи с даптационной реакцией целостного организма, как проявление различных
стадий общего адаптационного синдрома.
Теория Г.Селье об общем адаптационном синдроме описывает
фазовый характер адаптационных реакций и обосновывает ведущую
роль истощения регуляторных систем при острых и хронических стрессорных воздействиях в развитии большинства патологических состоя274
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ний и заболеваний. Система кровообращения может рассматриваться
как чувствительный индикатор адаптационных реакций целостного
организма, а вариабельность сердечного ритма хорошо отражает степень напряжения регупяторных систем, обусловленную возникающей
в ответ на любое стрессорное воздействие активацией системы гипофиз-надпочечники и реакцией симпатоадреналовой системы.
2. Рассматривать колебания длительностей кардиоинтервалов как
результат влияния многоконтурной, иерархически организованной
многоуровневой системы управления физиологическими функциями
организма. Этот подход основан на положениях биологической кибернетики и теории функциональных систем. При этом, изменения
показателей вариабельности сердечного ритма можно считать обусловленными формированием различных функциональных систем, соответствующих требуемому на данный момент результату.
С позиций кибернетики систему кровообращения (как и любую
другую систему организма) можно рассматривать в виде многоуровневой самоуправляемой структуры, состоящей из иерархически связанных элементов: «центрального» и «автономного» контуров управления. Наиболее простая двухконтурная модель регуляции сердечного
ритма основывается на кибернетическом подходе, при котором система регуляции синусного узла может быть представлена в виде двух
взаимосвязанных контуров: центрального и автономного с прямой и
обратной связью. При этом, воздействие автономного контура идентифицируется с дыхательной, а центрального с не дыхательной аритмией. Рабочими структурами автономного контура регуляции являются: синусный узел (СУ), блуждающие нервы и их ядра в продолговатом мозгу (контур парасимпатической регуляции). Дыхательная
система рассматривается как элемент обратной связи в автономном
контуре регуляции сердечного ритма (СР). Прямая связь между центральным и автономным контурами осуществляется через нервные (в
основном симпатические) и гуморальные связи. Обратная связь обеспечивается афферентной импульсацией с барорецепторов сердца и сосудов, хеморецепторов и рефлексогенных зон различных органов и тканей. Центральный контур регуляции СР – это сложнейшая многоуровневая система нейрогуморальной регуляции физиологических
функций, которая включает в себя многочисленные звенья от подкорковых центров продолговатого мозга до гипоталамо-гипофизарного
уровня вегетативной регуляции и коры головного мозга [1,2].
275
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3. Рассматривать изменения сердечного ритма в связи с деятельностью механизмов нейрогормональной регуляции как результат активности различных звеньев вегетативной нервной системы.
Регуляция ритма сердца осуществляется вегетативной, центральной нервной системой рядом гуморальных и рефлекторных воздействий. Парасимпатическая и симпатическая нервные системы находятся в
определенном взаимодействии под влиянием центральной нервной системы и ряда гуморальных и рефлекторных факторов. Постоянное воздействие симпатических и парасимпатических влияний происходит на
всех уровнях регуляции. Их сущность заключается в различной степени
активности одного из отделов вегетативной системы при изменении активности другого. Ритм сердца может временами являться простой
суммой симпатической и парасимпатической стимуляции, а временами – симпатическая или парасимпатическая стимуляция может сложно
взаимодействовать с исходной парасимпатической или симпатической
активностью. Часто при достижении полезного приспособительного результата одновременно наблюдается снижение активности в одном отделе вегетативной нервной системы и возрастание в другом.
Изложенные выше различные подходы к анализу ВСР не только не
противоречат друг другу, но и являются взаимодополняющими. Текущая активность симпатического и парасимпатического отделов вегетативной нервной системы по существу является результатом системной
реакции многоконтурной и многоуровневой системы регуляции.
Методы анализа ВСР разделяют на три группы:
пространственно-временные и статистические методы;
пространственно-спектральные;
нелинейные.
