close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

1588.Современные проблемы биологии экологии химии и экологического образования

код для вставкиСкачать
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное агентство по образованию Российской Федерации
Ярославский государственный университет им. П. Г. Демидова
Современные проблемы
биологии, экологии, химии
и экологического образования
Международная научно-практическая конференция,
посвященная 40-летию факультета
биологии и экологии Ярославского государственного
университета им. П. Г. Демидова
Ярославль 2011
1
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
УДК (54+57):001.12/.18
ББК Е0я431+Гя431
С56
Рекомендовано
Редакционно-издательским советом университета
в качестве научного издания. План 2008 года
Современные проблемы биологии, экологии, химии : мате-
С 56
риалы Международной научно-практической конференции, г.
Ярославль, 24–25 ноября 2011 г. / отв.ред. В. Н. Казин ; Яросл.
гос. ун-т. – Ярославль : ЯрГУ, 2008. – 224 с.
В сборнике опубликованы материалы Международной научно-практической конференции по актуальным проблемам
биологии, экологии, химии и экологическому образованию. В
центре внимания находятся следующие вопросы: природные и
антропогенные факторы; проблемы мониторинга окружающей
среды; биоразнообразие – изучение и сохранение; состояние и
развитие живых систем; экологические проблемы и здоровье
населения; проблемы современного органического синтеза и
физической химии; проблемы профессиональной подготовки
студентов.
УДК (54+57):001.12/.18
ББК Е0я431+Гя431
Редакционная коллегия:
Редакционная коллегия:
А. В. Еремейшвили, канд. биол. наук, доц.;
В. Н. Казин, д-р хим. наук, проф.
 Ярославский
государственный
университет
им. П. Г. Демидова,
2008
2
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ФАКУЛЬТЕТУ БИОЛОГИИ И ЭКОЛОГИИ – 40 ЛЕТ
В новейшей истории Ярославского государственного университета им. П. Г. Демидова факультет биологии и экологии является одним из ведущих и системообразующих центров биологического, экологического и химического образования Верхневолжского региона.
Факультет является поставщиком научных кадров высшей квалификации в области биологии, экологии и химии. Выпускники работают в
системе образования, здравоохранения, фармацевтического кластера,
лабораториях охраны окружающей природной среды, комитетах и
департаментах по экологии и рациональному природопользованию и
т.д. В системе общеобразовательного и культурного пространства
Ярославской области и Верхневолжского региона в целом факультет
является одним их ведущих центров воспроизводства интеллектуальных ресурсов, внедрения, пропаганды и генерирования научных и
просветительских знаний в области биологии, экологии и химии.
В общей структуре ЯрГУ факультет биологии и экологии является одним из классических вузообразующих естественно-научных факультетов, обладающих высококвалифицированными кадрами, высоким уровнем научных исследований, развитой материальной,
экспериментальной и компьютерной базой. Основной задачей факультета является подготовка научных и педагогических кадров системы образования, научно-исследовательских и иных организаций,
работающих в области биологии, экологии и химии, по изучению и
охраны живой природы, использованию биологических систем в хозяйственных, медицинских и фармацевтических целях.
В 2011 году Ярославский государственный университет имени П. Г.
Демидова праздновал свой 40-летний юбилей, который явился лишь небольшой частью более 200-летней истории ЯрГУ и его прямых предшественников. Как известно, 29 апреля 1805 г. состоялось торжественное
открытие Ярославского Высших наук училища, основанного "Высочайшим указом" Александра I от 6 июня 1803 г. в ответ на прошение и пожертвования ярославского дворянина, статского советника Павла Григорьевича Демидова.
В 1834 г. Ярославское высших наук училище было преобразовано
в камеральный лицей, а в 1868 г. – в Демидовский юридический лицей. Именно в этой главной ипостаси он достойно просуществовал до
преобразования в государственный университет, учрежденный ленинским декретом 1918 г. Первый Ярославский государственный университет действовал по 1924 г. (см.: Имени Демидова: Ярославский уни3
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
верситет в его прошлом и настоящем / Под ред. В. Т. Анискова. Ярославль, 1995). За эти недолгие шесть лет он оставил после себя заметное наследие и добрую память. Одним из выпускников-биологов естественного факультета 1924 г. был Г. А. Работнов, ставший позже
известным ученым, профессором МГУ.
Новейшая история ЯрГУ начинается с 1970 года. Благодаря устойчивым действиям Ярославского партийного руководства и научной
общественности по воссозданию университета, летом 1969 г. вышло
Постановление Совета Министров СССР и РСФСР об открытии в
Ярославле государственного университета. В декабре 1969 г. на должность ректора был назначен Л. В. Сретенский (ректор ЯГПИ им. К. Д.
Ушинского) – опытный педагог, лектор высочайшего класса и блестящий организатор вузовской деятельности. Профессорскопреподавательский состав приглашался из ведущих вузов РСФСР.
Благодаря Л. В. Сретенскому, первому ректору после воссоздания
ЯрГУ, был заложен благодатный фундамент будущего "храма науки",
он стал впоследствии крупным региональным научным центром, выпускники которого успешно трудятся не только на ниве науки Российской Федерации, но прославляют и за рубежом свою Alma mater. Мы
также гордимся тем, что преподаватели нашего факультета внесли неоценимый вклад в становление университета в целом. В год открытия
университета (1969 г.) В. Н. Алексенский (декан факультета психологии и биологии в 1973 – 1975 гг., заведующий кафедрой ботаники и
биохимии в 1977 – 1980 гг., профессор кафедры в 1981 – 1998 гг., ныне
пенсионер) на добровольных началах взял на себя многие организационно-хозяйственные вопросы и успешно решал их до самого открытия
ЯрГУ и формирования ректората.
После открытия университета на должность проректора по учебной
и научной работе был приглашен профессор Г. Е. Сабуров, выпускник
Ярославского государственного медицинского института (ранее – заведующий кафедрой нормальной физиологии Тюменского медицинского
института) – опытный организатор, известный ученый, разработал
большое количество новых спецкурсов, вел огромную методическую
работу, результатом которой явились многочисленные методические
разработки и учебные пособия, внес большой вклад в становление факультета биологии и университета в целом.
Перед новым вузом, тем более открывающимся, что называется, "с
нуля", стояла трудная и деликатная задача: определить образовательные и научные перспективы, структуру – факультеты, кафедры, научные направления. Сейчас можно с удовлетворением воспринимать
4
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
мудрое решение начинавших большое дело руководителей университета – строить научно-педагогическую программу в ее классическом университетском понимании.
В нашем университете биологический факультет начинал свою
жизнь в составе факультета естественных наук, который возглавляла заведующая курсом анатомии и гистологии профессор А. И. Борисевич,
выпускница Саратовского медицинского института, ассистент кафедры
нормальной анатомии того же института до 1967 г., с 1968 г. – профессор кафедры анатомии и физиологии человека и животных ЯГПИ им.
К. Д. Ушинского. А. И. Борисевич – ведущий анатом в стране в области
опорно-двигательного аппарата человека в онтогенезе, автор многих
межвузовских сборников, анатомического словаря и учебных пособий,
вела активную научную и общественную работу (секретарь партбюро
факультета). Под руководством А. И. Борисевич ученики защитили
десятки кандидатских диссертаций.
В 1971/72 учебном году факультет естественно-научных дисциплин
разделился на три факультета – математики; физики; психологии и биологии. Симбиоз биологии и психологии оказался очень продуктивным в
научном и учебно-методическом отношениях: отделение биологии получило хорошее по тому времени оснащение оптикой, приборами, лабораториями и наглядными пособиями, что позволило на современном
научно методическом уровне проводить учебный процесс и выполнять
фундаментальные исследования.
Факультет биологии образован на базе факультета психологии и
биологии ЯрГУ в 1975 году. После открытия в 1994 году направления
«Экология и природопользование», а в 1998 году специальности
«Экология» факультет биологии переименован в факультет биологии
и экологии. С 1975 года введена специализация «Охрана окружающей
природной среды» с ориентацией на проблемы в области охраны водных ресурсов. Это позволило нам готовить высококвалифицированных специалистов для работы в цехах и лабораториях биологической
и химической очистки сточных вод, рыбохозяйственных учреждениях, санитарных и природоохранных учреждениях. Ориентация подготовки специалистов на решение вопросов охраны и рационального
использования водных ресурсов потребовала существенной реорганизации учебного процесса, подбора и повышения квалификации преподавателей и сотрудников кафедр. Факультет ведет подготовку, как
по традиционной, так и по многоуровневой системе. Подготовка кадров ведется по специальности «Биология» 020201, «Экология»
5
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
020801, «Прикладная информатика в химии» 080801, «Химия и направлению «Экология и природопользование» 020800.
Золотой фонд в первые годы факультетской науки и учебного процесса составили видные ученые: профессора – А. И. Борисевич, Г. Е.
Сабуров, П. Г. Ошмарин, В. В. Романович (зав. кафедрой ботаники в
1971 – 1977 гг.), В. И. Соловьев, доценты – В. Н. Алексенский, О. И.
Степанов (внес большой вклад в становление и развитие кафедры, активно вел методическую и научную работу со студентами), доценты –
А. И. Давыдов (пришел на факультет в 1971 году, ассистент, доцент, декан в 1976 – 1987, 1989 – 1992 гг., зав. кафедрой физиологии человека и
животных и ВНД в 1991 – 1995 гг., талантливый администратор и организатор учебного процесса, провел огромную работу в период становления факультета, в частности специальности "биология"), О. Г. Воропаева (доцент кафедры ботаники и микробиологии, долгое время была
ученым секретарем факультета и университета, заведующая подготовительным отделением ЯрГУ, в настоящее время на заслуженном отдыхе),
И. Ю. Мышкин, Ю. П. Чалов, В. Г. Блохин, Н. К. Ветчаников.
Первые годы становления факультета были трудными для учебновспомогательного персонала. Приобреталось и осваивалось оборудование, комплектовались лаборатории, изготовлялись наглядные пособия,
биологические и медицинские препараты и т.д. Эту нагрузку приняли
на себя заведующие лабораториями кафедр: В. Н. Козлова, Г. М. Суворова, Т. В. Розмашкина, Л. П. Полетаева, М. А. Мосягина.
А. В. Еремейшвили – зав. кафедрой морфологии, зам. декана по
учебной работе в 1988 – 1992 гг., с 1993 г. по настоящее время – декан
факультета биологии и экологии. Под руководством А. И. Борисевич
активно занимался научной работой по направлению – «Морфогенез
позвоночника человека в постнатальном онтогенезе»; выполнил кандидатскую диссертацию, разработал новое направление по экологии человека: а) влияние учебной нагрузки на физическое развитие и состояние здоровья школьников-шестилеток; б) физическое развитие и
состояние здоровья детей и подростков в промышленном городе. По
результатам работы защищены 30 дипломных работ, выпущен межвузовский сборник. Под его руководством выполнена и защищена одна
кандидатская диссертация и подготовлены еще две.
По мере роста численности студентов факультет пополнялся, укреплялся профессорско-преподавательский состав и учебно-вспомогательный персонал. Заслуженным авторитетом пользуются те, кто вместе с "первопроходцами" внесли бесценный вклад в становление и
развитие факультета, с честью прошли через трудности первых лет, с
6
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
успехом реализуя свои знания и практический опыт в последующие годы. Благодаря высококвалифицированным специалистам, преподавателям, на факультете развиваются новые исследовательские направления,
разрабатываются и ставятся новые спецкурсы и спецпрактикумы. С
приходом доцента В. П. Семерного (зам. декана по научной работе в
1988 – 1995 гг., зав. кафедрой зоологии и цитологии с 1989 г., а затем,
после разделения кафедры в 1999 г., – зав. кафедрой экологии и зоологии) коренным образом изменился учебный процесс. Им была предложена новая специализация на факультете, и в связи с этим появились
новые научные направления в области водной экосистемы. В. П. Семерной провел огромную работу по созданию рабочее-учебного плана
(РУП) по единой межкафедральной специализации, которая оказалась
уникальной и единственной по своему содержанию в вузах России. В
настоящее время, профессор кафедры, активно ведет научную деятельность, имеет учеников, по результатам многочисленных исследований в
области гидробиологии издана монография "Олигохеты озера Байкал".
В настоящее время под его руководством работают два аспиранта.
Эта специализация позволила создать благоприятную социокультурную среду для подготовки специалистов-биологов в области охраны окружающей среды. Под руководством доцента И. М. Прохоровой
формируется и успешно развивается эколого-генетическое направление, разработана система тестов, позволяющая оценивать мутагенный
эффект как отдельных загрязнителей, так и суммарную мутагенную
активность загрязненной воды, по данной тематике под руководством
И. М. Прохоровой защищены две кандидатские диссертации.
С приходом доцента З. С. Донец (профессор кафедры экологии и
зоологии) оформилось ихтиопаразитологическое направление, сейчас
это уже целая научная школа, которая успешно функционирует и развивает данное направление.
Профессор Л. А. Жаков, зав. кафедрой зоологии и цитологии в
1979 – 1988 гг., впервые разработал новое направление по моделированию ихтиофауны малых рек и озер северо-западной части РФ, создал ихтиологическую школу.
Профессор О. В. Титова (зав. кафедрой ботаники и физиологии
растений в 1980 – 1991 гг.) разработала новое направление научных
исследований по изучению физиологически активных веществ эндогенного и синтетического происхождения как средств управления
функциями, развитием, продуктивностью, качеством продукции у
разных экологических групп культурных растений – представителей злаковых и бобовых культур. Второе фундаментальное направ7
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ление посвящено изучению особенностей физиологии водных растений.
Профессор Н. В. Верховцева (декан факультета в 1987 – 1989 гг.,
зав. кафедрой ботаники и микробиологии в 1992 – 1998 гг., ныне –
профессор МГУ им. М. В. Ломоносова) основала микробиологическую школу.
Профессор И. Ю. Мышкин (пришел на факультет в качестве преподавателя кафедры физиология человека и животных в 1973 г.) с 1995
г. – заведующий кафедрой, профессор, доктор биологических наук, разработал новое нейрофизиологическое направление по изучению роли
периодических электрических процессов мозга в механизмах обработки
и хранения информации нервной системой; прилагает большие усилия
для поддержания материально-технической базы кафедры.
Доцент Ю. В. Кукушкин, бывший военный врач, майор медицинской службы, участник ВОВ, (зав. курсами ГО в 1972 – 1993 гг.) проводил большую работу по становлению межфакультетского курса ГО
и издал многочисленные учебные пособия и методические указания.
Издал авторский сборник стихов.
Доцент В. В. Богачев работал на кафедре ботаники и микробиологии с 1975 г. по 2011 г., известный ботаник, талантливый исследователь,
возглавлял научные изыскания в области геоботаники, активно занимался научной работой со студентами, руководил курсовыми и дипломными работами, работал над докторской диссертацией. Организовывал
научные экспедиции, в результате чего был накоплен огромный материал по геоботанической характеристике малых рек Ярославской области, который явился учебной и научной базой кафедры.
Доцент кафедры ботаники и микробиологии И. К. Ирбе активно
занимается научной работой со студентами, ею разработано актуальное направление по определению действия тяжелых металлов на жизнедеятельность растительного организма; известный ученый в области физиологии растений.
Доцент кафедры физиологии человека и животных В. М. Волков
занимался проблемой зрительного утомления и его профилактикой у
рабочих ряда производств, защитил кандидатскую диссертацию, долгие годы работал заместителем декана по учебной работе. С 1988 по
2008 год он являлся заведующим кафедрой физиологии, экологии и
гигиены Московского городского университета, профессор.
Лебедев В. Г. – доцент кафедры физиологии человека и животных, активно занимается научной работой со студентами и профориентационной работой, читает межфакультетские курсы валеоло8
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
гии человека и физиологию ВНД, руководит курсовыми и дипломными работами.
В. Е. Середняков, доцент кафедры морфологии, разработал новое научное направление по физиологии труда – офтальмоэргономику, возглавляет межфакультетский курс "Основы безопасной
жизнедеятельности". Активно занимается научной работой по направлениям: влияние электромагнитных полей и ионизирующей радиации на организм человека и животных, разработал новое научное направление по ядовитым растениям Ярославской области,
вместе с соавтором В. В. Богачевым выпустил пособие "Высшие
ядовитые растения Верхневолжья".
Профессор В. В. Копейкин (зав. кафедрой общей и биоорганической химии в 1987 – 1999 гг., заслуженный изобретатель РФ), яркий представитель научной школы химиков в области органического синтеза. Талантливый руководитель, под его руководством
защищены кандидатские и докторские диссертации; проведена огромная работа по оснащению лабораторной и экспериментальной
базы кафедры, заработали новые лаборатории, появились новые научные направления; он внес большой вклад в развитие и становление кафедры и факультета в целом.
На кафедре трудилась доцент И. М. Рублева, которая долгие годы
отдала факультету в должности зам. декана по учебной работе, с ее
именем связаны новые спецкурсы и научные направления в области
гидрохимии. Она внесла большой вклад в становление факультета. Работы И. М. Рублевой посвящены экологическим проблемам – мониторингу природных и искусственных водоемов. В течение нескольких лет
было изучено изменение гидрохимических показателей рек Котросли,
Улеймы, Ляпинских водоемов.
Доцентом кафедры общей и биоорганической химии А. В. Рязанцевой много было сделано для создания новых спецкурсов, практикумов, проведены исследования в области физической и коллоидной химии. В период зарождения вариационно-статистической обработки
цифровых данных она читала курс «Биометрия».
В 1987 г. за экспонаты, представленные в павильоне "Химия" на
выставке "Полимеры для народного хозяйства", сотрудники кафедры
общей и органической химии награждены дипломом первой степени,
золотой, серебряной и бронзовой медалями. На этой кафедре проводил
большую работу со студентами и по воспитанию и подготовке молодых
ученых через аспирантуру и докторантуру бывший ректор нашего университета (1982 – 2005гг.), профессор, заслуженный деятель науки и
9
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
техники РФ, лауреат государственной премии, член-корреспондент и
член многочисленных зарубежных академий Г. С. Миронов.
В 2009 году на базе кафедры общей и биоорганической химии
были созданы: кафедра общей и физической химии, зав. кафедрой
д.х.н., профессор Плисс Е. М. и кафедра органической и биоорганической химии, зав. кафедрой д.х.н. профессор Орлов В. Ю.
Научное направление кафедры общей и физической химии –
«Кинетика и механизм химических и биохимических радикальноцепных процессов окисления». В составе кафедры трудятся 3 профессора, д.х.н. Русаков А. И., Плисс Е. М., Казин В. Н., доценты, к.х.н.
Сибриков С. Г., Волкова И. В., Орлова Т. Н. и старшие преподаватели, к.х.н. Гробов А. М., Сирик А. В., Тихонов И. В.
Профессорско–преподавательский состав кафедры активно занимается научной работой, выполняются кандидатские и докторские
диссертации на кафедре. Профессор Плисс Е. М. является автором 3
монографий и более 100 научных статей. Под его руководством защищено 4 докторских и более 10 кандидатских диссертаций, подготовлено свыше 100 дипломных работ. Область научных интересов –
кинетика, механизм и элементарные реакции радикально-цепных
процессов окисления и полимеризации; связь строения с реакционной
способностью радикалов и молекул в реакциях присоединения и замещения; механизм антиоксидантной активности стабильных нитроксильных радикалов в химических и биохимических процессах. За
последние десять лет являлся руководителем 8 грантов и научноисследовательских работ.
В. Н. Казин, зам. декана по научной работе с 1995 г., профессор
кафедры общей и физической химии. Ведет активную научную деятельность со студентами и аспирантами в области органического синтеза и экологического мониторинга. Его научные исследования связаны с функционализацией и преобразованием функций в галоген- и
нитрозамещенных ароматических и гетероциклических соединениях
(ароматическое нуклеофильное и винильное замещение, жидкофазное
каталитическое восстановление, изучение механизмов реакций; разработка теоретических основ целенаправленного синтеза функциональных соединений различного строения и назначения). Дважды
становился “Соросовским доцентом” (1998, 2000 г.г.). Под его руководством подготовлены и защищены три кандидатских диссертации,
изданы 3 учебных пособия с грифом УМО. В течение 16 лет проводит
большую работу по деканату факультета, руководит магистрами, ас10
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
пирантами и является руководителем магистерской программы по направлению «Мониторинг окружающей среды».
С. Г. Сибриков – выпускник нашего факультета, доцент кафедры
общей и физической химии. Активно ведет научную работу со студентами и проф. ориентационную работу среди выпускников школ. Закончил докторантуру.
И. В. Волкова, доцент кафедры обшей и физической химии, ученица профессора В. Н. Алексенского, достойно продолжает дело своего
учителя, совершенствуя методику преподавания химии в духе современных требований, председатель профбюро факультета. Активно занимается научной деятельностью со студентами, осваивает новые
курсы в соответствии с ФГОС – 3.
Т. Н. Орлова – доцент кафедры общей и физической химии, руководит курсовыми работами, посвященными изучению строения полифункциональных ароматических соединений и проблемам экологического мониторинга.
В. Ю. Орлов (начальник ИВЦ факультета, профессор, заведующий
кафедрой общей и биоорганической химии с 1999 г., с 2009 г. – заведующий кафедрой органической и биологической химии) активно занимается компьютеризацией, внедряет новые компьютерные технологии в учебный процесс. Под его руководством на факультете создан
мощный информационно-вычислительный центр с компьютерным классом. Межфакультетская локальная сеть, как часть общеуниверситетской
сети, позволяет осуществлять круглосуточный полноценный доступ в
Интернет в компьютерном классе и на кафедрах факультета. В. Ю. Орлов руководит дипломными работами студентов и плодотворно работает с аспирантами. Научные интересы В. Ю. Орлова посвящены разработке теоретических положений синтеза полифункциональных
ароматических соединений, разработке новых методов синтеза широкого ряда многоядерных мостиковых соединений – полупродуктов для
практически важных полимеров, лекарственных веществ, красителей,
кинофотоматериалов. Под руководством Орлова В. Ю. защищены две
докторских и более десяти кандидатских диссертаций.
А. Д. Котов, д.х.н., профессор кафедры органической и биологической химии. Активно занимается научной работой со студентами и аспирантами кафедры, ведет большую научно-методическую
работу. Под его руководством защищены две кандидатские диссертации. Долгие годы А. Д. Котов работал ответственным секретарем
приемной комиссии ЯрГУ.
11
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Р. С. Бегунов, к.х.н., доцент кафедры органической и биологической химии. Выпускник факультета биологии. Является ответственным
за НИРС на факультете биологии и экологии. Активно занимается научной работой. Три раза являлся победителем конкурса «Лучший ученый ЯрГУ». Под руководством Бегунова Р. С. защищены три кандидатские диссертации. Является автором более 200 научных трудов, имеет
четырнадцать патентов РФ. Большое внимание уделяет Бегунов Р. С.
научно-исследовательской работе со студентами. Двадцать шесть выпускников факультета являлись дипломниками Бегунова Р. С. За большой
вклад в развитие научно-исследовательской работы студентов награжден нагрудным знаком Министерства Образования РФ.
На кафедре общей и биологической химии трудится доцент Г. А.
Урванцева, которая является одним из лучших методистов и преподавателей факультета и университета, под руководством которой разработано новое направление по изучению возможностей использования
биохимических особенностей гидробионтов в решении ряда экологических проблем. Разработаны методики, позволяющие оценить состояние
биохимических тест-функций гидробионтов под влиянием токсикантов
антропогенного происхождения.
Базлов Д. А. – кандидат химических наук, старший преподаватель кафедры органической и биологической химии, зам. декана по
химическим направлениям, активно занимается научной работой со
студентами.
Начиная с 1975 г. научно-практической специализации студентов
подчинялась вся деятельность профессорско-преподавательского состава факультета. Трудности при этом были немалые. Приходилось учить
и учиться самим, нужно было правильно ориентировать не только собственные, но и студенческие интересы, целенаправленно побудить их
мыслить, органически приобщить к самостоятельности, научить анализу сложных процессов науки. Важными стали не только сами по себе
лекции, семинарские, практические и лабораторные занятия, но их
методологическая и методическая оснащенность. Возрастающее влияние на учебный процесс оказывала интенсивная учебно-методическая
издательская деятельность кафедральных коллективов. При этом важная роль отводилась учебно-методической комиссии на факультете,
которая активно участвовала в корректировке рабочих учебных планов
и рабочих программ отдельных курсов. Долгие годы работу научнометодической комиссии возглавлял профессор Л. А. Жаков. В настоящее время эту работу выполняет доцент кафедры ботаники и микробиологии О. А. Маракаев, выпускник нашего факультета, активно за12
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
нимается со студентами и аспирантами научными исследованиями в
области физиологии и биохимии растений, которые были начаты на
кафедре с 1978 г., с приходом кандидата биологических наук (в то время ассистентом) Н. В. Верховцевой. В настоящее время, после ухода
профессора Н. В. Верховцевой, научные исследования по изучению роли железа в жизнедеятельности прокариот возглавляет доцент Н. В.
Шеховцова, она же руководит научной тематикой по изучению глубинной биосферы, которая включает два направления: 1) экология выделения и систематика термофильных бактерий, участвующих в коррозионных процессах; 2) структурные группы микроорганизмов
подземной биосферы.
Складывались мягкие, но эффективные формы контроля за качеством лекционных курсов, семинарских, практических и лабораторных
занятий, вырабатывались объективные критерии требований к студентам, складывались формы организации их самостоятельной работы.
Все это сопровождалось интенсивным формированием библиотечного
фонда, эту работу возглавлял В. П. Семерной, а сейчас – доцент Ботяжова О. А. На сегодняшний день большую помощь оказывают студентам и деканату по укомплектованию учебной и научной литературой
сотрудники библиотеки: В. Г. Янишевская, С. А. Чернышева,
И. Г. Молоткова. Постепенно в учебный процесс внедрялась УИРС,
определялись основные направления и параметры специализации по
всем кафедрам. Активно проводилась научно-исследовательская работа
студентов (НИРС), которую в студенческие годы возглавляла Н. Н. Тятенкова – профессор кафедры физиологии человека и животных, руководит курсовыми и дипломными работами, аспирантами кафедры по
направлению "Пренатальный морфогенез структурных компонентов
черепа у различных млекопитающих".
В 1976 г. состоялся первый выпуск молодых специалистовбиологов. Каждый выпуск давал и продолжает давать факультету молодых, интересных и талантливых ученых и преподавателей – профессоров Н. Н. Тятенкову и М. В. Ястребова (ученика выдающегося зоологагельминтолога П. Г. Ошмарина, создавшего Ярославскую гельминтологическую школу, ярким представителем которого является М. В. Ястребов). В настоящее время М. В. Ястребов – профессор зав. кафедры экологии и зоологии, проректор по учебной и социальной работе нашего
славного университета. Успешно развивает гельминтологическое направление, руководит аспирантами и дипломными работами студентов.
Доцент О. А. Ботяжова, так же выпускница нашего факультета,
под руководством известного ученого, профессора Г. Е. Сабурова, за13
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
щитила диссертацию в области исследования особенности функционирования и регуляции деятельности различных висцеральных органов;
долгие годы О. А. Ботяжова – ученый секретарь факультета, большую
работу проводит в области профориентации школьников, которые увлеченно у нее занимаются; длительное время руководит практикой на
факультете, проводит активную научную и методическую работу со
студентами и аспирантами, доцент кафедры физиологии человека и
животных. Под О. А. Ботяжовой выполняются курсовые и дипломные
работы студентами. Активно занимается по блоку дополнительной
квалификации «Препадователь».
И. Н. Волкова, выпускница нашего факультета, защитила кандидатскую диссертацию в области микробиологии, активно занимается
научной работой со студентами, разработала несколько новых курсов
экологического блока, руководит курсовыми и дипломными работами,
под ее руководством выполняются кандидатские диссертации.
И. П. Комарова – доцент кафедры морфологии, выпускница нашего факультета, первый секретарь факультета, научное направление –
"морфогенез опорных структур позвоночника человека и млекопитающих", активно разрабатывает новое научное направление для студентов-экологов, под ее руководством выполняются курсовые и дипломные работы. И. П. Комарова ведет большую работу со школьниками и
методическую работу с учителями школ (чтение лекций, семинары,
консультации и т.д.).
Рябухина Е. В., доцент кафедры физиологии человека и животных,
выпускница нашего факультета, долгие годы проработала заместителем
декана факультета по учебной работе, много лет руководит производственной практикой студентов старших курсов, активно занимается научной работой со студентами в области токсикологии. Разрабатывает
новые курсы. Под ее руководством выполняются курсовые и множество дипломных работ.
С. В. Тихонов, работал старшим преподавателем кафедры экологии и зоологии, выпускник нашего факультета. Он относился к категории исследователей, преподавателей и товарищей, без которых невозможно было обойтись, являлся пионером в компьютеризации учебного
процесса, а большинство преподавателей факультета – его ученики по
компьютерной грамоте. С. В. Тихонов много времени уделял студентам
и помогал в статитической обработке цифровых данных.
О. В. Бабаназарова – доцент кафедры экологии и зоологии – ведет
большую исследовательскую работу в области гидробиологии, разработала новый межфакультетский курс "Концепции естествообразования",
14
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
в связи с введением новой специализации "Экология" разрабатывает
новые курсы из общеобразовательного блока. Участница многих международных конференций в области гидробиологии.
Гусева О. А. – старший преподаватель кафедры экологии и зоологии, руководит курсовыми и дипломными работами.
Зубишина А. А. – выпускница нашего факультета, доцент кафедры экологии и зоологии, активно занимается научной работой по гидробиологии, руководит курсовыми и дипломными работами.
Сиделев С. И. – молодой кандидат наук, выпускник факультета
биологии и экологии, ассистент кафедры экологии и зоологии, активно занимается научной работой по гидробиологии.
Это вторая волна преподавателей, которые с успехом продолжают
дело своих наставников и вносят свой вклад в научную жизнь факультета и уже имеют своих учеников.
Неоценимый вклад в учебный процесс и выполнение научных исследований вносят высококвалифицированные специалисты, вчерашние наши выпускники, которые с годами становятся помощниками
профессорско-преподавательского состава факультета и сами успешно,
на высоком научном и методическом уровне, не только организуют
учебный процесс, но и сами проводят лабораторные, практические и
полевые практики. Это О. А. Шатилович, зав. лабораторией экологии
и зоологии, пришла на кафедру еще абитуриенткой, а будучи студенткой, она активно занималась зоологией, особенно классом ‘Пресмыкающиеся”. Сейчас руководит курсовыми и дипломными работами,
ведет учебно-полевую практику по зоологии, преданный своему делу
человек, отличный организатор учебного процесса. С. А. Зарубин,
выпускник нашего факультета, зав. лабораторией кафедры физиологии человека и животных. Человек, обладающий большим исследовательским потенциалом, непосредственно участвовал в разработке
практикумов по специализации, специалист по биотестированию, долгие годы заведовал лабораторией биологического мониторинга. Он активно занимается научной работой, завершает работу над кандидатской
диссертацией. Л. П. Полетаева, зав. лабораторией кафедры ботаники и
микробиологии, она стояла у истоков становления факультета, энергичный человек, отличный организатор учебного процесса, ветеран
факультета; И. В. Ястребова, доц. кафедры экологии и зоологии, активно ведет научную работу со студентами.
Есть сотрудники, на которых "держится" учебный процесс факультета. Г. П. Сибрикова (кафедра экологии и зоологии), А. А. Русинов
(зав. зоологическим музеем). Хотелось бы отметить большой вклад в
15
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
учебный процесс и в научные разработки группы инженеров на кафедре общей и физической химии – Т. Н. Орловой, Н. С. Швырковой. Невозможно построить работу деканата и учебный процесс без грамотного и знающего деканатскую документацию профессионала, которым
является Шитова Е. В. – зам. декана по учебной работе факультета
биологии и экологии.
Накануне 40-летнего юбилея факультет с уважением и почтением
вспоминает и склоняет голову перед памятью ушедших из жизни первопроходцев факультета и университета, которые заложили фундамент
здорового духа науки и учебного процесса. Это профессора А. И. Борисевич, Миронов Г. С., П. Г. Ошмарин, Г. Е. Сабуров, В. И. Соловьёв,
О. В. Титова, В. В. Романович, доцент А. В. Рязанова, старший преподаватель Тихонов С. В., доцент Давыдов А. Н. (декан факультета 19751987, 1989 – 1992), доценты Степанов О. И., Богачев В. В.. Они вошли и
навсегда останутся в истории университета и факультета. Мы вечно будем помнить их неоценимый вклад в развитие учебного процесса и научных исследований.
Весомый вклад факультета в развитие отечественной науки за 40
лет, международное признание заслуг многих ученых факультета определяется его мощным и динамическим кадровым потенциалом, наличием специалистов высшей квалификации, созданием и развитием научных школ, широким вовлечением в науку свежих сил в лице студентов,
аспирантов, молодых преподавателей. Особенно радуют успехи молодых преподавателей, которые вносят новую струю в учебный процесс.
Это М. И. Ковалева, выпускница нашего факультета, к.б.н., доцент кафедры морфологии, с увлечением занимающаяся руководством курсовыми и дипломными проектами; О. А. Маракаев, выпускник факультета, к.б.н., доцент кафедры ботаники и микробиологии, председатель
методического совета факультета; Н. Ю. Филина, выпускница факультета (кандидат биологических наук, доцент); выпускники факультета,
старшие преподаватели кафедры органической и биологической химии
Е. Л. Грачева, А. В. Грачев (кандидат химических наук).
Примечательная черта научного коллектива факультета – это его
нацеленность на успешное исследование важных проблем биологии,
химии и экологии. Научный "продукт" ученых факультета успешно
реализуется в многочисленных выступлениях на конференциях и конгрессах различных уровней, в весомых публикациях в центральных
журналах, в сборниках научных трудов и монографиях. Результаты исследований неразрывно связаны с учебным процессом – они пронизывают лекционные курсы, используются в лабораторных занятиях, в
16
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
курсовых и дипломных работах студентов, а также в подготовке диссертаций.
Современные социально-экономические условия выдвигают динамичные и универсальные требования к университетскому образованию.
Все это заставляет искать новые пути в организации учебного процесса
для подготовки специалистов-биологов и экологов высокой квалификации. Общефакультетская специализация в области экологии и охраны окружающей природной среды позволила пройти подготовку и переподготовку многим преподавателям факультета, при этом
разрабатывать новые курсы, спецкурсы, спецпрактикумы и большие
практикумы, создать учебную, учебно-методическую и научную базу
факультета для подготовки экологов в области охраны окружающей
природной среды. До недавнего времени (до 1993 г.) экологическое образование студентов вузов ориентировалось в основном на естествознание (экологию как биологическую дисциплину). В 1994 г. Постановлением Правительства РФ в структуре высшего экологического
образования произошли кардинальные изменения. Вышли профессионально-образовательные стандарты, на базе которых был разработан и
защищен на заседании УМО университетов РФ рабочий учебный
план, что позволило нам в этом же году первыми открыть новое направление в системе многоуровневого образования – 511100 "экология
и природопользование" с получением степени бакалавра. В 1998/99
учебном году открылась новая специальность -013100 экология". Необходимость открытия новой специальности и направления связана со
сложной экологической ситуацией Верхне-Волжского региона, которая требует специалистов нового мышления с целью образования на
основе полного знания всех параметров негативного воздействия на окружающую природную среду. Мы уверены в том, что такие специалисты будут востребованы обществом. Только специально подготовленные экологи могут повлиять на представления о ценностях будущих
поколений, таких как чистый воздух, чистая вода. Ответственные социально-экологические действия возможны только на основе понимания
процессов, происходящих в окружающей среде.
Учебная база факультета биологии и экологии (в связи с открытием нового направления и специальности "экология" биологический факультет приказом № 199 в соответствии с решением Ученого совета университета от 11.11.97 г. переименован в факультет
биологии и экологии) позволяет осуществлять подготовку как специалистов-биологов, исследователей природы, так и экологов, которые будут системными специалистами, способными к межотрас17
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
левому, комплексному подходу при решении проблем окружающей
среды, а также бакалавров в области природопользования. Таким
образом, обучение студентов на факультете осуществляется как по
традиционной, так и многоуровневой системе.
Кроме этого, структура подготовки специалистов включает цикл
общих и специальных психолого-педагогических дисциплин для получения дополнительной квалификации "преподаватель" (биологии, экологии и химии). В 1997 г. на факультете открыта докторантура по двум
специальностям (органическая химия и технология продуктов основного органического синтеза), ежегодно обучаются аспиранты по 8 специальностям (экология, паразитология и гельминтология, микробиология, физиология и биохимия растений, физиология человека и
животных, генетика, органическая химия, физическая химия).
Подготовка специалистов осуществляется с ориентацией на региональные потребности, как на госбюджетной основе, так и по договорам с юридическими и физическими лицами. За последние годы увеличилось количество договорных мест, что позволяет поддержать
учебную базу на определенном уровне.
Развивая научную и техническую базу, в структуре факультета постоянно происходят изменения: в 1997 г. создан научноисследовательский институт биогеосистем ВВРЦ РАЕН (НИН БГС
ВВРЦ РАЕН). Первый директор института – доктор биологических
наук, профессор И. В. Верховцева, ныне его возглавляет доцент Н. В.
Шеховцова, зав. кафедрой ботаники и микробиологии. Создан зоологический музей при кафедре экологии и зоологии (заведующий –
старший преподаватель А. А. Русинов, выпускник факультета); музей
микроорганизмов при кафедре ботаники и микробиологии (заведующий – кандидат биологических наук, доцент Н. Ю. Пухова). На факультете имеется гербарная, которая известна в регионе богатой коллекцией. В ней насчитывается более 4 тысяч гербарных листов (около 1,5 тыс.
видов). В гербарии представлена растительность из разных зон климатических регионов России, что представляет большой научный интерес
и является базой для учебного процесса кафедры ботаники и микробиологии. Благодаря энтузиазму кафедры ботаники и микробиологии, заведующей – М. А. Борисовой (выпускница факультета, работает над кандидатской диссертацией, несколько лет проработала ученым секретарем
факультета); теплица с богатыми коллекциями (первая заведующая –
кандидат биологических наук С. А Хапова, ей активно помогала
Ю. Дерябина); виварий (заведующий – С. А. Голубев). Создан мощный
ИВЦ с компьютерным классом (начальник – В. Ю. Орлов); межвузов18
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ская лаборатория экологического мониторинга. Все вышеперечисленные подразделения являются серьезной учебной и научной базой факультета.
Одним из важных факторов в деле улучшения подготовки студентов на уровне квалификационных требований является хорошо организованная учебная и производственная практика. Для этой цели в университете имеется стационарная база "Улейма" в Угличском районе, в
месте впадения р. Улейма в р. Юхоть. Накоплен достаточный опыт по
организации и проведению полевых практик по ботанике, зоологии,
географии, геологии и экологии для студентов нашего факультета. За
последние два года данная форма учебного процесса активно поддерживается и финансируется ректоратом, а в тяжелые годы недостаточного финансирования студенты и преподаватели ездили на практику за
свой счет; несмотря на это, практику на "Улейме" мы сохранили. Также приятно отметить, что появилось финансирование производственных практик. Особенно это важно для биологов и экологов с целью
прохождения практики на будущих местах работы. Большую помощь
оказывает в прохождении производственных практик (особенно это
важно для биологов) Институт биологии внутренних вод им. И. Д.
Папанина РАН (ИБВВ РАН), за что мы благодарны.
Не менее важной задачей факультета является проведение фундаментальных и прикладных исследований. Базируясь на этих исследованиях, факультет обеспечивает высокое качество образования, методологическую, организационную, информационную и кадровую
поддержку организациям, предприятиям и органам власти и управления региона в сфере внедрения наукоемких технологий, современных
методов в различных сферах биологических и химических наук и
управления природопользованием. Научный потенциал факультета
позволяет осуществлять инновационные проекты, проводить фундаментальные и прикладные исследования по приоритетным направлениям, которые соответствуют профилю подготовки специалистов и
реализуются в учебном процессе:
1. Экология и природопользование:
- биологическое разнообразие как основа функционирования наземных и водных экосистем;
- морфофункциональные механизмы регуляции и адаптации организма человека и животных к условиям окружающей среды.
2. Компьютерное моделирование молекулярных, надмолекулярных и биологических объектов:
19
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
- информационные технологии в химии, биологии, экологии и
образовании;
- механизмы обработки информации нервной системы;
3. Природные и антропогенные факторы окружающей среды и
проблемы мониторинга:
- трансформация ксенобиотиков в окружающей среде;
- оценка риска воздействия неблагоприятных факторов окружающей среды на физическое развитие и состояние здоровья человека в онтогенезе;
- генотоксическая активность воды и донных отложений Волжского бассейна;
- окружающая среда и жизнедеятельность организма;
- экспертная оценка и прогноз состояния внутренних водоемов
Волжского бассейна;
- биомониторинг содержания микроэлементов в биосубстратах
человека в разных экологических и географических условиях;
4. Новые материалы и химические технологии:
- химия полифункциональных ароматических и гетероароматических соединений многоцелевого назначения;
- «Кинетика и механизмы химических и биологических радикально-цепных процессов окисления».