Пространственно – временные и статистические методы
Динамический ряд кардиоинтервалов называют кардиоинтервалограммой. На выбранном участке определяются длины RR-интервалов.
Их иногда обозначают как NN-интервалы. Из последовательности RRинтервалов на плоскости строят интервалограмму. В ней по оси абсцисс
откладывают номера RR-интервалов, а по оси ординат – их длины.
Интервалограмма дает представление о динамике изменений сердечного ритма. Интервалография часто дополняется построением скатерограммы. В скатерограмме обе оси на плоскости имеют размерность
длины RR-интервалов, а точками отмечаются координаты пар длительностей предшествующего и последующего RR-интервалов. Скате276
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
рограмма имеет вид «облака», состоящего из множества точек, отвечающих последовательным парам длительностей RR-интервалов. Чем
больше плотность облака, тем меньше ВСР и наоборот. В пространственно-временных методах кроме построения интервалограмм и скатерограмм используются такие количественные показатели, как средняя длина RR-интервалов, средняя ЧСС, определение максимальной
амплитуда колебаний длительности RR-интервалов при различных
формах физического, ментального или фармакологического стресса.
Статистические методы используются для анализа последовательностей длин RR-интервалов как ряда случайных чисел. Статистический
анализ включает в себя определение моментов длительности RRинтервалов. Момент нулевого порядка есть количество RR-интервалов
N на исследуемом промежутке ЭКГ. Момент первого порядка представляет собой математическое ожидание M, т.е. среднюю продолжительность RR-интервалов на исследуемом промежутке ЭКГ. Момент
второго порядка – это дисперсия D, т.е. сумма квадратов отклонений
длин RR-интервалов от их средней продолжительности на исследуемом промежутке ЭКГ, деленная на количество N. Помимо дисперсии
используют стандартное или среднее квадратическое отклонение SD,
равное корню квадратному из дисперсии. Отношение SD к M – вариация V, которая в отличие от других показателей является безразмерной. Помимо дисперсии и вариации для анализа ВСР могут использоваться и моменты высших степеней, такие, как асимметрия и эксцесс.
Отличие двух последних показателей от дисперсии состоит в том, что
в основу их определения положено вычисление уже не квадратов, а
кубов и показателей четвертой степени отклонений длин RRинтервалов от их средней продолжительности на исследуемом промежутке ЭКГ, деленных на N. Статистический анализ сердечного
ритма для наглядности сопровождается построением распределений
длительности RR-интерваловв виде гистограмм. По оси абсцисс откладывается длительность RR-интервалов, по оси ординат – частота
встречаемости или, другими словами, число RR-интервалов одной
длительности [12]. Статистический (временной) анализ сердечного
ритма позволяет определить соотношение центральных и автономных
влияний на синусный узел. В частности он позволяет адекватно оценивать текущее состояние механизмов автономного контура регуляции и их защитно-восстановительное действие
Пространственно-спектральные методы
277
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Наряду с методами количественного анализа последовательностей RR-интервалов, как случайных чисел, исключительно большое
значение принадлежит их изучению как периодических функций
RR(t) с помощью спектральных методов. Наиболее часто используются преобразование в ряд Фурье. Для вычисления коэффициентов
ряда обычно применяют экономичный метод быстрого преобразования Фурье (БПФ). Mощным средством анализа изменения функции
RR(t) является построение ее спектра a(f), т.е. зависимости квадрата
амплитуды oт частоты. Обычно строят плотность мощности спектра
(Power Spectum Density – PSD), измеряемую в msec2/Гц в зависимости
от частоты в Гц и получаемую делением a(f) на 1/T. Важными характеристиками спектра являются его мощность и мощности его отдельных участков. Они представляют собой интегралы по частоте f от a(f).
Мощность всего спектра равна дисперсии D RR-интервалов ЭКГ[12].
Спектральные компоненты сердечного ритма
При спектральном разложении ЭКГ в ней выделяют четыре характерные зоны изменения амплитуд:
Ultra Low Friquency (ULF) – зона сверх низких частот (0 –
0.0033 Гц)
Very Low Friquency (VLF) – зона очень низких частот (0.0033 –
0.05 Гц)
Low Friquency (LF) – зона низких частот (0.05 – 0.15 Гц )
High Friequency (HF) – зона высоких частот (0.15 – 0.5 Гц)
Частотную зону ULF включают в анализ только при разложении
в ряд Фурье результатов суточного мониторирования ЭКГ. Она не
связана с проявлениями быстрой регуляции и ее происхождение до
сих пор неизвестно.
Диагностически значимыми являются мощности остальных трех
зон спектра, отвечающих 5-минутной ЭКГ, а также отношение мощности LF к мощности зоны HF и значение частоты, при которой амплитуда спектра имеет максимум в зоне LF.
Спектральный анализ дает возможность оценить состояние различных звеньев вегетативной регуляции. Низкочастотная часть спектра связана с симпатической нервной системой, высокочастотная – с
парасимпатической нервной системой [8,12].
Мощность VLF характеризует уровень энерго-метаболического
управления, осуществляемый через нейро-гормональные симпатические пути, а также связана с терморегуляцией и гуморальными системами, такими, например, как ренин-ангиотензиновая. Мощность LF
278
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
характеризует состояние сосудистого центра продолговатого мозга.
Мощности LF и HF определяются симпато-парасимпатическим балансом и парасимпатической регуляцией. На мощность HF существенным образом влияет дыхательный центр. Непосредственная подчиненность дыхательного центра корковым функциям опосредует прямые
центральные влияния на сердечный спектр.
Нелинейные методы анализа
Регистрация ЭКГ-сигнала в любой произвольный момент времени позволяет оценить только показатели ВСР в данный временной
отрезок, но не охарактеризовать всю имеющуюся совокупность признаков при использовании временного и частотного анализа. Живой
организм представляет собой сложную систему с множеством постоянно меняющихся переменных внутренних факторов и внешних воздействий на которые они реагируют. Это обуславливает постоянное
присутствие переходных (адаптационных) нестационарных процессов. Их характеристики имеют точку отсчета и параметры зависят от
начала отсчета. Многообразные влияния на ВСР, включая нейрогуморальные механизмы высших вегетативных центров, обусловливают
нелинейный характер изменений сердечного ритма, для описания которого требуется использование специальных методов. Для описания
нелинейных свойств вариабельности используют: сечение Пуанкаре,
кластерный спектральный анализ, графики аттрактора, сингулярное
разложение, экспонента Ляпунова, энтропия Холмогорова и др. Нелинейный компонент вариабельности сердечного ритма может быть
охарактеризован фрактальной или корреляционной размерностью
временного ряда (correlation dimension – СD), которая, в определенном смысле, отражает сложность представленной группы данных и
признаков. Данное направление исследований имеет значимый интерес, когда априорно присутствует большое число переходных процессов и необходимо оценить динамику изменений общерегуляторных
процессов[5,11].
По данным литературы, изменение степени детерминированного
хаоса (СD) в структуре ритма сердца связывается с повышенным риском внезапной сердечной смерти. Уменьшение значений СD наблюдалось во время критических состояний у больных с выраженной сердечной недостаточностью, причем снижение сложности процесса
изменения сердечного ритма коррелировало с нарастанием декомпенсации. У больных с сахарным диабетом отмечено достоверное снижение значений СD по сравнению со здоровыми людьми и положитель279
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ная корреляция снижения значений и степени вегетативной дисфункции.
Целью исследования было изучение возможности использования
анализа вариабельности сердечного (ВСР) ритма для оценки состояния рабочих кабельного производства в процессе профессиональной
деятельности в зависимости от их профессиональной ориентации и
стажа работы.