Постоянными
партнерами
факультета
среди
научноисследовательских учреждений, вузов и других организаций, на базе
которых выполняются студентами курсовые и дипломные работы, совместные научные проекты, являются более 10 институтов РАН; около 20 вузов РФ, 6 заповедников и музеев, порядка 10 учреждений с
прикладным характером деятельности. Научное партнерство осуществляется с 6 зарубежными научными центрами. Факультет выполняет заказы областной администрации на научные исследования и чтение лекций сотрудникам различных департаментов в рамках системы
дополнительного образования. Многолетними партнерами при выполнении прикладных исследований являются Департамент охраны
окружающей среды и природопользования Ярославской области,
Ярославская городская санитарно-эпидемиологическая станция, МУП
“Ярославльводоканал”, Администрация Ярославской области и др.
Основными формами научной работы студентов являются научная работа на кафедре и на базе научно-исследовательских учреждениях постоянных партнеров, участие в научных школах, конференциях и конкурсах различного уровня, грантах, хоздоговорных НИР и т.д.
20
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
А также основной задачей факультета является осуществление
функций Регионального центра образования по биологии, экологии,
экологии и природопользованию и химии, обеспечивающего повышение квалификации преподавателей по профильным дисциплинам
в учебных заведениях различного ранга в регионе. Факультет обеспечивает функционирование системы непрерывного образования
«Школа-ВУЗ», в рамках которой осуществляется поиск и обучение
профориентированной молодежи и углубленная подготовка по профильным дисциплинам факультета с использованием наиболее полного набора методических приемов и средств информационных
технологий.
Факультетом активно проводится работа по введению дополнительной квалификации не только студентам, но и действующим специалистам с высшим образованием по следующим направлениям:
«Эксперт в области экологической безопасности», «Эколог» (в области профессиональной деятельности), «Экология и рациональное природопользование», «Геоинформационные основы устойчивого развития территорий», «Дизайн ландшафта», «Туризм и устойчивое
развитие территории».
Готовность современных специалистов, которые не только будут
востребованы на рынке труда, но и смогут сами влиять на его спрос и
развитие, без учета сегодняшних реалий невозможно. В связи с этим в
рамках Национальных программ появляется Инновационная программа «Формирование системы инновационного образования». При
этом учитывается основная задача, стоящая перед высшей школой
Российской Федерации – адаптация к единому европейскому образовательному пространству на принципах Болонской декларации. В
2011 году факультет, как и все вузы РФ перешел на уровневую систему подготовки высококвалифицированных специалистов. Был сделан
набор бакалавров по направлениям: «Биология», «Экология и природопользование», «Химия» и «Прикладная информатика в химии».
Сформировано учебно-методическое обеспечение учебного процесса для высшей категории профессионального образования – магистров. В 2011-2012 учебном году набрано 17 магистров по направлениям: «Физиология человека и животных» (научный руководитель
программы – профессор Мышкин И. Ю.), «Гидробиология» (научный
руководитель программы – Семерной В. П.), «Экология человека»
(научный руководитель программы – профессор Тятенкова Н. Н.),
«Экологический мониторинг» (научный руководитель программы –
профессор Казин В. Н.), «Органическая химия» (научный руководи21
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
тель программы – профессор Орлов В. Ю.), «Физическая химия» (научный руководитель программы – профессор Плисс Е. М.).
В течение последних лет преподаватели факультета активно внедряют в учебный процесс новые информационные технологии для получения учебной и научной информации, что позволяет рассчитывать
на повышение качества обучения студентов. При этом используются
стандартные пакеты программ и собственные разработки. Преподаватели факультета традиционно применяют разнообразные формы обучения и контроля знаний. Наряду с лекциями, семинарами, практическими и лабораторными занятиями, построенными по традиционному
плану, в учебный процесс внедрены творческие задания, выполнение
которых завершается защитой группового отчета; решение проблемных
ситуаций, в результате которого возникает дискуссия по полученным
ответам под руководством преподавателя; деловые и ролевые игры, и
т.д. Новые формы делают процесс обучения более живым, привносят в
него атмосферу творческого сотрудничества и в то же время состязательности. За последние годы существенно расширилась система контроля знаний студентов. Наряду с традиционно проводимыми коллоквиумами и контрольными работами, преподаватели факультета все
шире применяют тестирование, которое позволяет проводить проверку
знаний в короткие сроки и реализовать разные подходы в ее осуществлении.
За истекший 40 лет факультет выпустил более 200 тысяч специалистов, работающих в сфере образования, науки и народного хозяйства. Среди выпускников факультета имеется более 50 высококвалифицированных специалистов – кандидатов, докторов наук, которые
трудятся не только на факультете, но в научно–исследовательских
институтах при академии наук Российской Федерации, а также за рубежом. Выпускники нашего факультета являются частью интеллектуально элиты нашего региона.
У факультета биологии и экологии большой научный потенциал,
который позволит и в дальнейшем совершенствовать учебный процесс
и научную деятельность для подготовки конкурентоспособных специалистов XXI века.
Декан факультета биологии и экологии, к.б.н, доц. Еремейшвили А. В.
22
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
РАЗДЕЛ 1. ПРИРОДНЫЕ
И АНТРОПОГЕННЫЕ ФАКТОРЫ
ВЛИЯНИЕ РТУТЬОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
ПРИРОДНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ НА СПЕКТРЫ БЕЛКОВ
И КИСЛОЙ ФОСФАТАЗЫ У L.VARIEGATUS И T.TUBIFEX
И. А. Берко, Г. А.Урванцева
Ярославский государственный университет
им. П. Г. Демидова, e-mail:aksir@mail.ru
В результате антропогенной деятельности только в Ярославской
области ежегодно образуется около 250000 тонн токсичных промышленных отходов более сотни наименований. Переработке подвергается не более 30% указанного количества отходов [1], остальные –
складируются. Большинство свалок бытовых и промышленных отходов выполнены без проектов, не имеют обваловки и не отвечают требованиям санитарных норм и правил, что приводит к загрязнению
почв, поверхностных и грунтовых вод, а также воздушной среды. На
многих промышленных предприятиях области в специально отведенных местах складируются запрещенные к захоронению отходы 1,2 и
3-го класса опасности (чрезвычайно опасные и высоко опасные) [2].
Ртуть – типичный компонент различных промышленных и бытовых
отходов относится к 1-му классу опасности. В районе свалок в окружающей среде всегда отмечаются ее повышенные уровни. Важно, что
современная ситуация определяется не только увеличением общего
потока ртути в природную среду, но и изменением тех форм, в которых она уже присутствует. К числу наиболее принципиальных изменений относится образование ртутьорганических соединений, в первую очередь, монометилртути (CH3Hg+). Эта реакция протекает уже в
природных условиях, например, биохимическим путем в донных отложениях водоемов. Такая трансформация ртути имеет далеко идущие экологические последствия. У монометилртути более высокая по
сравнению с неорганическими формами ртути способность проникать
через биологические мембраны [3]. При увеличении скорости метилирования в водоеме содержание ртути в рыбе, как правило, начинает
стремительно расти, вследствие способности ртути к кумуляции по
23
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
трофическим сетям, и зачастую превышает предельные значения для
ее безопасного употребления в пищу. В нашей стране за основу приняты «естественные» нормативы качества воды (т.е. базирующиеся на
биологической оценке степени вредоносности нормируемого вещества как при разработке санитарно-гигиенических норм, так и рыбохозяйственных нормативов). Это является большим шагом по сравнению с «техническими» нормативами, так называемыми стандартами,
принятыми за основу в США. В последние годы там появились и
биологические нормативы, но они не являются обязательными. Технические нормативы определяются возможностями существующих
методов оценки сточных вод, и они более практичны. Биологические
нормативы, в свою очередь, дают возможность оценивать реальное
состояние водных экосистем и применять более эффективные методы
ликвидации загрязнений. В качестве наиболее перспективных в экотоксикологии широко применяются методы биохимического анализа,
позволяющие получать информацию о воздействии вещества еще до
изменения более сложных систем тест-объекта, что весьма важно для
раскрытия механизмов воздействия токсиканта.
В настоящее время эксперты ВОЗ считают, что предел допустимого суточного поглощения человеком общей ртути составляет примерно 0,04 мг. Это означает, что регулярное потребление содержащей
ртуть на уровне национального значения предельно допустимой концентрации (ПДК) рыбы (0,5 мг/кг) не должно превышать в среднем
100 г. в день[3]. Немалую роль в питании хищных рыб играют олигохеты. Самым распространенным представителем олигохет является
трубочник(Tubifex tubifex), обитающий в загрязненных природных
водоемах на дне, особенно в местах впадения в них сточных вод, канализаций и населяющий верхние слои ила, являясь индикатором загрязнения водоема в этом месте. Наиболее часто вместе с трубочником встречаются крупные красно-коричневые черви Lumbriculus
variegatus, являющиеся основой рациона бентософагов. Трубочник –
детритофаг. Он пропускает ил с бактериями и другими органическими остатками через свою пищеварительную систему, таким образом,
участвуя в переносе ртути по трофической сети.
Материалом для проведения исследования служили олигохеты L.
variegatus и T. tubifex, взятые из естественного водоема. В качестве
источника ртутьорганических соединений в культуру вносили фарш
из мышечной ткани рыб два раза в неделю. В культуру с высоким содержанием ртутьорганических соединений вносили по 2 мг фарша,
содержащего 0.452 мг ртути на 1 кг сырой массы, а с низким – 0.097
24
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
мг ртути на 1 кг сырой массы. Нами была сформирована следующая
трофическая цепь: мышечная ткань рыб→ бактерии → олигохеты.
Анализ ртути проводили методом атомной абсорбции холодного пара
с использованием резонансной линии 237.7 нм на анализаторе ртути
Юлия-5К (НПО “Метрология”, Казань). Экстракты из тел животных
получали в процессе гомогенизации образцов и последующим их
центрифугированием. Изменения белкового состава олигохет под
влиянием ртутьорганических соединений отслеживали при помощи
метода электрофореза в полиакриламидном геле (ПААГ). Фракционирование форм кислой фосфатазы экстрактов тел олигохет производили методом энзимэлектрофореза в ПААГе.
При разделении белков методом электрофореза в экстрактах тел
L. variegatus с низким содержанием ртути обнаружено 6 фракций с
ОЭП 0.14, 0.28, 0.32, 0.38, 0.45 и 0.57; T.tubifex – 12 фракций с ОЭП
0.17, 0.19, 0.22, 0.32, 0.37, 0.41, 0.47, 0.51, 0.59, 0.62, 0.68, 0.72 . В экстрактах тел L. variegatus с высоким содержанием ртутьорганических
соединений в корме выявлено 5 белковых фракций с ОЭП 0.11, 0.23,
0.42, 0.54 и 0.81; T.tubifex – 12 фракций с ОЭП 0.16, 0.18, 0.22, 0.27,
0.32, 0.36, 0.42, 0.51, 0.60, 0.67, 0.73, 0.83 (табл. 1, 2).
Таблица 1
ОЭП белков экстрактов тел L. variegatus
после 1 месяца экспозиции
Фракция
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Группа с низким содержанием
ртутьорганических соединений
0.14±0.01
0.28±0.01
0.32±0.01
0.38±0.01
0.45±0.01
0.57±0.01
-
ОЭП
Группа с высоким содержанием
ртутьорганических соединений
0.11±0.01
0.23±0.01
0.42±0.01
0.54±0.01
0.81±0.01
Из таблиц видно, что в белковых спектрах L. variegatus с высоким
содержанием ртути имеет место индукция белка с ОЭП 0.81, у
T.tubifex – с ОЭП 0.27 и 0.83, не имевшегося у животных с низким содержанием ртутьорганических соединений, а также наблюдали исчезновение белков фракции с ОЭП 0.32 и 0.38 у L. Variegatus и с ОЭП
0.47 и 0.62 у T.tubifex
25
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 2
ОЭП белков экстрактов тел T.tubifex после 1 месяца экспозиции
ОЭП
Фракция Группа с низким содержанием ртутьорганических соединений
1
0.17±0.01
2
0.19±0.01
3
0.22±0.01
4
5
0.32±0.01
6
0.37±0.01
7
0.41±0.01
8
0.47±0.01
9
0,51±0.01
10
0.59±0.01
11
0.62±0.01
12
0.68±0.01
13
0.72±0.01
14
-
Группа с высоким содержанием
ртутьорганических соединений
0.16±0.01
0.18±0.01
0.22±0.01
0.27±0.01
0.32±0.01
0.36±0.01
0.42±0.01
0.51±0.01
0.60±0.01
0.67±0.01
0.73±0.01
0.83±0.01
Подобную тенденцию мы наблюдали ранее при исследовании
влияния ртутьорганических соединений на олигохет E.albidus с различными сроками экспозиции[4]. Это можно объяснить тем, что все
живые организмы имеют механизмы деинтоксикации в отношении
тяжелых металлов. В ответ на токсическое действие ионов ртути печень и почки увеличивают синтез металлотионеинов – низкомолекулярных белков, в состав которых входит цистеин. Как известно, метилртуть имеет высокое сродство к сульфгидрильным группам,
содержание которых в цистеине обеспечивает связывание ионов ртути в прочные комплексные соединения. Учитывая низкую молекулярную массу индуцированного белка обоих видов олигохет, можно
предполагать, что он является металлотионеином. А исчезновение отдельных фракций белка можно объяснить их избирательной денатурацией при действии ртути.
Кислая фосфатаза – фермент, широко используемый в медицине и
биологии в качестве маркера уже достаточно продолжительное время.
Это группа изоферментов, которые разделяются по их электрофоретической подвижности. Кислая фосфатаза катализирует гидролиз сложных эфиров фосфорной кислоты и органических соединений. Этот лизосомальный фермент содержится практически во всех тканях
организма. Изменение спектра кислой фосфатазы, вызванного действием ртутьорганических соединений, оценивали по двум критериям: ОЭП
и интенсивности окраски зон кислой фосфатазы, которая определялась
26
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
визуально. В результате были получены следующие данные
(Табл.№3,4). В экстрактах тел L. variegatus с низким содержанием ртути
имеется 4 фракции кислой фосфатазы с ОЭП 0.07, 0.3, 0.46, 0.84, две из
которых являются мажорными (с ОЭП 0.3 и 0.46) и две – слабо окрашенные (ОЭП: 0.07; 0.84). В экстрактах тел животных с высоким содержанием ртути наблюдаются две фракции фермента с ОЭП:0.07; 0.11
и исчезновение фракций с ОЭП 0.3, 0.46, 0.84 (табл. 3.).
Таблица 3
ОЭП фракций КФ у L. variegatus после 1 мес. кумуляции ртутьорганических соединений
Фракция
1
2
3
4
5
ОЭП
Группа с низким содержанием ртутьорганических соединений
0.07±0.01
0.3±0.01
0.46±0.01
0.84±0.01
Группа с высоким содержанием
ртутьорганических соединений
0.07±0.01
0.11±0.01
-
В экстрактах тел T.tubifex с низким содержанием ртутьорганических соединений было обнаружено 5 фракций КФ с ОЭП 0.18, 0.25,
0.33, 0.36, 0.42. В экстрактах трубочника с высоким содержанием
ртутьорганических соединений выявили тоже 5 фракций КФ, но с
другими величинами ОЭП – 0.18, 0.25, 0.27, 0.34, 0.36.
Таблица 4
ОЭП фракций КФ у T.tubifex после 1 мес. кумуляции ртутьорганических соединений
Фракция
1
2
3
4
5
6
Группа с низким содержанием
ртутьорганических соединений
0.18±0.01
0.25±0.01
0.33±0.01
0.36±0.01
0.42±0.01
ОЭП
Группа с высоким содержанием
ртутьорганических соединений
0.18±0.01
0.25±0.01
0.27±0.01
0.34±0.01
0.36±0.01
-
Ввиду широкого спектра действия КФ, как правило, представлена
в организме множественными молекулярными формами (ММФ). Ингибирование форм кислой фосфатазы с ОЭП 0.3; 0.46 и 0.84 в телах L.
variegatus и с ОЭП 0.42 у T.tubifex с высоким содержанием ртути, является следствием негативного влияния ртутьорганических соедине27
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ний на протекание ферментативных реакций в ходе морфогенеза.
Вместе с тем, у L. variegatus с высоким содержанием ртути наблюдается индукция формы с ОЭП 0.11,а у T.tubifex – 0.27, что можно объяснить как биохимическую адаптацию компенсаторного характера на
неблагоприятное воздействие среды, идущую по сходному механизму
у филогенетически близких видов олигохет.
В заключение можно сказать, что поступление в среду обитания
олигохет ртутьорганических соединений с содержанием ртути 0.452
мг на 1 кг сырой массы, не выходящим за рамки ПДК для рыбы в качестве объекта питания (0.5 мг/кг), на протяжении 1-го месяца вызывает у них отклонения от исходных спектров белков и энзимов (на
примере КФ), что объясняется высоким кумулятивным эффектом
ртутьорганических соединений.
Литература
1. Макаров В. М.,Савицкая И. В., Тимрот С. Д. Проблемы отходов производства и пути их решения// Биотехнологические проблемы бассейна Верхней
Волги: Сборник научных трудов/Под редакцией проф. Семерного/Яросл.гос.унт.Ярославль- 1998. -С. 8-12.
2. Дунаев А. С., Матчина Т. В. Проблема ресурсосберегающего и экологически безопасного обращения отходов производства и потребления на территории Ярославской области// Биотехнологические проблемы бассейна Верхней
Волги: Сборник научных трудов/Под редакцией проф. Семерного/Яросл.гос.унт.Ярославль-1998. -С. 3-7.
3. Сухенко С. А.Ртуть в водохранилищах: новый аспект антропогенного загрязнения биосферы: Аналитический обзор/ CO РАН. Ин-т вод. и экол. проблем,
ГПНТБ. – Сер. «Экология». Вып.36. – Новосибирск-1995. – 59 с.
4. Урванцева Г. А., Аксенова (Берко) И. А. Влияние ртутьорганических соединений на содержание белка и активность кислой фосфатазы некоторых олигохет//Актуальные проблемы экологии Ярославской области: Материалы Третьей науч.-практич. конференции. Вып. 3. Том 1. – Ярославль: Издание ВВО РЭА,2005.- С. 309-313.
ВЛИЯНИЕ АБИОТИЧЕСКИХ И АНТРОПОГЕННЫХ ФАКТОРОВ
НА АГРОФИТОЦЕНОЗ ОВОЩНЫХ КУЛЬТУР
М. О. Ларина1, Е. В. Надежкина2
1
2
Российский государственный аграрный университет, г. Москва,
Московский авиационный институт (технический университет)
Автомобильно-дородный комплекс оказывает неблагоприятные
изменения окружающей среды, но не автомобиль, ни дорогу нельзя
изолировать от мест обитания людей. Значительная часть, как город28
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ского, так и сельского населения живет на прилегающих к дорогам
территориях, где при большой интенсивности движения создаются
опасные для здоровья людей концентрация загрязнений в атмосфере,
в воде и почве. Многие приусадебные и дачные массивы находятся
вблизи автотрасс, где возделываются овощные культуры.
Картофель и капуста белокочанная, являются основными продуктами питания человека. Они незаменимый источник минеральных веществ и физиологически активных соединений, которые способствую
поддержанию здоровья, и защищают от воздействия внешней среды.
Особенность современного овощеводства, является то обстоятельство,
что многих пахотные и приусадебные земли загрязнены солями тяжелых металлов и другими полютантами. Накопления тяжелых металлов в
пищевой цепи приводит к тяжелым заболеваниям человека и животных.
Автомобильная трасса М5 «Урал» Москва-Челябинск имеет большую плотность потока машин. В наших исследованиях мы пытались
выяснить накопления тяжелых металлов различными сортами капусты
и картофеля, так как каждое растение, обладает своим генетическим набором химических элементов. В опыте нами изучались следующие сорта и гибриды капусты белокочанной, селекции ВНИИСОК произрастающие на расстоянии менее 1000 м от автомагистрали М5: Парус,
Слава – 1305, F1 Снежинка, F1 Аврора, Июньская – 3200, Зимовка –
1474 и сорта картофеля, селекции ВНИИКХ: среднеспелый сорт – Голубизна, раннеспелый сорт – Утенок и среднеспелый сорт – Ресурс.
Результаты наших исследований показали, что несмотря на высокое содержание тяжелых металлов в почве, содержащие их в выращенной продукции не превысило ПДК, это свидетельствует о наличии у капусты белокочанной и у картофеля защитных механизмов,
препятствующих поступлению тяжелых металлов в растения.
Однако содержание их различалось по сортам. Так, по содержанию свинца сорта и гибриды капусты белокочанной в порядке возрастания шли в следующей последовательности: Зимовка – 1474, F1
Снежинка, Июньская – 3200, F1 Аврора, Слава – 1305, Парус. Содержание кадмия колебалось от 0,07 у сорта Парус до 0,14 (F1 Аврора).
Наименьшим содержание цинка характеризуется сорт Парус, наибольшим гибрид F1 Снежинка. Содержание меди колебалось от 4,9 (у
сорта Слава -1305) до 7,2 (у сорта Зимовка -1474).