Сердечно-сосудистый гомеостаз и поддерживающие его процессы управления (вегетативная регуляция) рассчитывались на основе
показателей вариабельности сердечного ритма. Степень напряжения
регуляторных систем рассматривается как мера адаптационных возможностей организма.
Материал и методы исследования
Всего исследовано 168 человек которые на основании участия в
производстве были разделены на три группы : I группа – работники
производства кабелей в резиновой изоляции и оболочке (58 чел.); II
группа – работники производства кабелей в пластмассовой изоляции
и оболочке (58 чел.); контрольная группа (52 чел.), включающая работников, не связанных с основным производством
. Вся выборка
была разделена по продолжительности трудовой деятельности на
предприятии: – стаж работы до 5 лет; – стаж работы от 5 до 10 лет.
Таблица 1
Показатели ВСР в зависимости от стажа и вида трудовой деятельности (в мс2)
Показатель
TP
VLF
LF
HF
LF/HF
Контрольная
группа
4505,8±632,4
1415,5±202,8
2358,9±365,5
731,5±121,8
3,79±0,35
Группа I
До 5 лет
3940,9±738
950,4±151,2
2004,5±503,4
985,9±177,9
3,38±0,65
Выше 5 лет
3623,1±662,9
1022,6±214,0
1513,4±291,7
1087,1±230,3
2,79±0,56
Общая мощность спектра (ТР) ЭКГ
280
Группа II
До 5 лет
3940,1±600,4
1532,3±298,8
1793,7±314,0
614,1±66,8
2,93±0,29
Выше 5 лет
7725,6 ±112,
2675,1±478,0
3543,5±655,9
1506,9±255,1
3,48±0,54
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
У работников I группы показатель общей мощности спектра сердечного ритма снижен вне зависимости от стажа по сравнению с контрольной группой.
Из таблицы 1 следует, что у работников I группы с трудовым
стажем до 5 лет уровень уменьшения параметра составлял 12,5 %
(р<0,05), а при стаже свыше 5 лет – 19,6 % (р<0,05).
Суммарная мощность спектра у работников II группы в начале
трудовой деятельности имеет достоверное снижение показателя, что
указывает на угнетение нейрогуморальной модуляции сердечного
ритма. При увеличении стажа работы до 10 лет, общая мощность
спектра становится достоверно высокой, указывающей на активацию
нижележащих уровней управления.
Так, из таблицы 1 следует, что показатель ТР имеет достоверно
сниженную величину 3940,1±600,4 мс2 у работников со стажем работы до 5 лет, по сравнению с контрольной группой 4505,8±632,4 мс2,
это уменьшение составляет 12,6% (р<0,05)
В то время как у работников данной группы с трудовым стажем
от 5 до 10 лет показатель общей мощности ТР достоверно увеличен, и
составляет 7725,6 ±112,7 мс2 (р<0,05). По сравнению с группой контроля, данный показатель на 71,4 % превышает нормативный уровень.
VLF-компонент спектра ЭКГ
У работников I группы показатель VLF имеет достоверно сниженную величину по сравнению с контрольной группой вне зависимости от стажа работы. На таблице 1 представлена величина показателя VLF у работников I группы со стажем работы до 5 лет.
Показатель VLF достоверно уменьшен до 950,4±151,2 мс2 и по сравнению с контрольной группой 1415,5±202,8 мс2, данная степень снижения показателя составляет 32,9 % (р<0,05).
При стаже трудовой деятельности 5 – 10 лет у работников данного производства показатель VLF, равный 1022,6±214,0 мс2 является
также достоверно пониженным , с что составляет 27,8 %, по сравнению с группой контроля, равной 1415±202,8 мс2 . У работников II
группы, данная величина по сравнению с группой контроля имеет
тенденцию к увеличению, вне зависимости от стажа работы. На таблице 1 отображена величина VLF у работников II группы, имеющих
стаж трудовой деятельности до 5 лет. Показатель VLF имеет незначительное повышение до 1532,3±298,8 мс2, но данное изменение не является достоверным. По сравнению с контрольной группой, имеющих
281
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
VLF 1415,5±202,8 мс2 повышение составляет 8,3 %. У работников II
группы со стажем работы 5 – 10 лет показатель VLF, представленный
на таблице 1, отображает достоверное увеличение мощности до
2675,1±478,0 мс2 при сравнении с группой контроля 1415,5±202,8 мс2
значение VLF повысилось на 89,0 %, (р<0,05).
LF-компонента спектра ЭКГ
Показатель низкочастотной составляющей спектра у работников
I группы имеет достоверно сниженную величину по сравнению с контрольной группой.
В табл. 1 представлены LF-компоненты спектра у работников I
группы. Показатель LF у работников с трудовым стажем до 5 лет равный 2004,5±503,4 мс2 (р<0,05) имеет достоверное снижение по сравнению с группой контроля 2358,9±365,5 на 15 %. Показатель LFсоставляющей у работников данного производства, имеющим трудовой стаж 5 – 10 лет достоверно уменьшен 1513,4±291,7 мс2 по сравнению с контрольной группой 2358,9±365,5 мс2 на 35,8 % (р<0,05). У
работников II группы имеет место достоверное снижение величины
LF при трудовом стаже до 5 лет по сравнению с контрольной группой, при увеличении стажа труда до 10 лет, LF-компонента спектра
несколько увеличивается, но не достоверно.
В табл. 1 представлена величина LF у работников II группы с
трудовым стажем до 5 лет, она претерпевает достоверное уменьшение
до 1793,7±314,0 мс2 (р<0,05) по сравнению с контрольной группой,
LF которой равен 2358,9±365,5 мс2 составляет 24,0 %
Показатель LF у работников данной группы с трудовым стажем
5 – 10 лет имеет достаточно высокую величину равную
3543,5±655,9 мс2 по сравнению с контрольной группой, повышение
составляет 50,2%, но данное изменение достоверным не является.
HF-составляющая спектра ЭКГ
Показатель высокочастотной составляющей спектра ВСР у работников I группы имеет тенденцию к увеличению по сравнению с
группой контроля, но данное изменение величины HF достоверной не
является. В таблице 1 приведены величины HF-составляющей спектра
при стаже работы I группы, она составляет 985,9±177,9 мс2 по сравнению с контрольной группой 731,5±121,8 мс2 и имеет превышение
показателя на 34,8 %, хотя оно достоверным не является. При увеличении стажа трудовой деятельности от 5 до 10 лет показатель HF,
равный 1087,1±230,3 мс2 также имеет недостоверное увеличение по
282
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
сравнению с группой контроля 731,5±121,8 мс2, что составляет 48,6
%. Другая картина наблюдается у группы работников кабелей в резиновой изоляции и оболочке. При стаже трудовой деятельности до 5
лет у работников данной группы наблюдается достоверное снижение
величины HF по сравнению с контролем, в дальнейшем при стаже работы от 5 до 10 лет имеет место рост высокочастотной составляющей
спектра у работников рассматриваемой группы по сравнению с контролем. Мощность HF у работников данного производства со стажем
работы до 5 лет имеет достоверно уменьшенную величину 614,1±66,8
мс2 по сравнению данного показателя с HF контрольной группы
731,5±121,8 мс2, что составляет 16,0 % (р<0,05). При стаже трудовой
деятельности 5 – 10 лет, величина HF у работников достоверно повышается и составляет 1506,9±255,1 мс2, по сравнению с группой
контроля данный показатель увеличивается на 106,0% (р<0,05).
Динамика HF-составляющей спектра ЭКГ работников
в зависимости от стажа работы
В табл. 1 отображена динамика показателя HF у I группы с разным трудовым стажем. Высокочастотная составляющая спектра у работников данного производства не претерпевает достоверных изменений в зависимости от стажа трудовой деятельности. У работников с
трудовым стажем до 5 лет величина HF равна 985,9±177,9 мс2 , при
стаже работы 5 – 10 лет данная величина составляет 1087,1±230,3 мс2.