Таким образом, самым устойчивым к накоплению тяжелых металлов были среднепоздний сорт Парус и раннеспелый сорта и гибриды
Июньская- 3200 и F1 Аврора. Из-за загрязнения атмосферы заметно
снизилось урожайность изучаемых культур капусты белокочанной и
29
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
картофеля. Загрязнение влияло и на качественные показатели. Изучение
витамина С, количества сахаров в капусте белокочанной и картофеля
показало, что все эти показатели зависели от условий возделывания
культур.
Но не только загрязнение почвы тяжелым металлом оказывало
неблагоприятное влияние на рост и развитие овощных культур, а
также абиотические факторы. Исследуемый 2010 год характеризовался крайне не благоприятными погодными условиями для роста, развития растения картофеля и формирование урожая. В условиях засушливого года урожайность была низкой для всех сортов картофеля.
ВЛИЯНИЕ ГЕРБИЦИДА РАУНДАП НА АКТИВНОСТЬ
ГЛИКОЗИДАЗ БЕСПОЗВОНОЧНЫХ ЖИВОТНЫХ
И. Л. Голованова, А. И. Аминов1, Е. Л. Грачева1, Г. А. Урванцева1
Институт биологии внутренних вод им. И. Д. Папанина РАН
golovan@ibiw.yaroslavl.ru
Ярославский государственный университет им. П. Г. Демидова1,
Изучение действия факторов внешней среды на живые организмы,
по-прежнему, остается одной из актуальных задач экологической физиологии. Наряду с важнейшими абиотическими факторами – температурой и рН, загрязняющие вещества, поступающие в водоемы, могут
изменять активность пищеварительных ферментов и многочисленных
лизосомальных гидролаз беспозвоночных животных, входящих в состав
кормовой базы молоди всех видов рыб, а также взрослых особей, особенно рыб бенто- и планктофагов. Изучение характеристик указанных
ферментов представляет значительный интерес не только для сравнительной, эволюционной и экологической физиологии, но также для
трофологии, поскольку они могут принимать участие в пищеварении у
рыб и обеспечивать аутодеградацию собственных тканей.
Среди антропогенных факторов, влияющих на функционирование
водных экосистем, важная роль принадлежит ксенобиотикам, количество которых увеличивается с ростом уровня антропогенного загрязнения.
Одним из представителей таких веществ является высокотехнологичный системный гербицид глифосат. На основе изопропиламиновой соли
глифосата создано много гербицидов, самый известный из которых Раундап. С середины 70-х годов прошлого века он широко используется в
сельском хозяйстве, в домашних садах, на промышленных и коммерческих землях для борьбы с однолетними и многолетними сорняками
(Cox, 2004). Действующее вещество Раундапа проникает через листья и
30
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
другие зеленые части растения и переносится по всем органам, блокируя синтез ароматических кислот. В мировой практике Раундап применяется перед уборкой рапса, подсолнечника, проса, сои, риса. Зерно обработанных культур используется без ограничений для производства
кормов, продуктов питания и в пивоварении. «Раундап − один из самых
безопасных в мире гербицидов. Он не накапливается в воде и не токсичен для водных организмов, не действует на растения, полностью погруженные в воду». Так рекламировала свой продукт компанияпроизводитель гербицида «Монсанто» США.
За последние годы накопилось много сведений о токсичности Раундапа для живых организмов, а Европейский Союз признал глифосат
опасным для окружающей среды и токсичным для водных организмов.
Установлено, что Раундап в концентрации 0.004−10 мг/л снижает устойчивость растений к болезням (Cox, 2004), показатели продуктивности и
линейные размеры ветвистоусых рачков (Папченкова и др., 2009), оказывает влияние на размножение и развитие моллюсков (Tate et all, 1997),
вызывает нарушения морфологических и биохимических показателей у
рыб (Жиденко, 2008; Папченкова и др., 2009), оказывает токсический
эффект на рыб и общетоксический эффект на человека (Cox, 2004). Но,
несмотря на это, производство Раундапа не остановлено, и он попрежнему широко используется в странах Восточной Европы.
Поскольку гербициды применяются не только для уничтожения
сорной растительности на посевах сельскохозяйственных культур, но
и для борьбы с зарастанием водохранилищ, прудов и каналов, а также
в коллекторно-дренажные системах оросительного земледелия, попадая в организм гидробионтов они могут вызывать нарушения жизнедеятельности и пластического обмена. В то же время, влияние гербицида Раундап на гидролиз углеводов, играющих важную роль в
энергетическом и пластическом обмене, у водных животных практически не изучено. Об эффективности начальных этапов переваривания углеводов можно судить по активности гликозидаз − ферментов,
осуществляющих гидролиз ди- и полисахаридов.
Цель настоящей работы состояла в изучении in vitro влияния гербицида Раундап на амилолитическую активность в целом организме беспозвоночных животных при различных значениях температуры и рН.
Объект исследования − беспозвоночные животные: суммарные
пробы рачкового зоопланктона, включающие представителей отр.
Dafniiformes, Copepoda и Ostracoda (тип Artropoda, кл. Crustacea), личинки хирономид Chironomus plumosus (L.) (тип Artropoda, кл.
Insecta), моллюски (тип Mollusca): дрейссена Dreissena polymorpha
31
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
(Pall.) (кл. Bivalvia), прудовик большой Limnea stagnalis (L.). Рыбы и
беспозвоночные животные отлавливались в прибрежной зоне Рыбинского водохранилища и в водоемах в окрестностях пос. Борок.
Ферментативную активность определяли в суммарных гомогенатах, включающих от 10 до нескольких десятков экз. беспозвоночных
животных. Амилолитическую активность, отражающую суммарную
активность ферментов, гидролизующих крахмал (α-амилазы КФ
3.2.1.1, глюкоамилазы КФ 3.2.1.3 и мальтазы КФ 3.2.1.20) оценивали
по приросту гексоз модифицированным методом Нельсона (Уголев,
Иезуитова, 1969) при температуре 0, 10 и 20°С и рН 5, 7.4 и 8.3. Активность ферментов определяли в 5 повторностях и выражали в
мкмоль/г·мин. Результаты представлены в виде средних и их ошибок.
Достоверность различий оценивали с помощью однофакторного дисперсионного анализа (ANOVA, LSD-тест) при p = 0.05.
Для приготовления растворов токсиканта использовали коммерческий препарат гербицида с торговым названием "Раундап" (произведен и расфасован ЗАО фирма “Август”, Россия), представляющий
собой 36%-ный водный раствор глифосата. Выбор тестируемых концентраций 0.1−50.0 мг/л был обусловлен установленными значениями
ПДК для воды рыбохозяйственных водоемов (0.001 мг/л), а также
значениями 96-ч ЛК50 Раундапа для рыб и беспозвоночных (от 86 до
168 мг/л) (Smith, Oehme,1992; Папченкова и др., 2009).
Данные по влиянию Раундапа на амилолитическую активность в
целом организме беспозвоночных животных (температура 20°С,
рН 7.4) представлены в табл. 1.
Таблица 1
Амилолитическая активность
в целом организме беспозвоночных животных
Амилолитическая активность, мкмоль/г·мин
Концентрация Раундапа, мкг/л
Объект
0
0.1
1
10
25
50
Беспозвоночные животные
Зоопланктон
1.3 ±0.1а,б
1.1 ±0.2а,в
1.3 ± 0.2а,б
1.6 ± 0.1б
0.9 ± 0.04в
0.9 ± 0.1в
Хирономиды
6.0 ± 0.1а
5.9 ± 0.1а
5.8 ± 0.1а,б 5.6 ± 0.1б,в 5.6 ± 0.1б,в
5.4 ± 0.1в
Дрейссена
2.9 ± 0.1а
2.6 ± 0.1б
2.5 ± 0.1б
3.1 ± 0.1а,г
3.5 ± 0.1в
3.3 ± 0.1в,г
Прудовик
7.9 ± 0.3а
7.4 ± 0.2а
7.6 ± 0.1а,б
8.3 ± 0.2б
9.1 ± 0.2в
9.6 ± 0.3в
Примечание. Разные надстрочные индексы указывают на статистически достоверные различия между показателями в строке (ANOVA, LSD-test), p < 0.05.
32
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2
Зоопланктон
2
1
T, ºC
Амилолитическая активность,
мкмоль/г ·мин
0
5
7.4
8.3
0
рН
10
20
12
8
4
0
р
Н
5
7.4
8.3
рН
0
10
Хирономиды
20
T, ºC
2
Дрейссена
1
T, ºC
0
5
7.4
8.3
рН
0
10
20
Рис. 4. Уровень амилолитической активности в целом организме беспозвоночных животных (зоопланктон, хирономиды, дрейссена) при различных значениях
температуры и рН;
− контроль, − Раундап (25 мкг/л).
В целом организме беспозвоночных животных отмечены разнонаправленные эффекты: максимальное снижение амилолитической активности на 30% от контроля наблюдается в тканях рачкового зоопланкто33
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
на, максимальное повышение на 21% – у прудовика. У дрейссены более
низкие концентрации Раундапа 0.1 и 1 мкг/л вызывают достоверное
снижение амилолитической активности на 12−14%, в то время как более
высокие (25–50 мкг/л) – увеличение на 14–20% от контроля. Гликозидазы хирономид наиболее устойчивы к действию Раундапа: снижение
ферментативной активности не превышает 7–9% от контроля.
В состав Раундапа кроме изопропиламиновой соли глифосата
входит поверхностно активное вещество полиоксиэтиленамин, на долю которого может приходиться некоторая часть токсичности Раундапа. В то же время известно, что токсичность глифосата, главным
образом, вызвана его кислотностью (Cox, 2004). Поскольку значения
температуры и рН в естественных водоемах и пищеварительном тракте рыб варьируют, изучали эффекты Раундапа при различных значениях рН и температуры.
Влияние Раундапа на уровень амилолитической активности в целом организме беспозвоночных животных при различных значениях
температуры и pH представлены на рис. Эффект Раундапа на амилолитическую активность зоопланктона, дрейссены и хирономид при
температуре 20ºС и рН 7.4 не превышает 10% от контроля. У зо опланктона тормозящий эффект Раундапа усиливается в 2−3 раза при
смещении pH в кислую сторону и нивелируются при снижении температуры. У хирономид и дрейссены тормозящий эффект гербицида
проявляется лишь в зоне кислых значений pH. При щелочных значениях pH активность гликозидаз у дрейссены в присутствии Раундапа
увеличивается. Наибольшее снижение амилолитической активности у
всех беспозвоночных животных отмечено у при комплексном действии температуры 0ºС, pH 5 и в присутствии Раундапа: у хирономид на
29%, у дрейссены на 65%, у зоопланктона на 88% от контроля. Однако в значительной мере эти эффекты обусловлены совместным действием низкой температуры и pH (табл.2).
Таким образом, впервые изучен уровень амилолитической активности в целом организме беспозвоночных животных при действии
гербицида Раундап в широком диапазоне концентраций 0.1–50 мкг/л.
Установлено, что Раундап в концентрации, в 10 раз меньшей ПДК,
может снижать активность гликозидаз в организме беспозвоночных
животных. При совместном действии низкой температуры, кислых pH
в присутствии Раундапа (25 мкг/л) амилолитическая активность у
беспозвоночных животных снижается на 29–88%, снижая эффективность начальных этапов ассимиляции углеводов. Однако в большинстве случаев тормозящий эффект при действии 3-х факторов в основ34
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ном обусловлен совместным действием температуры и рН. Изучение
физиолого-биохимических показателей гидробионтов при действии
Раундапа in vitro позволяет не только расширить представления о токсичности этого гербицида, но и выявить негативные эффекты до появления видимых отклонений от нормы.
Таблица 2
Достоверность различий при оценке раздельного
и комплексного влияния температуры (Т), рН и Раундапа (Р)
на амилолитическую активность в
целом организме беспозвоночных животных
Фактор
Т
pH
Р
Т+pH
T+P
pH+P
pH+P+T
тон
Объекты
Зоопланк0.0000
0.0000
0.1854
0.0000
0.1923
0.0263
0.1109
ды
Хирономи-
Дрейссена
0.0000
0.0000
0.8565
0.0000
0.0119
0.012
0.0468
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.1819
0.0000
0.0017
Примечание. Влияние фактора достоверно при p < 0.05.
Литература
1. Жиденко А. А. Динамика гематологических показателей молоди карпа
под действием гербицидов // Гидробиол. журн. − 2008. − Т. 44. − № 3. С. 80−88.
2. Папченкова Г. А., Голованова И. Л., Ушакова Н. В. Репродуктивные показатели, размеры и активность гидролаз у Daphnia magna в ряду поколений при
действии гербицида Раундап // Биология внутренних вод. − 2009. − № 3. − С.
105−110.
3. Уголев А. М., Иезуитова Н. Н. Определение активности инвертазы и других дисахаридаз // Исследование пищеварительного аппарата у человека. Л.:
Наука. 1969. С. 192–196.
4. Cox С. Glyphosate // J. of pesticide reform. − 2004. − V. 24. − № 4. − P.
10−15.
5. Smith E. A., Oehme F. W. The biological activity of glyphosate to plants and
animals: A literature review // Vet. Hum. Toxicology. − 1992. − V. 34. − № 6. − P.
531–543.
6. Tate T. M., Spurlock J. O., Christian F. A. Effect of Glyphosate on the Development of Pseudosuccinea columella Snails // Arch. Environ. Contam. Toxicol. −
1997. − V. 33. − № 3. − P. 286–289.
35
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ УДОБРЕНИЙ «МИКРОМАК»
И «МИКРОЭЛ» В АГРОФИТОЦЕНОЗАХ ОЗИМОЙ ПШЕНИЦЫ
Р. Т. Мухтаров1, Е. В. Надежкина2
1
2
Российский государственный аграрный университет, г. Москва
Московский авиационный институт (технический университет)
Растение озимой пшеницы поглощают из почвы большое количество питательных веществ потребление элементов питания ее происходит не равномерно, так как в растительном организме идут физиологические изменения, образуются дополнительные органы
влияющие на потребность растений в элементах питания.
Согласно результатам мониторинга почв Пензенской области необходимость в микро удобрениях характерна для тех районов. Особенно остро стоит вопрос обеспеченности растений молибденом,
цинком, кобальтом. Внесение микро удобрений на почвах области
обеспечивает значительное повышение урожайности и качество продукции растениеводства.
Нижегородская компания "Минерал" является отечественным
производителем жидких компостных микроэлементных удобрений
«Микромак» и « Микроэл». Их составы разработаны именно с учетом Российской почвенно-климатических условий. Эти препараты
способны обеспечиватьсбалансированный питательный режим на
протяжении всей вегетации растений.
Состав препаратов многофункционален, они содержат широкий
спектр макро- и микроэлементов (Cu, Zn, B, Mn, Te, Mo, Co, Mg, Cr,
V, Se, Ni, Li, N, P, K, S) находящихся в хелатной и минеральной формах. Удобрение «Микромак» способствуют благоприятной зимовке
озимых культур, повышающих их устойчивость к корневым гнилям.
Культуры после зимовки нуждаются в дополнительных элементах питания здесь эффективно применять некорневые подкормки удобрением «Микроэл». Его использование позволяет оперативно влиять на
рост и развитие растенийпутем быстрой доставки элементов питания.
Применение «Микроэл» помогает ускорить стрессы от действия негативных абиотических и антропогенных факторов:низких температур
почвы и воздуха, засухи, применение пестицидов и т.д. Изучение эффективности применения удобрения «Микромак» (предпосевная обработка семян) и удобрения «Микроэл» (некорневая подкормка) на
посевах озимой пшеницыпроводилась в правобережной лесостепи
среднего Поволжья.
36
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Полевые опыты были сделаны в 2008-2010гг. Схема опыта:
1 Фон1(NoPoKo)-контроль.
2 фон1+MM+МЭ2
3 фон1+MM+МЭ2+аммиачная селитра 100кг/га
4 фон1+MM+МЭ2+аммиачная селитра 50кг/га
5 Фон2(N30P30R30)
6 Фон2+ММ+МЭ2
7 Фон2+ММ+МЭ2+аммиачнаяселитра 100кг/га
8 Фон2+ММ+МЭ2+аммиачнаяселитра 50кг/га
9 Фон3(N75P30K30)
10 Фон+ММ+МЭ2
11 Фон+ММ+МЭ2+ аммиачнаяселитра 100кг/га
12 Фон+ММ+МЭ2+аммиачнаяселитра 50кг/га.
Примечание: ММ - отработка семян пшеницы «Микромаком» в
дозе 2л/га; МЭ - некорневая подкормка «Микроэлом» в дозе 0.2л/га 2
раза: в фазу кущения и в фазу трубкования-колошения. Площадь делении-50.4.м2, повторность в опыте трехкратные, размещение вариантов-систематическое. В опыте возделывалась озимая пшеница сорта
Безенчукская-380. Почва опытного участка чернозем выщелоченный
среднегумусный среднемощный тяжелосуглинистый на покровном
суглинке.
Результаты наших исследований показали, что обработка семян
раствором «Микромак» позволили сократить осенью период всходыкущения до 2 дней и увеличить полевуювсхожесть на 2.2%. Действие
микроэлементов проявлялось на всех фонах, но более значительно на
почве с предельной удобренностью в дозе N30P30K30.Применение
«Микромак» и «Микроэл» привело к увеличению:высоты растительности на 1.8%, наземной массы растений на 9.2%, общей кустистости
на 0.7%, облиственности на 7.2%, площади листьев на 1.6%, фотосинтетического потенциала на 4.3%,чистой продуктивности фотосинтеза
на 3.1%. Использование микроэлементов существенно проявляется в
развитие корневой системы растений озимой пшеницы, основном, на
начальных этапах роста. В период осенью развитие массы корней, в
слое 0-35см, возросла на 15.2%, при кущении весной на 10% по сравнению с фоном(контроль). «Микромак» и «Микроэл 2» увеличиваем
урожайность зерна на всех фонах от 2.7кг/га по естественному фону
до 3.9кг/га по фону N30P30K30. Доза азота (амиачнаяселитра50кг/га)оказалась менее эффективно по сравнению с «Микроэл» и
«Микромакс». Повышение урожайности происходило за счет увеличения количества продуктивностей и масса зерна с первого поля.
37
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ДЕЙСТВИЕ КРАЙНЕ СЛАБЫХ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ
НА РОСТОВЫЕ И ЦИТОГЕНЕТИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ
У ALLIUM CEPA L.
Д. С. Песня1, А. В. Романовский2, В. В. Крылов2
1
Ярославский государственный университет им. П. Г. Демидова
2
Институт биологии внутренних вод им. И. Д. Папанина РАН
Введение
Актуальным направлением исследований является изучение биологической активности крайне слабых магнитных полей (МП) естественного и техногенного происхождения [1, 5, 10]. Поля этого диапазона могут возникать в природе естественным путем: во время
землетрясений, при извержении вулканов, при изменениях активности солнца, магнитных бурях, а так же в результате деятельности человека. Такие поля являются важным экологическим фактором, в
присутствии которого протекала эволюция органического мира. На
протяжении своей истории биосфера, в большей или меньшей степени, испытывала на себе действие МП естественного происхождения.
Большое количество работ указывает на корреляции биологических
процессов с вариациям геомагнитного поля (ГМП). За последний век,
в связи с появлением в ходе научно-технической революции антропогенных источников МП, на естественный магнитный фон накладываются мощные поля искусственного происхождения [1, 4].
Более того, имеются свидетельства о том, что естественные МП
подвергаются заметной антропогенной модификации. Предполагается, что для биологических систем действие крайне слабых МП лежит
ниже порога теплового шума. Однако, такие поля способны воздействовать на организмы на различных уровнях их биологической организации [4].
Известно, что реакции биологических объектов на действие
крайне слабых низкочастотных МП имеют место лишь в некоторых
частотно-амплитудных интервалах. Ведется поиск «окон биологической эффективности» воздействующих МП. Если имеет место резонансный ответ "мелкомасштабных" систем на действие МП (резонанс
мембран, ионов и т.п.), то собственные частоты (и соответственно
частоты максимального отклика) будут одинаковыми у различных
видов живых существ в силу одинакового их строения на "микроуровне". Сходными могут быть процессы и на клеточном уровне. Однако макроэффекты у различных организмов могут отличаться [4].
38
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Всемирная Организация Здравоохранения (ВОЗ) считает, что
слабые низкочастотные магнитные поля могут влиять на здоровье
людей, но, тем не менее, полностью не ясно какие параметры поля
будут патогенными [1, 3].
Цель настоящей работы заключалась в экспериментальной оценке биологических эффектов магнитных полей с различным параметрами на ростовые и цитогенетические показатели Allium cepa L.
Были поставлены следующие задачи:
Исследовать биологическое действие крайне слабых переменных
электромагнитных полей низкой частоты на A. cepa
Исследовать биологическое действие инвертированного геомагнитного поля на A. Cepa.