Динамика мощности HF-составляющей спектра у работников II группы с трудовым стажем до 5 лет и 5 – 10 лет изменяется таким образом, что имеется достоверное повышение величины HF при увеличении стажа до 10 лет. Это свидетельствует о том, что динамика
показателя достоверно зависит от продолжительности работы на производстве кабелей в пластмассовой изоляции и оболочке. Так у работников со стажем трудовой деятельности до 5 лет показатель HF
составляет 614,1±66,8 мс2, при стаже работы 5 – 10 лет данный показатель равен 1506,9±255,1 мс2.
Таким образом, показатель высокочастотных колебаний имеет
достоверное изменение при разной продолжительности работы на
производстве у рабочих II группы. У работников с трудовым стажем
до 5 лет наблюдается снижение HF-компоненты, что предопределяет
снижение активности механизмов саморегуляции, при увеличении
стажа трудовой деятельности до 10 лет, влияние неблагоприятных
факторов на автономный контур сопровождается более выраженной
283
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
реакцией, что
компоненты.
и
подтверждается
достоверным
ростом
HF-
Симпатовагальный баланс у работников предприятия
У работников производства кабелей в резиновой изоляции и оболочке отношение LF/HF имеет достоверную тенденцию к снижению
величины по сравнению с контрольной группой. На таблице 1 отображен показатель отношения LF/HF у работников I группы при трудовом стаже до 5 лет, он колеблется в пределах 3,38±0,65 по сравнению с контрольной группой 3,79±0,35 достоверно снижен до10,8 %
(р<0,05). При увеличении стажа работы от 5 до 10 лет у работников
данного вида производства наблюдается дальнейшее достоверное понижение этого показателя до 2,79±0,56 в то время как в контрольной
группе он изменяется в пределах 3,79±0,35, составляя величину 26,4
% (р<0,05). У работников II группы симпатовагальный баланс имеет
достоверное снижение по сравнению с группой контроля при стаже
трудовой деятельности до 5 лет, при увеличении стажа работы до 10
лет данный показатель не претерпевает достоверных изменений. У
работников производства кабелей в пластмассовой изоляции и оболочке со стажем трудовой деятельности до 5 лет отношение LF/HF
имеет достоверное уменьшение величины до 2,93±0,29. По сравнению с контрольной группой, LF/HF , у которой оно составляет
3,79±0,35 , данная величина снижена на 22,7 % (р<0,05). У работников II группы при стаже работы 5 – 10 лет существенных изменений
величины симпатовагального баланса в сравнении с контрольной
группой не наблюдается.
Заключение
Анализ литературы и результаты проведенных экспериментальных исследований показали, что на основе предложенной методологии (теоретические подходы, методики исследований, методы анализа
данных) могут быть решены следующие вопросы:
1. Оценка функционального состояния, изменений параметров
вегетативного баланса и нейрогуморальной регуляции на основе интегрального подхода к системе кровообращения как индикатору адаптационной деятельности всего организма;
2. Обеспечение контроля функционального состояния работников для определения надежности деятельности и прогнозирования
возможных физиологических отклонений с целью устранения факторов риска.
284
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3. Анализ влияния неблагоприятных условий труда, относящихся
к рабочему месту и организации его работы, на основании сравнения
физиологических затрат на адаптацию организма к тем или иным условиям.
4. Количественная характеристика реакций вегетативной нервной
системы при воздействии на организм интоксикаций и других патогенных факторов.
Литература
1. Баевский P.M., Кириллов О.И., Клецкин С.З. Математический анализ
изменений сердечного ритма при стрессе. М., Наука, 1984.С.220.