Материалы и методы
В качестве растительного материала исследования была использована меристема корней лука посевного A. cepa сорта Штутгартер Ризен, который рекомендован экспертами ВОЗ как стандарт в цитогенетическом мониторинге окружающей среды. Изучали четыре
параметра: воздействие фактора на рост корней, его влияние на митотический и фазный индексы и мутагенную активность (анализ частоты хромосомных аберраций и микроядер) [6-9, 11-14, 16].
Магнитные поля. Для создания МП использовалась запатентованная экспериментальная установка, позволяющая генерировать в,
заданном технически, объёме, широкий спектр требуемых пользователем постоянных и переменных магнитных полей (направление, изменение направления, частота, амплитуда, форма сигнала), и компенсировать
геомагнитное поле
и
локальное
низкочастотное
магнитное поле в диапазоне частот от 0 до 60 Гц и амплитуд от 10–12
до 10–4 Тл.
Структура эксперимента. Луковицы помещались на 24 часа в стаканчики с синтетической жёсткой водой [15] для проращивания корешков. Затем луковицы размещались в рабочем объёме экспериментальной установки. Были исследованы следующие варианты МП:
МП с частотой 1 Гц и индукцией 211 нТл (нанотесла), направленное коллинеарно вектору напряженности МП Земли. (52 µТ). Такие параметры поля могут влиять на cпины ядеp атомов водоpода согласно теории магнитного параметрического резонанса [1];
МП с индукцией 211 нТл, которое вращалось в плоскости перпендикулярной вектору напряженности МП Земли с частотой 1 Гц;
Инвертированное МП Земли (ГМП с вектором напряженности
направленным противоположно).
39
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Опыты сопровождались интактным контролем. В ходе экспериментов был получен фотоматериал. Использовался цифровой фотоаппарат Fujifilm FinePix J30. Для анализа из каждого варианта было отобрано 5 луковиц. После экспозиции измеряли длину корней во всех
группах, затем корни фиксировали. Из корневых меристем готовили 5
препаратов для каждого варианта [6].
Изучали пролиферативную активность клеток: для этого учитывали на препарате более 600 клеток в митозе. Вычисляли митотический и фазные индексы [8]. Повреждения в клетках оценивали под
микроскопом
с
использованием
ана-телофазного метода [8]
Allium test и микроядерного анализа [9]. Вычислялись баллы выраженности мутагенного эффекта (ВМЭ), которые затем ранжировались
на уровни мутагенного эффекта [7].
Статистическую обработку данных проводили с помощью программного пакета «Statistica» (задействованы методы ANOVA и
t-test).
Результаты экспериментов
Установлено статистически значимое увеличение длины корневой системы луковиц A. cepa во всех вариантах опытов:
инвертированное ГМП на 180%,
МП коллинеарное ГМП на 169%,
МП вращающееся перпендикулярно ГМП на 130%.
В табл. 1 представлены данные, отражающие среднюю длину корешков у A. cepa в трех вариантах опытов и контроле.
Таблица 1
Длина корней у A. cepa в исследуемых вариантах
Вариант
Контроль
МП вращающееся
МП коллинеарное ГМП
Инвертированное ГМП
Средняя длина, мм (Х±m)
26,4
±
1,23
34,3
±
1,41*
44,6
±
1,51*
49,7
±
1,39*
Здесь и далее «*» – различия достоверны при уровне значимости
p<0,05.
Митотический индекс, как видно из табл. 2, достоверно возрастает во всех МП по сравнению с контролем. Наблюдается митозстимулирующий эффект.
Фазные индексы позволяют судить об относительной длительности каждой из фаз митоза и о характере действия изучаемых полей на
митоз (рис. 1). Все варианты полей приводят к достоверному сниже40
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
нию профазного индекса, что свидетельствует об их влиянии на процессы, происходящие в интерфазу при подготовке клеток к делению [8]. Следует заметить неоднозначности явления снижения профазного индекса. С одной стороны это может свидетельствовать об
ускоренном прохождении клетками профазы, но с другой стороны – о
том, что реальной стимуляции пролиферативной активности нет, и
увеличение прироста корней обеспечивается интеркалярным ростом,
т.е. растяжением, а не делением клеток.
Таблица 2
Митотический индекс в исследуемых вариантах
Вариант
Контроль
МП вращающееся
МП коллинеарное ГМП
Инвертированное ГМП
MI, % (Х±m)
8,3
10,8
12,5
14,1
±
±
±
±
0,49
1,48
0,55*
0,93*
Рис.1. Значение фазных индексов в контроле и опыте
ПИ – профазный, МИ – метафазный, АИ – анафазный, ТИ – телофазный
По частоте появления микроядер (см. табл. 3) исследуемые варианты не отличались от контроля, хотя слабая тенденция к возрастанию наблюдается в варианте с вращающимся МП. В табл. 4 приведены данные по ана-телофазному анализу.
Слабый мутагенный эффект отмечался только в одном варианте с
вращающимся МП. При этом регистрировались главным образом
фрагменты в телофазах (рис. 2 –б,в,г,д), и было отмечено несколько
митозов с комплексными аберрациями (рис. 2 – а). Именно в данном
41
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
варианте наблюдалось значительное увеличение телофазного индекса, что, вероятно, связано с высокой частотой аберрантных телофаз
(рис. 2).
Таблица 3
Частота возникновения микроядер в исследуемых вариантах
Вариант
Контроль
МП вращающееся
МП коллинеарное ГМП
Инвертированное ГМП
Мя,% (Х±m)
0,33
±
0,02
0,38
±
0,04
0,32
±
0,07
0,33
±
0,04
ВМЭ
Уровень
1
1
1
Отсутствие
Отсутствие
Отсутствие
Таблица 4
Частота суммы хромосомных аберраций и отставаний в исследуемых вариантах
Вариант
Контроль
МП вращающееся
МП коллинеарное ГМП
Инвертированное ГМП
а
ΣХА+отс.,% (X±m)
1,2
±
0,36
3,1
±
0,49*
1,5
±
0,26
1,4
±
0,24
б
в)
ВМЭ
Уровень
3
1
1
Слабый
Отсутствие
Отсутствие
г)
д)
Рис. 2 Клетки с мутациями кр. ацеторсеин; ув. 12,5х40
а-анафаза с мостом и фрагментами; б, в-телофазы с двойными фрагментами;
г, д-телофазы с фрамгментами, которые образовались из забеганий хромосом
Как считает ряд авторов, если наблюдается усиленная пролиферация клеток, и вместе с тем отмечается мутагенный эффект (что зарегистрировано нами в случае с вращающимся МП), то это может
свидетельствовать об особом характере нарушения в клетках, которые
могут привести к их перерождению и малигнизации. Данные параметры, полученные на A. cepa, имеют очень хорошую корреляцию с
тестом на различных клеточных культурах человека [12, 14, 16]. Следует отметить также, что увеличение митотического индекса при отсутствии хромосомных нарушений наблюдалась ранее в экспериментах с плотвой при изучении действия магнитных бурь (Таликина,
Крылов, в печати). При магнитных бурях происходят флуктуации
42
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ГМП порядка сотен нанотесла (Таликина, Крылов, в печати). Данные,
полученные нами на растительном объекте, хорошо согласуются с результатами, полученными на рыбах.
Выводы
1. Низкочастотные МП и инвертированное ГМП увеличивают
прирост корешков у A. сepa, то есть вызывают эффект гормезиса.
2. Низкочастотные МП и инвертированное ГМП вызывают митозтимулирующий эффект, следовательно, обладают митозмодифицирующей активностью.
3. Воздействие низкочастотного МП коллинеарного вектору ГМП
и инвертированного ГМП не приводят к увеличению частоты микроядер и хромосомных аберраций в корневых меристемах A. Cepa. Следовательно, данные поля не обладают мутагенной активностью.
4. Воздействие низкочастотного МП, которое вращалось в горизонтальной плоскости перпендикулярной геомагнитному вектору,
может индуцировать хромосомные нарушения и увеличивать частоту
хромосомных аберраций в корневых меристемах A. cepa.
Благодарности: За разностороннюю помощь авторы выражают
благодарность и признательность: Инне Мечиславовне Прохоровой,
Юрию Глебовичу Изюмову, Мелании Гордеевне Таликиной, Владимиру Борисовичу Вербицкому, Роману Фёдорову и Анне Кирдяшевой
Литература
1. Александров В. В., Экологическая рол электромагнетизма, Cп/б.: Изд.
Политехн. Ун-та, 2010. – 736 с.
2. Белова Н. А., Еpмаков А. М., Знобищева А. В., Cpебницкая Л. К., Леднев
В. В. Влияние кpайне cлабыx пеpеменныx магнитныx полей на pегенеpацию
планаpий и гpавитационную pеакцию pаcтений 2010 Биофизика, 2010, том 55,
вып.4, c.704–709.
3. Всемирная Организация Здравоохранения и Международное Агентство
по Изучению Рака, 2002. IARC Monographs on the Evaluation of Carcinogenic
Risks to Humans. Non-Ionizing Radiation, Part 1: Static and Extremely LowFrequency (ELF) Electric and Magnetic Fields. Volume 80, pp. 430.
4. Леднев В. В. Биоэффекты слабых комбинированных, постоянных и переменных магнитных полей. Биофизика. 1996. Т. 41. С. 224-232.
5. Пресман А. С. Электромагнитные поля и живая природа, М.: Наука. –
1968. – 288 с.
6. Песня Д. С., Романовский А. В., Прохорова И. М., Разработка методики
оценки влияния сотовых телефонов и других приборов с ЭМИ РЧ на организмы
in vivo, Ярославский Педагогический Вестник, Серия: Естественные науки, Рубрика: Биология; ЯГПУ им. К. Д. Ушинского, Ярославль. Т. 3, № 3, 2010, с. 80-84.
43
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
7. Прохорова И. М., Ковалева М. И., Фомичева А. Н., Бабаназарова О. В.,
Пространственная и временная динамика мутагенной активности воды оз. Неро,
Биология внутренних вод; Ин-т биологии внутр. Вод им. И. Д. Папанина РАН. –
М. : Наука, 2008. – 59 с.
8. Прохорова И. М., Фомичева А. Н., Ковалева М. И., Генетическая токсикология: учеб. Пособие, ЯрГУ. Ярославль, 2005. – 132 с.
9. Калаев В. Н., Карпова С. С., Цитогенетический мониторинг: методы
оценки загрязнения окружающей среды и состояния генетического аппарата организма, Воронеж, 2004.–80 стр.
10. Холодов Ю. А., Шестой незримый океан, М.: Знание, 1978. – 112 с.
11. Абилев С. К., Калинина Л. М., Шапиро А. А., Перспективные методы
обнаружения мутагенов // Современные проблемы генетических последствий загрязнения окружающей среды и охраны генофонда. Алма-Ата: Наука, 1989, с.
93-107.
12. Constantin M. J., Owens E. T., Introduction and perspectives of plant genetic
and cytogenetic assay, Mutat. Res., V. 99, 1982, pp. 1-12.
13. Tkaleca M., Malarić K., Pavlicac M., Pevalek-Kozlinaa B., VidakovićCifreka Z. Effects of radiofrequency electromagnetic fields on germination and root
meristem of Allium cepa L., Mutat. Res., V. 672 (2), 2009, pp. 76-81.
14. Fiskesjo G., The Allium test as a standard in environmental monitoring, Hereditas., V. 102, 1985, pp. 99-112.
15. ASTM, 1980. Standard Practice for Conducting Acute Toxicity Tests with
Fishes, Macroinvertebrates and Amphibians. American Standards for Testing and Materials, Philadelphia.
16. Leme D. M., Marin-Morales M. A., 2009. Allium cepa test in environmental
monitoring: A review on its application // Mutat. Res. Vol. 682. P. 71-81.
ХИМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ ОБРАЗОВАНИЯ СМОГА
С. Г. Сибриков, В. Н. Казин
Ярославский государственный университет им. П. Г. Демидова,
е-mail: kaz@bio.uniyar.ac.ru
Изменения, вызванные человеком в природе, значительны, хотя
иногда и неуловимы в глобальном масштабе. В атмосфере городов
влияние человека выражено наиболее ярко. В городской среде присутствуют загрязняющие вещества, непосредственно выброшенные в
атмосферу, они называются первичными загрязнениями. Дым – это
наглядный пример первичного загрязнения. Однако многие соединения подвергаются в атмосфере видоизменению. Продукты этих процессов или химических реакций называются вторичными загрязнениями. Именно различие между первичным и вторичным
загрязнением лежит в основе понимания разницы между двумя отдельными типами загрязнения воздуха крупных городов.
44
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Наиболее характерный пример первичного загрязнения – это
лондонский смог. Загрязнение воздуха городов происходит в основном в результате процессов горения. Еще в древности такие города,
как Рим, испытывали затруднения из-за загрязнения воздуха, связанного с древесным дымом. Однако именно переход к сжиганию ископаемого топлива вызвал быстрое накопление проблем, обусловленных загрязнением воздуха. Жители Лондона сжигали каменный уголь
с XIII века. Беспокойство и желание отрегулировать этот процесс
возникли почти сразу же из-за ощутимого и странного запаха. Жители
средневекового Лондона считали, что с этим запахом могут быть связаны некоторые заболевания.
Топливо обычно состоит из углеводородов (условно «4 СН»).
Процесс их сгорания можно описать наиболее общим уравнением:
«4 СН» + 5 О2(г) → 4 СО2(г) + 2 Н2О(г).
(1)
Этот процесс не производит впечатления опасной деятельности,
поскольку продукты сгорания не являются токсичными. Но процесс
горения может протекать и в недостатке кислорода:
«4 СН» + 3 О2(г) → 4 СО(г) + 2 Н2О(г).
(2)
Здесь образуется оксид углерода (II), или угарный газ, являющийся ядовитым. Если кислорода еще меньше, то одним из продуктов
горения является углерод (сажа):
«4 СН» + О2(г) → 4 С(тв.) + 2 Н2О(г).
(3)
При низкой температуре и относительно небольшом содержании
кислорода возможны реакции пиролиза, которые могут вызвать изменения в расположении атомов в молекуле. Продуктами таких реакций
являются полициклические ароматические углеводороды. Наиболее
печально известен из этой группы бензо(α)пирен.
Кроме того, загрязнения могут вызвать примеси, входящие в состав топлива. Наиболее распространенной примесью в ископаемом
топливе является сера и ее соединения (например, минерал пирит
FeS2). В некоторых углях может содержаться до 6 % серы, которая
переходит при сжигании в оксид серы (IV) или SO2:
4 FeS2(тв.) + 11 О2(г) → 8 SO2(г) + 2 Fe2O3(тв.)
45
(4)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В топливе присутствуют и другие примеси, но сера и ее соединения всегда считались наиболее типичными загрязнителями городской
атмосферы. Наибольшее количество серы найдено в углях и горючих
маслах. Это те виды топлива, которые используют в таких стационарных источниках, как котлы, печи, паровые турбины и электростанции.
Для многих людей SO2 и сажа стали воплощением проблем, связанных с загрязнением воздуха городов. Сажа и оксид серы (IV) относятся к первичному виду загрязнения, поскольку образуются прямым путем из хорошо известного источника и проникают в атмосферу в этой
форме.
Типичные случаи загрязнения воздуха в Лондоне имели место
зимой в условиях сырости и тумана. Использование топлива было
максимальным, и воздух был практически неподвижным. Оксид серы
(IV) хорошо растворим в воде и поэтому накапливается в ее частицах,
конденсирующихся вокруг частиц дыма:
SO2(г) + Н2О(ж) ↔ Н+(водн) + HSO3−(водн) .
(5)
Следы металлов-загрязнителей (Fe, Mn) катализируют переход
сернистой кислоты в серную:
2 HSO3−(водн) + О2(водн) ↔ 2 Н+(водн) + 2 SO42−(водн).
(6)
Серная кислота обладает большим сродством к воде, поэтому образовавшаяся капля дополнительно адсорбирует воду. Капли постепенно растут, туман сгущается, кислотность достигает очень низких
значений рН.
Сильные туманы беспокоили Лондон на пороге XIX века. Случаи
легочных болезней неизменно учащались во время продолжительного
зимнего тумана. Медицинские архивариусы в викторианской Англии
сознавали, что туманы влияют на здоровье, но они наравне с другими
не могли издать законы об уничтожении дыма. Даже там, где были
желание и энтузиазм людей, техника была неспособна достигнуть
ощутимых улучшений. Те улучшения, которые действительно происходили, были связаны чаще всего с изменением вида топлива, местоположения предприятия и вида климата.
Переход в XX веке к топливам, получаемым из бензина, привел к
возникновению совершенно нового загрязнения воздуха, связанного с
более высокой летучестью жидких топлив. Автотранспорт как важнейший потребитель жидкого топлива стал основным источником за46
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
грязнения воздуха. Однако загрязнители, которые действительно вызывают проблемы, не выбрасываются автотранспортом в таким виде.
Они образуются в атмосфере в результате реакций первичных загрязнителей, таких как оксиды азота, с несгоревшим топливом, поступающим непосредственно из автомобилей. Химические реакции, приводящие к появлению вторичных загрязнителей, протекают наиболее
эффективно при солнечном свете, поэтому возникающее загрязнение
воздуха называют фотохимическим смогом.
Фотохимический смог был впервые отмечен в Лос-Анжелесе во
время второй мировой войны. Сначала полагали, что он сходен с загрязнением воздуха, наблюдаемым в других местах, но традиционные
методы борьбы с дымом не привели к улучшению. В 1950-х годах
стало ясно, что это загрязнение другого рода. А. Хааген-Смит, биохимик, изучавший увядание растительности в районе Лос-Анжелеса,
пришел к выводу, что смог был вызван реакциями автомобильных
выхлопов при воздействии на них солнечного света. Тот факт, что топливо сжигается не в кислороде, а в воздухе, имеет важные последствия. Воздух является смесью О2 и N2. При высокой температуре в
пламени молекулы в воздухе могут распадаться и даже молекулы
сравнительно инертного газа азота подвергаются реакциям:
∙О(г) + N2(г) → NO(г) + ∙N(г) ,
(7)
N(г) + О2(г) → NO(г) + ∙О(г) .
(8)
Согласно уравнению (8) образуется радикал кислорода, который
входит в уравнение (7). Однажды возникший в пламени радикал ∙О (г)
будет воссоздаваться и участвовать во всей цепочке реакций, приводящих к образованию оксида азота (II) NO. Если просуммировать две
реакции (7,8), то получается:
N2(г) + О2(г) → 2 NO(г) .
(9)
Уравнения показывают, как оксиды азота образуются в пламени.
Они появляются потому, что топливо сжигается скорее в воздухе, нежели только в кислороде . Кроме того, некоторые топлива содержат
соединения азота в качестве примесей, и в результате продукты сгорания этих примесей служат дальнейшим источником оксидов азота
(NO + NO2).
47
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Окисление оксида азота (II) в смоге дает оксид азота (IV), бурый
газ. Этот цвет означает, что газ поглощает свет, фотохимически активен и претерпевает диссоциацию:
NO2(г) + hν → ∙О(г) + NO(г) .
(10)
Таким образом, согласно уравнению (10) вновь возникает оксид
азота, но также одиночный и реакционноспособный атом кислорода,
который может вступать в реакции с образованием молекулы озона О3:
О(г) + O2(г)
→ О3(г).
(11)
Озон – единственный загрязнитель, который наиболее ясно характеризует фотохимический смог. Однако О3, который представляет
такую проблему, не выбрасывается автомобилями. Это вторичный загрязнитель.
Летучие органические соединения, высвобождаемые благодаря
использованию топлив на основе бензина, способствуют превращению NO в NO2. Эти реакции сложные, но их можно упростить, взяв
простую органическую молекулу, например СН4, для описания выхлопов автотранспорта:
СН4(г) + 2 О2(г) + 2 NO(г) + hν → Н2О(г) + НСНО(г) + 2 NO2(г) . (12)
Более детально этот процесс (10-12) описывается следующими
реакциями:
NO2(г) + hν (менее 310 нм) → ∙О(г) + NO(г),
∙О(г) + О2(г) + М(тв) → О3(г) + М(тв) ,
О3(г) + NO(г) → О2(г) + NO2(г) .
(13)
(14)
(15)
Традиционно эти процессы, в ходе которых разрушается и образуется оксид азота (IV), представляют в виде равновесия, которое
описывается константой равновесия, связывающей парциальные давления двух оксидов азота и озона:
pNO ∙ pO3
К = ––––––––– .
pNO2
(16)
48
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Если увеличивать концентрацию NO2 так, чтобы не использовался О3, то равновесие поддерживалось бы за счет увеличения концентрации озона. Это происходит в фотохимическом смоге посредством
радикалов ∙ОН, участвующих в реакциях окисления углеводородов.
Пример данного процесса:
∙ОН(г) + СН4(г) → Н2О(г) + ∙СН3(г),
(17)
СН3(г) + О2(г) → ∙СН3О2(г),
(18)
СН3О2(г) + NO(г) → ∙СН3О(г) + NO2(г),
СН3О(г) + О2(г) → НСНО(г) + НО2(г),
(формальдегид)
НО2(г) + NO(г) → NO2(г) + ∙ОН(г) .
(19)
(20)
(21)
Эти реакции показывают превращение оксида азота (II) в оксид
азота (IV) и простого алкана типа СН4 в альдегид (в данном случае –
формальдегид НСНО). Радикал∙ОН восстанавливается, поэтому м ожет считаться в некотором роде катализатором. Несмотря на то, что
реакция протекает в фотохимическом смоге, воздействие радикала∙ОН на большие и более сложные органические молекулы более
быстрое. Альдегиды также могут претерпевать изменения под действием радикала ∙ОН:
СН3СНО + ∙ОН(г) → ∙СН3СО(г) + Н2О(г),
(ацетальдегид)
СН3СО(г) + О2(г) → ∙СН3СОО2(г),
СН3СОО2(г) + NO(г) →
NO2(г) + ∙СН3СОО(г),
СН3СОО(г) → ∙СН3(г) + СО2(г).
(22)
(23)
(24)
(25)
Метил-радикал (СН3) из уравнения (25) может возвращаться в
уравнение (18).
Важным дополнением к этому ряду химических реакций является
следующее:
49
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
СН3СОО2(г) + NO2(г)
→ СН3СОО2NO2(г).
(ПАН)
(26)
Последняя реакция приводит к образованию пероксиацилнитрата
(ПАН), который раздражает слизистую глаз.
Смог, обнаруженный в районе Лос-Анжелеса, сильно отличается
от того, который образуется при сжигании каменного угля. Когда образуется лос-анжелесский смог, тумана нет и видимость не снижается
до нескольких метров, что характерно для лондонских туманов. Быстрее всего смог Лос-Анжелеса образуется в солнечные дни. Лондонские туманы рассеивались в ветреную погоду, а морские бризы в районе Лос-Анжелеса удерживают загрязнение вблизи гор и
препятствуют его попаданию в море. Загрязнение не может также
подниматься вверх в атмосфере, поскольку задерживается инверсионным слоем: воздух в приземном слое атмосферы холоднее, чем наверху, и шапка теплого воздуха препятствует поднятию холодного и
рассеиванию загрязнений. Полное различие смогов Лос-Анжелеса и
Лондона приведено в таблице.
Таблица
Сравнение смогов Лос-Анжелеса и Лондона
Характеристика
Температура воздуха,°С
Относительная влажность, %
Тип температурных изменений
Скорость ветра
Видимость
Месяцы наиболее частого
появления
Основное топливо
Основные компоненты смога
Лос-Анжелес
24-32
< 70
Падение на высоте
1000 м
< 3 м/с
< 0,8-1,6 км
Август-сентябрь
Бензин
О3, NO, NO2, CO, органические вещества
Тип химической реакции
Окислительная
Время максимального сгу- Полдень
щения
Воздействие на здоровье
Временное раздражение глаз (ПАН)
Повреждающиеся материалы Трескается резина (О3)
Лондон
От -1 до 4
85 (+туман)
Излучение на высоте нескольких сотен метров
Безветренно
< 30 м
Декабрь-январь
Уголь и бензин
Твердые частицы, СО, соединения серы
Восстановительная
Раннее утро
Раздражение
бронхов,
кашель (SO2/копоть)
Железо, бетон
Загрязнение городской атмосферы смогом имеет отрицательные
последствия для окружающей среды и здоровья людей. Два газа, особенно характерные для фотохимического смога, озон и оксиды азота,
50
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ухудшают дыхание. Озон ослабляет работу легких, а оксиды азота
при высоких концентрациях наиболее всего опасны для болеющих астмой. Кислородсодержащие соединения типа альдегидов, а также пероксиацилнитрат (ПАН) вызывают раздражение глаз, носа, горла, а
также головную боль в периоды смога. Другой компонент автомобильных топлив – бензол. Он является полезным компонентом бензина, поскольку повышает его октановое число (взамен соединений
свинца), но с другой стороны, является потенциальным возбудителем
рака. Компоненты обычного смога (оксиды серы, серная кислота)
также отрицательно влияют на здоровье людей, вызывая раздражение
слизистых оболочек органов дыхания и удушье.
Серная кислота является сильным агентом, вызывающим коррозию металлов, она разрушает памятники архитектуры и обычные постройки. Поскольку в состав большинства строительных материалов
входит известняк, то происходит усиленное выветривание поверхности строений:
H2SO4(водн) + CaCO3(тв) +Н2О(жидк) → СО2(г) +СаSO4∙2 Н2О(тв) .
(27)
Серная кислота превращает известняк в гипс. Это наносит серьезный урон постройкам, поскольку осадки легко разрушают гипсовый
слой. Основной окислитель фотохимического смога – это озон. Это реакционноспособный газ, который разрушает полимерные материалы.
Покрышки автомобилей, щетки стеклоочистителей, пигменты и красители разрушаются при действии озона. Озон отрицательно воздействует
на растения: изменяется проницаемость клеток для ионов калия.
ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ
НА НЕКОТОРЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ КРАСНОЙ КРОВИ
КАРПА ОБЫКНОВЕННОГО И ЛЯГУШКИ ТРАВЯНОЙ
Е. А. Заботкина1, В. Е.Середняков2,
В. С. Карташов2, Н. А. Шавель2
ИБВВ РАН e-mail: zabel@ibiw.yaroslavl.ru
Ярославский государственный университет им. П. Г. Демидова
e-mail:serednyakov@mail.ru
Сотовая радиотелефония является сегодня одной из массовых телекоммуникационных систем. Вместе с тем мнения о характере и степени влияния электромагнитных полей (ЭМП), возникающих при работе, как сотовых телефонов, так и передающей аппаратуры, на
51
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
организм человека противоречивы. Известно, что низкочастотные
ЭМП оказывают негативное воздействие на ранние стадии онтогенеза
как у беспозвоночных, так и низших позвоночных [1], экспрессию
CD4-фактора в мононуклеарах периферической крови человека [2].
Получены данные о негативном влиянии ЭМИ на состояние нуклеинового обмена в организме человека, в том числе о нарушении метаболизма нуклеиновых кислот, процессов распада и обновления клеток, об активации перекисного окисления липидов и истощении
антиоксидантов, в частности мочевой кислоты [3].
Одним из наиболее перспективных объектов для изучения механизмов действия электромагнитных излучений (ЭМИ) на биологические объекты является клеточная мембрана. Наиболее удобным объектом для исследования in vivo и in vitro являются эритроциты
млекопитающих, представляющих идеальный объект для исследования характеристик биологических мембран [4].
Наличие ядра в клетке существенно меняет ее функциональные
характеристики, продолжительность жизни. В связи с этим нам показалось интересным посмотреть, как наличие ядра влияет на устойчивость мембран к действию электромагнитного излучения.
Целью данной работы было изучить влияние ЭМИ (на примере
действия мобильного сотового телефона) на устойчивость мембран
эритроцитов костистых рыб и земноводных, как модели эукариотических клеток, к действию гипоосмотических растворов.
Резистентность эритроцитов – один из показателей, часто используемых для оценки неблагоприятного действия различных факторов среды на клеточном уровне. Тест определения осмотической
стойкости эритроцитов в достаточной степени отражает изменение
структурно-функциональных свойств мембран эритроцитов и клеток
паренхиматозных органов.
В нашем исследовании было проведено около 100 наблюдений за
поведением эритроцитов карпа обыкновенного и эритроцитов лягушки травяной. Кровь у рыб отбирали стандартным способом каудоэктомии (отсечение хвоста) в стеклянные пробирки при добавлении гепарина в качестве антикоагулянта. Собранную кровь экспонировали
при инициируемом излучении мобильного телефона с экспозицией:
10, 20 и 30 минут. В качестве источника излучения использовали генерируемый мобильный телефон Siemens MC 60 стандарта GSM 1800
с мощностью излучения в районе пробирки менее 10мкВт/см². При
этом в лаборатории не было других электромагнитных приборов.
52
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Кроме контроля кровь разбавляли раствором NaCl, в концентрациях: 0%, 0,2%, 0,4% и 0,6%. Затем стандартным способом в камере
Горяева подсчитывали число эритроцитов [5]. Результаты исследований показали, что в контроле в периферической крови карпа содержалось 509.00±47.42*10⁴ кл/мл, что сопоставимо с литературными данными [6].
В экспериментах нормой начала гемолиза считают концентрацию
раствора хлорида 0,46 -0,42% NaCl, а полный гемолиз наблюдается
при концентрации 0,32 – 0,3% NaCl. Уменьшение осмотической
стойкости эритроцитов отмечается при изменении гемопоэза ; врожденных или приобретенных нарушениях структурно-функциональных
свойств мембран эритроцитов. Например, при наследственном микросфероцитозе,
стомацитозе,
дефиците
глюкозо-6фосфатдегидрогеназы эритроцитов, пароксизмальной ночной гемоглобинурии).
При повышении осмотической стойкости эритроцитов начало гемолиза отмечается при концентрации NaCl выше 0,46% (талассемии
майор), а полный гемолиз эритроцитов – при концентрации NaCl ниже 0,30%. Динамика количества эритроцитов в периферической крови
рыб при проведении теста на резистентность мембраны эритроцитов
представлена в табл. 1.
Таблица 1
Динамика количества эритроцитов (*10⁴ кл/мл)
в периферической крови зеркального карпа
при различных концентрациях хлорида натрия (%)
Концентрация
NaCl
0.2
0.4
0.6
контроль
0
135,67±7.9
392,00±89.06
Экспозиция, мин
10
20
0
0
121,17±3.3
120,33±9.04
365,33±25.9 337,00±16.81
30
0
118,17±10.47
345,00±26.33
Из таблицы видна тенденция к уменьшению количества эритроцитов при увеличении экспозиции электромагнитного воздействия до
20 мин длительности излучения, не всегда подтвержденная статистически, что может быть связанно с тем, что мембраны эритроцитов
рыб отличаются большей резистентностью к негативным воздействием за счет особенностей своего строения.
53
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Результаты второй серии исследований показали, что в контроле
в периферической крови лягушки содержалось 61.00±2.42×10⁴ кл/мл
эритроцитов.
Динамика количества эритроцитов в периферической крови лягушки при проведении теста на резистентность мембраны эритроцитов представлена в Табл. 2.
Таблица 2
Динамика количества эритроцитов (*10⁴ кл/мл)
в периферической крови лягушки обыкновенной
при различных концентрациях хлорида натрия (%)
Концентрация
NaCl
0.2
0.4
0.6
0.8
Экспозиция, мин
0
(контроль)
10
0
0
30,25±1.38
24,5±1.44
39.75±2.17
34.5±1.19
61±2.42
53±2.8
20
0
25,25±2.1
32.25±1.44
45,5±1.76
30
0
20,25±1.11
29±0.82
44,25±1.2
Из данных в таблице видно, что количество эритроцитов периферической крови у лягушки (Rana temporaria) снижалось при увеличении времени облучения, при этом длительность излучения более 20
мин делала кривую тренда более сглаженной при увеличении осмотичности растворов.
Также как и у костистых рыб, во всех пробах при концентрации
хлорида натрия 0.2% клетки полностью гемолизированы. В контроле
при концентрации соли 0.4% гемолизированы 50,4% клеток, при
0.6% – 34,8%, а при 0.8% количество клеток не отличается от контроля. После 10 мин. Эмиссии излучения телефона при 0.4% разрушено
59,8% клеток, при 0.6% – мин – 43,4%, а при 0.8% – 13,2%. Через
20 мин экспозиции – 58.6, 47.1 и 25.4%, соответственно. Через 30 мин
экспозиции – 66.8, 52.5 и 27.5%, соответственно.
Кроме того, следует отметить, что у карпа присутствовал значительный разброс индивидуальных показателей, и характер изменений
был более сглаженным. Выявленные различия могут обуславливаться,
по-видимому, приспособленностью организмов к различным условиям
обитания и чувствительностью к кислороду. Известно, карп является
видом с широкой нормой реакции по отношению к кислороду [7].
Таким образом, полученные результаты однозначно свидетельствуют о том, что интенсивности излучения сотового телефона при непосредственном воздействии его на клетки и длительности излучения
54
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
порядка 10 мин достаточно для проявления дестабилизирующего эффекта на клеточные мембраны. Характер и интенсивность этого действия зависит от видовой устойчивости организма, обусловленной,
по-видимому, рядом генетических факторов, обуславливающих особенности структурно-функционального баланса мембран клеток.
Литература
1. Крылов В. В. Действие слабых низкочастотных электромагнитных полей
на морфо-биологические показатели гидробионтов (на примере Daphnia magna
Straus и Rutilus rutilus L.). Автореф. канд. Биол. Наук. Борок, 2008. 24 с.
2. Felaco M., Reale M., Grilli A., De Lutiis M. A., Barbacane R. C., Di Luzio S.,
Conti P. Impact of extremely low frequency electromagnetic fields on cd4 expression
in peripheral blood mononuclear cells // Molecular and Cellular Biochemistry. 1999.
V. 201, № 1-2. P. 49-55.
3. Пустовалова Л. М., Загреба Н. Д., Кубракова М. Е. Влияние излучения
сотовых телефонов на показатели нуклеинового обмена в слюне//Фундаментальные исследования. 2006. № 9. С. 24.
4. Алейник Д. Я., Заславская М. И., Корнаухов A. B., Полякова А. Г. Некоторые биологические эффекты КВЧ-излучения. // Бюллетень экспер. биол. и медицины. -1999,-№5.-С. 516-518.
5. Камышников В. С. «Клинические лабораторные тесты от А до Я и диагностические профили». Справ. Пособие / В. С. Камышников. – М.: МЕД прессинформ, 2007г. с. 186, 209-210
6. Головина Н. А., Тромбицкий И. Д. Гематология прудовых рыб. Кишинев.1989.
7. Назарова Е. А., Заботкина Е. А. Особенности лейкоцитарного сосотава
почек у некоторых видов пресноводных и морских костистых рыб// Биология
внутренних вод. 2010. № 2. С. 92-97.
АГРОФИТОЦЕНОЗ УКРОПА
ПОД ВЛИЯНИЕМ РАЗЛИЧНЫХ СИСТЕМ УДОБРЕНИЙ
Р. Р. Енгалычев
Российский государственный аграрный университет, г. Москва
Как лекарственное растение в народной медицине укроп известен
очень давно. Он обладает седативным, спазмолитическим, послабляющим, мочегонным, отхаркивающим действием, усиливает секрецию пищеварительного тракта, оказывает успокаивающее действие,
способствует расширению и укрепление сосудов, увеличивает количество молока у кормящих женщин. Зелень укропа рекомендуется использовать в диетическом питание при ожирении, заболевание печени, желчного пузыря, почек, гастритах. Настой укропного семени
55
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
применяют при атеросклерозе сосудов головного мозга и сердца, при
стенокардии, гипертонической болезни и т.д. Поэтому укроп выращивают повсеместно.
Изучение влияния различных систем удобрений на агрофитоциноз укропа проводилось в «ОПБ ВНИИССОК» в 2007 -2011 г. на дерново-подзолистой почве. В опыте применяли экологически чистые
виды органических удобрений: 1) навоз конский 15т/га на 1га севооборотной пашни, 2) зеленная масса пласта козлятника 36.5т сырой
или 9.8т/га сухой массы, 3) Зеленая масса вико-овса (22,0 т/га сырой
или 4.8т/га сухой массы), 4) контроль.
Полное минеральное удобрение N60P45K45 в виде азофоски, повторность опыта четырехкратная, варианты размещались рендомезированно.
Результаты исследований показали, что заделка в почве органической массы способствует изменению пищевого режима дерновоподзолистой почвы, а так же оказывала влияние на овощные культуры.
Определение урожайности семян укропа показала, что под влиянием органических удобрений рост продуктивности составлял: при
использование сидерата – 12,6%, навоза – 19,6 и козлятника 26,3% к
фону (контроль – без использование органических удобрений).
Эффективность минеральных удобрений во многом определялась
фоном на котором они использовались. Если в среднем по опыту прибавка урожайности составляла -14%, то на фоне конского навоза она
была на уровне 11,2%, а на фоне козлятника – 16,9%.
ОЦЕНКА ВЕРХНИХ ЛЕТАЛЬНЫХ ТЕМПЕРАТУР
И ПОВЕДЕНИЯ МОЛОДИ РЫБ
В СУБЛЕТАЛЬНОЙ ЗОНЕ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ
Д. С. Капшай, В. К. Голованов
Институт биологии внутренних вод им. И. Д. Папанина РАН,
e-mail: kapshbio@rambler.ru, vkgolovan@mail.ru
Приспособление к меняющимся условиям среды – важная особенность всех живых организмов. Численность, разнообразие и распространение гидробионтов в значительной мере определяются эффективностью их адаптационных механизмов. Среди адаптаций к
абиотическим и биотическим факторам среды особый интерес вызывают температурные. Это обусловлено тем, что температура как фактор влияет на все стороны жизнедеятельности рыб, обитающих в пре56
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
сноводных и морских водоемах (Голованов, 1997; Озернюк, 2000).
Установлено, что температурные требования рыб определяются комплексом адаптаций, которые они используют в различные периоды
своих сезонных и жизненных циклов (Голованов, 2010).
Принято считать, что температурные условия среды, наряду с
трофическими, в наибольшей степени определяют условия роста, накопления биомассы и, в конечном счете, продуктивности популяций
рыб, обитающих в пресных водах. Взаимодействие именно этих двух
факторов определяет особенности поведения и распределения рыб, а
также их суточные и сезонные миграции. Тем не менее, по крайней
мере, в эксперименте показано, что в сочетанном действии двух факторов температура более важна (Смирнов, Голованов, 2011).
При мониторинге окружающей водной среды всегда возникают
вопросы, насколько благоприятны или опасны для рыб условия в естественном водоеме в норме и, напротив, при антропогенном воздействии, например, в зонах так называемого «термального загрязнения» – районах сброса подогретых вод ГРЭС, АЭС и крупных
промышленных предприятий. В последние годы в летнее время участились случаи аномально высоких температур в водоемах Верхней
Волги. Качественную и количественную оценку температурных требований рыб призваны решить методы определения их оптимальных
и пессимальных норм жизнедеятельности (Голованов и др., 1997; Голованов, 2010; Капшай, Голованов, 2009а).
Особый интерес при постановке опытов по определению верхних
летальных температур вызывает изучение поведенческих особенностей рыб при экспериментальном нагреве воды. Результаты таких
опытов (применительно к температурным адаптациям рыб) в настоящее время сравнительно редко отражены в отечественной и зарубежной литературе.
Цель настоящего исследования – определение верхних летальных
температур (ВЛТ) при фиксированной скорости нагрева 8.5°С/ч у молоди обыкновенного карпа Cyprinus carpio (L.), плотвы Rutilus rutilus
(L.) и речного окуня Perca fluviatilis L., акклимированных к температурам 20°С и 28°С, а также определение особенностей поведенческих
реакций данных рыб при нагреве воды.
Отлов экспериментального материала производили: молоди карпа в возрасте 0+ из прудов Стационара экспериментальных и полевых
исследований «Сунога» ИБВВ РАН. Молодь окуня и плотвы в возрасте 0+ отлавливали мальковой волокушей в прибрежье водохранилища. В экспериментах по изучению ВЛТ пойманных рыб помещали в
57
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
аквариумы, температура акклимации в которых равнялась 20°С и
28°С. В течение этого срока производилось кормление рыб, а также
наблюдение за их состоянием. Морфометрические показатели исследованных рыб в опытах с карпом, плотвой и окунем, акклимированными к температуре 20°С, составили: длина – 68.3±2, 64.2±3, 42.2±0.8
мм соответственно, масса – 10.6±0.8, 4.0±0.6, 1.1±0.1 г соответственно. В опытах с температурой акклимации 28°С аналогичные данные
составили: длина – 64.3±1.9, 35.1±1.0, 48.4±2.2 мм соответственно,
масса – 8.7±0.8, 0.7±0.1, 1.6±0.2 г соответственно.
Для определения верхних летальных температур (ВЛТ) использовали общепринятый метод критического термического максимума
(КТМ). Принцип этой методики (острое летальное воздействие) заключается в линейном повышении температуры воды от исходной
температуры акклимации до температуры, при которой у рыб наступает потеря локомоторных функций. В конце опыта фиксировались
«точка переворота» особи, т.е. форма локомоторного ответа рыб, заключающаяся в потере равновесия (переворот на спину или бок, или
КТМ). После переворота особь, помещенная в исходные условия, еще
могла восстановить жизненно важные функции организма. Последним пунктом регистрации данных являлось фиксирование летальной
температуры (по последнему хлопку жаберных крышек, или ЛТ), после чего происходили необратимые физиологические изменения, несовместимые с жизнью. Нагрев производился кипятильником мощностью 0.63 кВт, что соответствовало повышению температуры воды со
скоростью в среднем 8–10 °С/ч.