2. Баевский P.M., Иванов Г.Г. Вариабельность сердечного ритма: теоретические аспекты и возможности клинического применения. Ультразвуковая и функциональная диагностика. 2001, 3, с. 106 -127.
3. Григорьев А.И., Баевский P.M. Концепция здоровья и проблема нормы в
космической медицине. М., Слово, 2001,96с.
4 Компьютерная электрокардиография на рубеже столетий. Международный
симпозиум. Москва 27-30 апреля 1999г. Тезисы докладов. М., 1999. С.З20
5. Медленные колебательные процессы в организме человека: Теория и
практическое применение в клинической медицине и профилактике. Сборник
научных трудов симпозиума 27-29 мая 1997г., Новокузнецк, 1997.С. 194.
6. Михайлов В.М. Вариабельность сердечного ритма. Опыт практического применения. Иваново, 2000, 200 с.
7. Рябыкина Г.В., Соболев А.В. Вариабельность ритма сердца. М., Из-во
«СтарКо», 1998. С.123.
8. Хаютин В.М., Лукошкова Е.В. Спектральный анализ колебаний частоты сердцебиений: физиологические основы и осложняющие его явления. Российский физиол. Журн. Им. И.М. Сеченова, 1999,85 (7), с.893-909.
9. Анализ вариабельности сердечного ритма при использовании различных
кардиологических систем (методические рекомендации) //Уральский кардиологический Журнал 2002, №1. С. 146.
10.Яблучанский Н.И., Кантор Б.Я., Мартыненко А.В. Вариабельность сердечного ритма в современной клинике. – Донецк: Будень,1997.- 108 с.
11. Goldberger A.h the normal heartbeat chaotic or homeostatic? News in Physiological Sciences, 1991:6:87-91.
12. Heart rate variability. Standatds of Measurement, Physiological interpretation
and clinical use. Circulation, 1996,V.93,P.1043-1065.
285
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Содержание микроэлементов (Zn, Cu, Pb, Cd)
в биосубстратах детей от 1 до 3 лет
Попова Л.С., Сватковская Ю.Н.
Ярославский государственный университет им. П. Г. Демидова
На сегодняшний день одной из особенностей промышленных регионов, является интенсивное антропогенное воздействие на окружающую среду, характеризующееся неуклонным изменением фонового содержания микроэлементов. Большую тревогу вызывает
загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами, в особенности
свинцом индустриального происхождения [2]. При разнообразных
формах контакта организмов с данными элементами возникают болезни и синдромы интоксикации – токсикопатии. Поэтому необходимо проведение исследований для исключения и предупреждения патологий, связанных с избытком или недостатком микроэлементов.
Строгое соблюдение адекватного поступления микроэлементов в
организм особенно важно в детском возрасте в связи с напряженностью метаболических процессов, обусловленных интенсивным ростом и развитием детей, в сочетании с незрелостью их регуляции. Следовательно, мониторинг поступления в организм микроэлементов и
обеспеченность ими, а при необходимости и соответствующая коррекция выявленных нарушений – одно из необходимых условий нормального роста, развития и здоровья детей.
Воздействие повышенных концентраций многих элементов приводит к их накоплению в биосубстратах. Информация о содержании в
волосах и ногтях значительного числа микроэлементов позволяет
оценить изменения микроэлементного баланса в организме. В последние годы изучение микроэлементов с помощью анализа состава
волос получает все большее распространение среди ученых и медиков
[1,2,3]. Это связано с относительной простотой забора, хранения,
пробоподготовки, а, главное, с неинвазивностью данного обследования и возможностью одновременного определения широкого спектра
показателей. Ведь давно известно, что фундамент здоровья взрослого
населения закладывается в детском возрасте. Именно поэтому для определения микроэлементного состава организма, как индикатора токсичности окружающей среды, выбрана группа детей от 1 до 3 лет.
Исходя из вышеуказанного, целью наших исследований являлось
изучение и сравнение особенностей микроэлементного статуса (на
примере цинка