Методика анализа поведения рыб при нагреве заключалась в обработке количественно посчитанных реакций (всплытия к поверхности, рывки), по которым можно проследить динамику поведения на
протяжении всего периода нагрева. Другие реакции (качественные)
служили для описания своеобразного «портрета» поведенческой картины. При анализе поведения весь температурный диапазон от начала
нагрева и до гибели особи (ЛТ) разбивался на поддиапазоны (интервалы) величиной в 3–4°С. Это позволяло более детально оценивать
изменение поведенческих реакций молоди рыб при нагреве, а также
уточнять, при каком уровне термального воздействия начинают проявляться те или иные различия в поведении особей.
Экспериментальные данные по определению КТМ и ЛТ молоди
рыб представлены на рис. 1. В двух опытах с сеголетками карпа при
температуре акклимации 20°С уровень показателей КТМ составил
35.6±0.1°С, уровень значений ЛТ – 36.5±0.2°С. Соответственно, в
58
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
двух опытах с особями, акклимированными к температуре 28°С, уровень показателей КТМ составил 39.7±0.1°С, уровень значений ЛТ –
40.5±0.1°С. Плотва при температуре акклимации 20°С исследовалась
в одном опыте, показатели КТМ и ЛТ составили 32.0±0.3°С и
32.6±0.3°С соответственно. В двух экспериментах с сеголетками
плотвы, акклимированными к 28°С, значение КТМ составило
36.5±0.1°С, а ЛТ – 37.5±0.1°С. Молодь окуня исследовались в двух
опытах. При температуре акклимации 20°С уровень показателя КТМ
составил 32.0±0.1°С, ЛТ – 33.3±0.2°С. Также были исследованы сеголетки окуня, акклимированные к 28°С, уровень их значений КТМ и
ЛТ составил 35.8±0.1°С и 36.2±0.1°С соответственно.
42
–1
Температура, °С
40
–2
38
36
34
32
30
28
Карп*
Карп**
Плотва*
Плотва**
Окунь*
Окунь**
Рис. 1. Верхние летальные температуры молоди рыб. 1 – КТМ, 2 – ЛТ.
* – температура акклимации 20°С, ** – температура акклимации 28°С.
Исследованные нами представители семейства карповых и окуневых – карп, плотва и окунь по температурным критериям жизнедеятельности относятся к разным группам. Карп – наиболее эвритермный, теплолюбивый и термоустойчивый вид. Плотва и окунь –
представители эвритермных видов, т.е. сравнительно термоустойчивых и теплолюбивых видов (Голованов, 2010) В связи с этим наибольшие показатели КТМ из исследованных видов, при «летних»
температурах акклимации (20°С), как и ожидалось, продемонстрированы у сеголетков карпа (35.6°С). У плотвы и окуня, как представителей сравнительно эвритермных видов, в аналогичных условиях, КТМ
оказался идентичным по значению и составил 32°С. В более ранних
59
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
опытах молодь карпа, акклимированная к температурным условиям в
20°С, при скорости нагрева 10°С/ч показала уровень показателей
КТМ, практически идентичный полученным данным – 35.8°С (Голованов, Смирнов, 2007).
По данным тех же авторов у молоди плотвы, акклимированной к
летним температурам 20°С, значение КТМ, равное 33.1°С, близко к
нашим результатам (Голованов, Смирнов, 2005). Молодь окуня при
акклимации к температуре воды 20°С (летний сезон) и скорости нагрева 10°С/ч, показала уровень значений КТМ, равный 32.6–33.1°С,
что несколько выше полученных нами данных (Голованов, Смирнов,
2005) Что касается сравнения ВЛТ, исследованных видов с другими,
имеющимися в литературных источниках, то они следующие. У серебряного карася Carassius auratus (L.) – наиболее эвритермного, теплолюбивого и термоустойчивого вида (аналогичного карпу), при акклимации к температуре 21°С и скорости нагрева 10 °С/ч значение
КТМ равнялось 38°С (Смирнов, Голованов, 2004). Показатель КТМ
щуки Esox lucius L., представителя менее эвритермных видов, при
акклимации к температуре 20°С и аналогичной скорости нагрева, составил 33.5°С (Капшай, Голованов, 2009б). У молоди леща при скорости нагрева ~ 5°С/ч в летний сезон значения КТМ составили 34.3°С
(Лапкин и др., 1990).
При акклимации к высоким температурам (28°С) наибольший
уровень значений КТМ показал карп (39.8°С), показатели КТМ плотвы и окуня были примерно одинаковыми – 36.6°С и 35.8°С соответственно. На основе этих экспериментальных данных можно сделать вывод, что у исследованных видов, как и у большинства других, при
повышении температуры акклимации увеличиваются и ВЛТ. У карпа
на 4.2°С, плотвы – 4.6°С, окуня – 3.8°С. При обеих температурах
акклимации ЛТ у всех трех видов в сравнении с соответствующими
показателями КТМ возрастают на величину 0.4–1.4°С.
Анализ зависимости уровня ВЛТ (по значениям КТМ и ЛТ) от
уровня температур акклимации рыб позволяет уточнить, насколько
смещаются уровни температурных границ жизнедеятельности молоди
исследованных видов при повышении температур окружающей среды. Экстраполировав эти данные, можно спрогнозировать ситуацию в
естественных водоемах при повышении температур воды в летний сезон, а также последствия кратковременных аномально высоких температур (30–35°С).
60
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
16
14
12
10
8
6
4
2
0
1
б
80
2
60
3
40
20
0
16 - 19
40
100
а
20 - 22
1
23 - 25
26 - 28
16 - 19
29 - 34
в
350
2
250
20
3
200
23 - 25
26 - 28
29 - 34
г
300
30
20 - 22
150
10
100
50
0
27-29
30-33
0
34-38
27-29
30-33
34-38
Рис. 2. Поведенческие реакции карпа, плотвы и окуня при нагреве.
1 – карп, 2 – плотва, 3 – окунь. Ось абсцисс – температура воды,°С;
ось ординат – количество реакций. а, б – количество рывков
при температуре акклимации 20°С и 28°С; б, г – количество всплытий
к поверхности при температуре акклимации 20°С и 28°С соответственно
Результаты регистрации поведенческих реакций молоди рыб при
нагреве воды представлены на рис. 2. Все наблюдаемые поведенческие реакции разделялись на две группы – «количественные» реакции, которые статистически обрабатывались (рывки, всплытия к поверхности) и «качественные» реакции (затаивание, нахождение
продолжительного времени в определенных частях аквариума или
«отстаивание», движение кругом, передвижение назад (т.е. вперед
хвостом), которые позволяли более полно охарактеризовать картину
поведения сеголетков рыб.
При анализе поведения по мере нагрева определены характерные
черты, свойственные для каждого вида рыб. Можно выделить сле61
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
дующие тенденции поведения разных видов при нагреве. Поведение
рыб в первых диапазонах в начале нагрева практически не отличалось
от поведения рыб в обычных условиях. Из этого можно сделать вывод
о том, что рыбы нейтрально относятся к повышению температуры относительно начального уровня на 3–4°С, что вполне объяснимо фактом колебания температуры воды в естественных условиях. У окуня
реакции начинают проявляться только в летальном поддиапазоне, то
есть повышение воды даже на 10–12°С не сказывается на поведение
данных видов. Таким образом, молодь окуня можно признать более
устойчивой по отношению к повышению температуры среды. Летальный поддиапазон у всех трех видов характеризовался повышением таких реакций, как рывки и всплытия к поверхности.
Плотва по количеству рывков при температуре 20°С была активнее, чем при 28°С. Высоким уровнем активности отличался карп, особенно по количеству всплытий к поверхности. В целом, по данным
реакциям, наиболее резко отличался карп; плотва и окунь, за небольшими исключениями, были похожи по ответным реакциям на нагрев
воды. Аналогичные экспериментальные данные по другим видам рыб
малочисленны и не позволяют сравнить полученные материалы в
сравнительном плане.
Полученные результаты могут быть использованы в мониторинге
состояния, поведения и распределения молоди рыб как в естественных условиях в случаях аномально высоких температур, так и в зонах
сброса подогретых вод ГРЭС, АЭС и крупных промышленных объектов.
Литература
1. Голованов В. К. Термоадаптации – критерии поведения и распределения
рыб в естественной и экспериментальной среде // Поведение рыб. Материалы
докладов IV Всероссийской конференции с международным участием. 19–21 октября 2010 г. Борок, Россия. М: АКВАРОС, 2010. С. 43–49.
2. Голованов В. К., Свирский А. М., Извеков Е. И. Температурные требования рыб Рыбинского водохранилища и их реализация в естественных условиях //
Современное состояние рыбных запасов Рыбинского водохранилища. Ярославль, ЯрГТУ, 1997. С. 92–123.
3. Голованов В. К., Смирнов В. К. Влияние скорости нагрева на термоустойчивость карпа Cyprinus carpio в различные сезоны года // Вопр. ихтиол. 2007.
№ 47. № 4. C. 555–561.
4. Капшай Д. С., Голованов В. К. Термопреферендум молоди карповых и
окуневых видов рыб Верхней Волги // Биологические ресурсы Белого моря и
внутренних водоемов Европейского Севера. Материалы XXVIII Международной
62
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
конференции, 5–8 октября 2009 г., г. Петрозаводск, Республика Карелия, Россия.
Петрозаводск: КарНЦ РАН, 2009а. С. 262–266.
5. Капшай Д. С., Голованов В. К. Верхние летальные температуры и термопреферендум молоди щуки Esox lucius L. // Рибне господарство (Киев). 2009б.
Вып. 66. С. 65–70.
6. Лапкин В. В., Голованов В. К., Свирский А. М., Соколов В. А. Термоадаптационные характеристики леща Abramis brama (L.) Рыбинского водохранилища // Структура локальной популяции у пресноводных рыб. Рыбинск. 1990. С.
37–85.
7. Озернюк Н. Д. Температурные адаптации. М.: Изд-во Московского ун-та,
2000. 205 с.
8. Смирнов А. К., Голованов В. К. Сезонная динамика верхних летальных
температур у молоди карповых и окуневых видов рыб // Биологические ресурсы
Белого моря и внутренних водоемов Европейского Севера. IV (XXVII) Международная конференция, посвященная памяти профессора Л. А. Жакова (1923 –
2005). Сборник материалов. Часть 2. Вологда, 5–10 декабря 2005 г., Вологда,
Россия. Вологда, 2005. С. 145–148.
9. Смирнов А. К., Голованов В. К. Влияние различных факторов на термоустойчивость серебряного карася Carassius auratus (L.) // Биол. внутр. вод, 2004.
№ 3. С. 103–109.
10. Смирнов А. К., Голованов В. К. Распределение речного окуня Perca
fluviatilis L. в термоградиентных условиях в зависимости от местоположения
корма // Вопр. рыболовства. 2011. Т. 12. № 1(48). (В печати).
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ АНТРОПОГЕННОГО ОСВОЕНИЯ
ТЕРРИТОРИИ ВОДОСБОРНОГО БАССЕЙНА р. ОБДЕХ
О. М. Татарников, Н. В. Карпухина
Псковский государственный педагогический университет, e-mail: info@ psksu.ru
Московский государственный университет, e-mail: zemanata1@ rambler. ru
Река Обдех (Бдеха) принадлежит к бассейну Псковско-Чудского
озера. Территория ее водосборного бассейна занимает участки поверхности структурных склонов девонской и ордовикской куэст, выработанных в толще карбонатно-терригенных пород верхнего палеозоя денудационными процессами за мезо-кайнозойский геоморфологический этап развития северо-запада Русской равнины в толще
карбонатно-терригенных пород верхнего и среднего девона. Пласты
этой толщи перекрыты маломощным (2-5 м) покровом четвертичных
ледниковых и водно-ледниковых осадков (Исаченков, 1969; 1970; Татарников, Павлов, 1992;: Татарников и др., 1995, 2006; 2009). Водная
система данной реки образована в верховье р. Смолкой, впадающей в
оз. Городищенское, р. Сходницей (Сводницей), соединяющей данное
озеро с оз. Мальским и вытекающей из последнего р. Обдех, которая
63
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
впадает в Анохову губу Псковского озера. Эта система наследует и
дренирует полупогребенную Изборско-Мальскую (Староизборскую)
доледниковую долину, врезанную в верхнюю часть структурного
склона девонской куэсты, а за ее уступом – в поверхность прикуэстовой равнины, занимающей нижнюю часть структурного склона ордовикской куэсты. Наиболее ярко прадолина р. Обдех выражена на ее
отрезке между н.п.п. Старый Изборск- Малы- Вашина гора, где ее
ширина достигает 300-500 м при глубине до 50 м. Поверхность современного днища долины плоская, что обусловлено заполнением
нижней части ее доледникового вреза четвертичными гляцигенными
осадками, мощность которых здесь достигает 30-60 м. Она занята заболоченной поймой р. Обдех, осложнена котловинами вышеназванных озер и конусами выноса крупных склоновых балок.
В тектонико-структурном отношении территория водосборного
бассейна р. Обдех накладывается на восточный склон Печорского купола Хааньяско-Локновского тектонического поднятия, в связи с чем
пласты девонских карбонатных пород здесь залегают моноклинально
с падением в юго-восточном направлении под углом в 1,5-2º (около
10м на 1 км) и отличаются повышенной трещиноватостью с направлениями фоновых азимутов СЗ – 310-320º и СВ – 30-60º ( Брунс,1967;
Исаченков и др.,1976; Паасикиви. 1966; Шульц, 1958)).
В ландшафтном отношении территорию водосборного бассейна
р. Обдех, следуя принципу бассейного анализа, предлагается рассматривать как самостоятельный Изборский ландшафт, границами которого являются водораздельные линии.
Особенности геолого-тектонического строения определяют преобладание подземного стока над поверхностным в питании водной
системы р. Обдех. Главными источниками питания при этом являются средний (снетогорско-бурегский) и нижний (швентойский) постоянные горизонты межпластовых напорных подземных вод, выходы
которых в виде многочисленных источников имеются на склонах
древней долины. Верхний горизонт грунтовых вод, в связи с маломощной толщей рыхлых четвертичных отложений, существенного
значения в питании данной речной системы не имеет. Следует отметить, что граница водосборного бассейна подземного стока девонских
водоносных горизонтов, питающих р. Обдех и ее притоки, простирается далеко на запад, за пределы области поверхностного стока и проходит по осевой зоне Печорского купола Хааньяско-Локновской брахиантиклинали (Татарников и др., 2006; Шебеста А., Шебеста Е.,
2006).
64
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Территория водосборного бассейна р. Обдех является районом
давнего антропогенного освоения, что подтверждается находками
кремневых орудий производства мезолитического и неолитического
человека при археологических раскопках поселений, существовавших
в устье р. Смолки, на месте Труворова городища, у д. Захново, у д.
Лезги и в др. местах. Эти поселения, принадлежавшие угро-финским
племена, представляли собой неукрепленные селища, обитатели которых занимались собирательством, охотой и рыболовством. Подобная присваивающая система хозяйства находилась в равновесии с
природными процессами, и поэтому аборигенная антропогенная нагрузка того времени не нарушала естественных взаимосвязей, сложившихся между компонентами Изборского ландшафта.
Увеличение антропогенной нагрузки на природные и особенно
биотические компоненты Изборского ландшафта возрастает во время
колонизации этой территории племенами славян-кривичей, пришедших сюда, как показывают данные археологических раскопок на Труворовом городище, с юго-запада из бассейна р. Вислы в первой половине первого тысячелетия нашей эры (Седов, 1982 и др.). Кривичские
поселения, как правило, наследовали здесь местоположение селищ
аборигенов и представляли собой относительно крупные, нередко укрепленные, населенные пункты, являющиеся уже центрами ремесел,
торговли и подсечно-огневого земледелия. Подобная система земледелия обеспечивала антропогенную нагрузку, в первую очередь, на
первичные фитоценозы сформировавшейся здесь в субатлантическом
периоде голоцена подзоны южной тайги и на почвенный покров. Эти
первичные сосново-еловые и елово-сосновые фитоценозы с элементами широколиственных пород (дуб, вяз, липа, лещина) постепенно
стали заменяться открытыми пространствами сельхозугодий, которые
при их забрасывании зарастали кустарниками и вторичными мелколиственными лесами. Так, например, уже в раннее средневековье в
окрестностях наиболее крупного поселения того времени – Труворова
городища – в значительной мере был сведен естественный лесной покров, на что указывают появившиеся тогда топонимы, такие как
«Словеновское поле», «Чудское поле», «Бранное поле» и др. Как показывает анализ карт Генерального межевания, к концу XVIII – началу XIX веков на значительной части территории водосборного бассейна р. Обдех уже были уничтожены первичные южно-таежные
фитоценозы и произощла их замена различными сельхозугодьями.
Эта тенденция расширения площади сельхозугодий за счет сведения
лесных массивов сохраняется здесь и в первой половине XX века, на
65
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
что указывает использование из-за недостатка древесного топлива на
нужды отопления в основном торфа, добываемого на заболоченной
пойме р. Обдех (Сухое болото) и в окрестных болотах (Милицкое,
Третьяковское и др.).
Сведение лесов, распашка сельхозугодий, выпас крупно- и мелкорогатого скота ускорили процессы поверхностного и подземного
стока атмосферных осадков, вызвало понижение уровня подземных
вод в саргаевско-бурегском горизонте, увеличило объемы твердого
стока в речной системе, что в свою очередь привело к активизации
процессов водной эрозии и оживлению оползневых процессов на
склонах Изборско-Мальской долины, а на плакорных водораздельных
пространствах – активизацию процессов покрытого карста. Доказательством провокации этих природных процессов антропогеным фактором служит появление врезов в тальвеги склоновых балок донных
оврагов, рост количества и размеров карстовых воронок и карстовых
оврагов, постепенное заиление органо-минеральными осадками озерных впадин и сокращение площади акватории проточных озер за счет
их зарастания. Свой вклад в результаты деятельности этих процессов
внесли также достаточно масштабные мелиоративные работы в верховье р. Смолки и в юго-западной части водосборного бассейна р.
Обдех, произведенные в 70-80 г.г. прошлого века.
Некоторое снижение антропогенной нагрузки на абиотические и
биотические компоненты территории водосборного бассейна р. Обдех
отмечается в последнее десятилетие XX века и первое десятилетие
XXI века, что объясняется социально-демографическими причинами,
а именно развалом системы коллективного сельскохозяйственного
производства и уменьшением здесь населения. Следствием этих причин явилось резкое сокращение площади используемых сельхозугодий. В связи с этим ныне наблюдается постепенное зарастание заброшенных сельхозугодий кустарниками и массивами мелколиственных лесов, сокращение и зарастание сети полевых дорог,
прекращение функционирования траншейно-дренажных мелиоративных систем, и, таким образом, отмечается некоторое «одичание»
природно-антропогенного ландшафта, сложившегося здесь к 90-м годам прошлого века (Татарников и др, 2009). В то же время, в связи с
организацией в эти же годы в пределах большей части территории
водосборного бассейна р. Обдех Изборского природно-ландшафтного
и историко-архитектурного музея-заповедника и возрастающей популярности его природных, культовых, этнографических и фортификационных памятников, у туристов из различных регионов России по66
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
степенно увеличивается уровень рекреационной эксплуатации на участке Изборско-Мальской долины, расположенном в окрестностях дд.
Старый Изборск, Конечки, Брод, Малы. По самым ориентировочным
подсчетам, в год количество рекреантов достигает 200 000 тыс./чел.
Однако, нынешний стихийный и слабо регулируемый организованный уровень рекреационной деятельности, направленность охранных
мероприятий, главным образом на реставрацию историко-архитектурных и этнокультурных памятников на территории музея- заповедника и отсутствие мероприятий по уходу и поддержанию его ландшафтной основы чреваты в будущем одичанием современного
природно-антропогенного ландшафта, являющегося субстратом историко-архитектурного наследия данной местности.. При этом природный субстрат этого наследия утратит такие важные рекреативные
свойства, как визуальность и пейзажное разнообразие и, как следствие, существенно снизит привлекательность данной территории для
рекреантов.
Литература
1. Брунс Е. А. Стратиграфия девонских и доордовикских отложений западной части Русской платформы. Советская геология, 1957. №59. С.3-24.
2. Исаченков В А. О девонской куэсте на территории Псковской области.
Уч. зап. Псков. пед. Ин-та. География и биология, 1969. Вып.22. С. 3-10.
3. Исаченков В. А. Новые данные о о куэстовом рельефе Северо-Запада
Русской равнины. Вестн. МГУ. Сер.5. География, 1970. №1. С. 117-120.
4. Исаченков В. А., Митасов В. И., Татарников О. М. Геоморфологические
линеаменты Северо-Запада Русской равнины. Вопросы планетарной трещиноватости. Л.: ГО СССР, 1976. С. 34-39.
5. Паасикиви Л. Б. Геологическое строение и история развития ХааньяЛокновского и Мынистского поднятий. Поиски малоамплитудных структур на
Северо-Западе Русской платформы. Вопросы разведочной геофизики №5. Л.:
1966. С. 86-97.
6. Седов В. В. Восточные славяне VI – ХIII в. в.. Археология СССР. М.:
1982. С. 172-184.
7. Татарников О. М., Павлов С. Ю. Ландшафтно-экологическая характеристика территории водосборного бассейна р. Обдех. Экологические проблемы
Северо-Запада России. Псков: ПГПИ. Псков отд РГОЮ 1992. С. 58-64.
8. Татрников О. М. Лесненко В. К., Михайлов И. И. О сохранности фрагмента девонской куэсты на территории Псковской низины. Геоморфология №4,
1995. С. 58-64.
9. Татарников О. М., Сенькин О. В., Шебеста А. А. Морфологическая
структура, эволюция и проблемы охраны природных ресурсов Изборского
ландшафта. М-лы конф. «Изборск и его округа». Изборск: 2006. С. !172-182
67
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
10. Татарников О. М., Сенькин О. В., Шебеста А. А. Палеогеография и современность Изборского ландшафта. М-лы конф. «Изборск и его округа». Изборск, 2009. С. 129-138.
11. Шебеста А. А., Шебеста Е. А. Охрана и рациональное использование
подземных вод Изборско-Мальской долины. М-лы конф. «Изборск и его округа». Изборск, 2006.С. 158-166.
12. Щульц С. С. О связи рельефа и новейшей тектоники со структурой северо-западеой и западной частей Русской платформы. Тр. Лаб. Аэрометодов АН
СССР. 1958. С. 62-84.
ПРОСТРАНСТВЕННОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ
ОРГАНИЧЕСКИХ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ
В ЭКОСИСТЕМЕ РЫБИНСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА
(РЕТРОСПЕКТИВНЫЙ АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР)
Г. М. Чуйко, В. В. Юрченко, А. А. Морозов, В. А. Подгорная
Институт биологии внутренних вод им. И. Д. Папанина РАН, Борок,
e-mail: gko@ibiw.yaroslavl.ru
Одна из актуальных экологических проблем современного индустриального общества – антропогенное загрязнение пресноводных
объектов. Оно приводит к ухудшению качества водных ресурсов, негативно влияет на состояние водных животных и экосистем и представляет угрозу здоровью человека. В ряду самых распространенных
в настоящее время и опасных для живых организмов групп загрязняющих веществ (ЗВ) – полициклические ароматические углеводороды
(ПАУ) и стойкие органические соединения (СОЗ). Из последних в
России наиболее часто встречаются хлорорганические пестициды
(ХОП: дихлордифенилтрихлорэтан ДДТ, гексахлорциклогексан
ГХЦГ, гексахлорбензол ГХБ, полихлорпинен ПХП) и полихлорированные бифенилы (ПХБ).
СОЗ практически нерастворимы в воде, но хорошо растворимы в
жирах, обладают высокой стойкостью к действию природных факторов, способны продолжительное время циркулировать в окружающей
среде, передаваясь по трофическим сетям, и накапливаться на высших
уровнях трофических пирамид. ПАУ представлены широким спектром разнообразных соединений, многие из которых сходны по вышеприведенным свойствам с СОЗ, другие – достаточно гидрофильны,
менее устойчивы к действию внешних факторов и легче подвергаются
метаболическим превращениям. Нерастворимые в воде ПАУ и СОЗ
при попадании в водный объект со сточными водами, быстро сорби68
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
руются на взвешенных минеральных и органических частицах, с которыми разносятся течением на достаточно далёкие расстояния и оседают на дно в местах их седиментации, откуда по трофическим цепям
попадают в биоту (Чуйко и др., 2010). Обе группы соединений обладают преимущественно хронической токсичностью, что проявляется
в различных патологических изменениях функционирования организма на молекулярно-генетическом, биохимическом, клеточнотканевом, физиологическом и поведенческом уровнях. Для животных
они токсичны в микрограммовых количествах на 1 кг массы. В конечном итоге это заканчивается гибелью животных или их неспособностью к нормальному воспроизводству, что вызывает снижение численности популяции вплоть до полного её исчезновения. Для
человека опасность представляет потребление в пищу воды и рыбы,
содержащих высокие количества СОЗ и ПАУ.
Рыбинское водохранилище (58o30' с.ш., 38o20' в.д.) – один из
крупнейших пресноводных искусственных водоемов в России, образованный в Молого-Шекснинской низине в 1941-47 гг. на месте слияния трех крупных рек: Волги, Мологи и Шексны после строительства
гидроузла выше г. Рыбинска на рр. Шексна и Волга (рисунок). Соответственно руслам этих рек выделяют Волжский, Моложский и
Шекснинский, а также Центральный плесы. Основные гидроморфометрические характеристики водохранилища: объем – 25,5 км3, площадь зеркала – 4550 км2, площадь мелководий – 2553 км2, длина – 250
км, максимальная ширина – 56 км, максимальная глубина – 30 м, коэффициент водообмена – 1.9 год-1 (Буторин и др., 1975). С момента
своего образования водохранилище подвергалось постоянному антропогенному химическому загрязнению за счет водного транспорта,
диффузного склонового стока с прилегающих сельскохозяйственных
территорий и поступления коммунально-промышленных сточных вод
из расположенных на его побережье населенных пунктов. Крупнейшим среди них является г. Череповец, находящийся в северной части
водохранилища в месте впадения в него р. Шексны и обладающий
мощным индустриальным комплексом, который включает в себя
крупнейшее в Европе металлургическое производственное объединение ОАО «Северсталь», химическое объединение «Аммофос» и ряд
других предприятий (Флеров, 1990а; Колпакова и др., 1996).
69
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
\
Карта-схема Рыбинского водохранилища с местами отбора проб
Несмотря на постоянную интенсивную антропогенную нагрузку
на водохранилище, регулярного организованного мониторинга за
уровнем содержания ПАУ СОЗ в его экосистеме до сих пор не ведется. Имеются лишь разрозненные исследования по отдельным группам
ЗВ, выполненные в разные годы, главным образом, в Институте биологии внутренних вод РАН (ИБВВ РАН) разными исследователями.
Цель работы – обобщить данные об уровнях содержаниях и пространственном распределении ПАУ и некоторых СОЗ в элементах
экосистемы Рыбинского водохранилища за период до 2006 г.
В течение 25 лет после окончательного формирования водохранилища в современных границах (1947 г.) исследований по содержанию ЗВ в его экосистеме практически не проводились. Одна из первых работ выполнена лишь в 1978 г., когда были определены
остаточные количества некоторых ХОП в рыбах, обитающих у юго70
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
восточного побережья водохранилища в Центральном (ст.6-8) и
Волжского (ст.3) плесов (Майер и др., 1981). Было установлено, что
суммарное содержание в целой рыбе (плотва, щука) ДДТ и его метаболитов, полихлорпинена (ПХП) и линдана
γ ( -ГХЦГ) варьирует в
пределах 2 – 3200, 230 -1000 и 0 – 11 нг/г влажной массы (в.м.) соответственно. При этом содержание данных ЗВ у рыб старших возрастных групп и у плотвы по сравнению со щукой было выше. Выявленные уровни ХОП не были билогически значимы и находились в
пределах фоновых значений.
В 1987-88 гг. было проведено первое комплексное экотоксикологическое обследование водохранилища. Оно последовало сразу после
крупномасштабного аварийного сброса концентрированной серной
кислоты, произошедшего зимой 1986-87 гг. на ОАО «Северсталь» и
«Аммофос» в г. Череповец и приведшего к её прямому поступлению в
р. Кошта (>1000 м3) и на внутризаводские и общегородские биологические очистные сооружения. В результате гибели активного ила последние были выведены из строя и городские сточные воды и промышленные стоки, содержащие ПАУ, с января по май 1987 г.
поступали напрямую в северную часть Шекснинского плеса, что вызвало серьезное загрязнение этой части водохранилища (Флеров,
1990а). К сожалению, результаты химического анализа содержания
ПАУ, выполненные в ходе этого обследования были опубликованы в
неполном объеме, поэтому их достаточно трудно интерпретировать.
Тем не менее, из них следует, что в феврале-марте 1987 г. в воде
Шекснинского плеса в 28-30 км ниже по течению от г. Череповец (ст.
14) суммарная концентрация 7 ПАУ (нафталин и его производные,
дифенил, дигидроаценафтилен, флуорен, дибутилфталат, диоктилфталат, дибензофуран) составляла 77 мкг/л (Флеров, 1990б), в мае она
снизилась до 3.52 мкг/л, а в октябре эти соединения в воде не обнаруживались совсем (Козловская и др., 1990). В рыбе (плотва Rutilus
rutilus L) суммарное содержание данных ПАУ, исключая диоктилфталат (вместо него определялись производные бензола) на участке 15-45
км (ст.11-19) ниже города равнялось в эти же месяцы соответственно
11110-16840, 330-414 мкг/кг в.м. и ниже предела обнаружения. В югозападной части Волжского плеса на расстоянии около 140-150 км от г.
Череповец (ст. 2-4), куда в силу гидрологических особенностей водохранилища городские сточные воды не могут попасть, уровень ПАУ в
рыбе варьировал в пределах 50-242 мкг/кг в.м. В месте наибольшего
загрязнения содержание таких ПАУ как дигидроаценафтилен и производные нафталина в рыбе было соответственно в 160 и 366 раз вы71
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ше, чем в воде (Козловская и др., 1990). В октябре 1987 г. 6 ПАУ (метилнафталин, дифенил, диметилфталин, аценафтен, дибензофуран,
флуорен) обнаружены в донных отложениях (ДО) Шекснинского плеса. При этом величина их суммарного содержания в ДО зависела от
близости к источнику загрязнения. Так в месте непосредственного
сброса промышленных сточных вод в р. Кошта (ст.21) и на расстоянии 2 – 3 км (ст.20), 5-8 км (ст.19), 10-12 км (ст.18), 15-20 км (ст.15),
28-30 км (ст. 14), 35-40 км (ст.12, 13), 52 км (ст. 11), 90 км (ст. 25) и
110 км (ст. 26-28) ниже по течению её значения соответственно равнялись 21850, 1071, 242, 141, 120, 54, 198, 24 и 38 мкг/кг в.м. Т.е.,
уровень загрязнения ДО ПАУ в Шекснинском плесе постепенно снижался по мере удаления от источника загрязнения. Через год после
аварии, в марте 1988 г., суммарное содержание исследованных ПАУ в
рыбе снизилось и варьировало в пределах 47 – 289 и мкг/кг в.м. соответственно. При этом четкой зависимости их содержания от расстояния до источника загрязнения не наблюдалось, что, возможно, было
связано с активной миграцией рыб из района повышенного загрязнения после аварии в более чистые районы.
В 1990 г. исследовалось содержание в ДО и печени рыб (леща
Abramis brama L) 11 ПАУ: низкомолекулярных (НМ) – флюорантен,
пирен, и высокомолекулярных (ВМ) – бензофлюорен, бензантрацен,
хризен, бензо(e)пирен, перилен, бензо(a)пирен, дибензантрацен, бензо(ghi)перилен и коронен (Siddall et al., 1994). Было показано, что
суммарное содержание этих ПАУ в ДО северной части Шекснинского
плеса в 15-20 км ниже по течению от г. Череповец (ст.15, 17), в Моложском (ст.10) и Волжском (ст.2) плесах соответственно равнялось
1707-5203, 139 и 178 мкг/кг в.м. При этом доля НМ соединений варьировала в пределах 1.6-10.7 % от общей суммы ПАУ и содержание
флюорантена было ниже предела обнаружения. Среди ВМ ПАУ доминирующую роль играли бензо(e)пирен и перилен, доля которых составляла 31 и 60 % соответственно. В леще содержание ПАУ сильно
варьировало и средние значения не демонстрировали выраженной зависимости от удаленности места вылова рыбы от г. Череповец. Однако медианные значения общего содержания ПАУ в целом были несколько выше (477-783 мкг/кг) в Шекснинском плесе, чем в
Моложском и Волжском (394 и 156 мкг/кг).
Достаточно детальное исследование уровней пространственного
распределения ПАУ в экосистеме водохранилища выполнено в период 1989-1993 гг. (Козловская и др., 1997). Из 25 обнаруженных ПАУ
было идентифицировано 14: нафталин, флуорен, фенантрен, антра72
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
цен, флуорантен, пирен, бенз(в)флуорантен, бенз(к)флуорантен,
бенз(а)пирен, дибенз(а, h)антрацен, инденопирен, бенз(g,h,i)перилен,
хризен, трифенилен. Они были найдены в воде, ДО и в двустворчатых
моллюсках (дрейссена). Данные о содержании отдельных соединений
в работе не приведено. Их суммарное содержание варьировало: в воде
от 0.005 до 5.3 мкг/л, в ДО – от 0.9 до 822 мг/кг с.м., в дрейссене – от
0.002 до 0.733 мг/кг в.м., в рыбе (мышцы, печень) – от 4 до 150 мг/кг
в.м. Для воды, ДО и дрейссены была выявлена четкая зависимость
содержания ПАУ от расположения места отбора проб (о. Шумаровский, Коприно, Брейтово, Первомайские о-ва, Мякса, Любец, Торово,
р. Суда): чем ближе к г. Череповец, тем выше уровень их содержания.
Причем для воды повышенный уровень ПАУ обнаруживался на расстоянии до 10-15 км (ст.15, 18) ниже по течению от г. Череповец, а
для ДО – до 100 км. В 15-20 км (ст.30) выше г. Череповец ПАУ в элементах экосистемы водохранилища обнаружены в существенно более
низких количествах, в целом соответствующих фоновым или несколько выше (преимущественно в 1993 г): в воде 0.005-0.46 мкг/л, в
ДО – 3.9-5.17 мг/кг с.м. В течение трех лет наблюдений в наиболее загрязненном участке Шекснинского плеса фисировались 4-20 кратные
колебания в уровне содержания и дальности распространения ПАУ.
Максимальные показатели зарегистрированы в 1993 г. В рыбе какихлибо закономерностей пространственного распределения ПАУ в пределах водохранилища не прослеживалось, что может быть объяснено
их миграцией и (или) индивидуальными особенностями метаболизма
в организме разных особей. Не было обнаружено предпочтительной
биоаккумуляции ПАУ ни в мышцах, ни в печени, а также каким-либо
отдельным видом рыб (лещ, плотва, синец, судак, окунь, налим).
В этот же период наблюдений (1989-1993 гг.) впервые документально зарегистрировано присутствие в экосистеме водохранилища
ПХБ (Козловская и др., 1997). Они были обнаружены в ДО и биоте. В
воде ПХБ выявлены только в наиболее загрязненном районе (ст.21),
где их суммарная концентрация варьировала по годам от 0.16 до 0.33
мкг/л. В отличие от ПАУ ПХБ демонстрировали четкую прямую зависимость пространственного распределения от близости к локальному источнику загрязнения для всех элементов экосистемы, включая
рыб. Зона этого загрязнения в Шекснинском плесе простиралась на 52
км (ст.11) вниз по течению от г. Череповец. Содержание ПХБ в наиболее и наименее загрязненных участках варьировало: в ДО – от 0.06
до 7.16 мг/кг с.м., в моллюсках (дрейссена) и рыбе (мышцы/печень)
соответственно 0.2-1.4 и 0.03/0.2-1.56/15.8 мг/кг в.м. В остальной час73
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ти водохранилища и вверх по течению от города ПХБ присутствовали
на фоновом уровне: в ДО – 0-0.04 мг/кг с.м., в моллюсках (дрейссена) – 0-следовые количества, в рыбе (мышцы/печень) – 0/0.16 мг/кг
в.м. Содержание ПХБ в ДО зависело от типа и физико-химического
состава грунтов. При равном удалении от локального источника загрязнения уровень ПХБ был существенно выше в илистых грунтах с
высокой долей мелкодисперсных частиц и большим содержанием органического вещества (ОВ), чем в песчанистых грунтах с высокой долей крупнодисперсных частиц и меньшим содержанием ОВ (Герман,
Законнов, 2003). Поскольку илистые ДО в Рыбинском водохранилище
приурочены к руслам затопленных рек, то предполагается, что от источника поступления ПХБ распространяются преимущественно по
русловым участкам.
Среди разных видов рыб в наибольших количествах ПХБ обнаружены в тканях бентофага леща и хищников – судака, окуня и налима, в наименьших – у планктофага синца и бентофага плотвы. В 199192гг. максимальное содержание ПХБ у разных видов в районе Торово – Любец (ст.14-19) составляло: в мышцах – 1560, 1020, 940, 340,
250 и 120, а в печени – 15800, 4560, 4840, 1250, 1220 и 9730 мкг/кг
в.м. соответственно у леща, судака, окуня, синца, плотвы и налима
(Козловская, Герман, 1997). Различные органы и ткани рыб поразному накапливали ПХБ, но в наибольшем количестве они всегда
аккумулировались в печени, а в наименьшем – в мышцах, что связано
с тканевыми особенностями общего содержания липидов. Наибольший уровень их аккумуляции наблюдается в тех органах, которые
наиболее богаты липидами. Так в 1993 г. у самок леща вблизи г. Череповец содержание ПХБ в печени, гонадах, почках, селезенке, мышцах соответственно равнялось 6180, 2530, 1850, 1640 и 600 мкг/кг в.м.
(Герман, Козловская, 1999). Четко выраженных межсезонных различий содержания ПХБ в печени леща выявлено не было, хотя в 1992 г.
в феврале на наиболее загрязненном участке их уровень был достоверно ниже, чем в мае – 2200 и 9200 мкг/кг в.м. соответственно. В
1993 г. различия между значениями показателя в эти месяцы были незначительными и недостоверными – 4700 и 6200 мкг/кг в.м. соответственно (Герман, Козловская, 2001).
В 1994-1995 гг. было проведено исследование содержания ПАУ,
ХОП и ПХБ в воде и ДО Шекснинского плеса Рыбинского водохранилища в черте г. Череповец (Колпаков и др., 1996). К сожалению, авторы не указывают, расчет для ДО проводился на сухую или влажную
массу. Однако полученные данные позволяют предположить, что ис74
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
пользовалась влажная масса. Анализировались 7 ПАУ: нафталин, фенантрен, антрацен, флуорантен, пирен, бенз-(b)-флуорантен и бенз(a)-пирен. Концентрации в воде отдельных соединений соответственно варьировали в пределах 0-0.893, 0.037-0.226, 0, 0-0.003, 0-0.005, 00.04 мкг/л, а их суммарное содержание – от 0.037 до 1.045 мкг/л соответственно в устье р. Кошта и в р. Шексна (ст20, 24). В ДО содержание этих ПАУ колебалось в диапазоне 0-216, 8.4-1526, 0, 0-286, 0-70,
0-23 и 0 мг/кг, а суммарный уровень изменялся от 8.4 до 2098 мг/кг
соответственно в устье р.Кошта (ст.19) и устье р.Серовка (ст.22).
Концентрации исследованных ХОП (ДДТ, ГХЦГ, ГХБ) в воде были
<0.05 мкг/л, а в ДО они не анализировались.
В воде ПХБ были обнаружены только вблизи локального источника поступления в водохранилище. Их максимальные суммарные
концентрации зарегистрированы в р. Серовка (4.91 мкг/л), куда сбрасываются стоки нескольких промышленных предприятий, включая
ОАО «Северсталь». Р. Серовка сливается с р. Ягорба, которая в свою
очередь впадает в р. Шексна. По мере удаления вниз по течению этих
рек концентрация ПХБ снижалась и на расстоянии 10 км от устья р.
Серовка (ст.24) равнялась 0.08 мкг/л. Еще ниже (12 км) по течению и
в устье р. Кошта, впадающей в этом месте в р. Шексна (ст.20), уровень ПХБ был ниже предела обнаружения (<0.005 мкг/л). В ДО содержание ПХБ варьировало в пределах 0.002-0.66 мкг/кг. При этом
максимальные и минимальные значения зафиксированы на разных
участках р. Шексна. Высокий уровень ПХБ (0.204 мкг/кг) обнаружен
в устье р. Кошта (ст.20). Неожиданно низкое содержание оказалось в
р. Серовка (ст.22), хотя в воде в этом месте их концентрация была
максимальной. Качественный анализ состава ПХБ показал, что соотношение таких конгенеров как 28, 52, 118, 138, 153 и 180 (номенклатура ИЮПАК) составляло 18, 14, 13, 19, 23, 11 и 2% от их суммы.
В 1994 г. содержание ПХБ в печени леща из Шекснинского плеса
водохранилища в 52 км ниже по течению от г. Череповца (ст. 11) варьировало от 220 до 3400 мкг/кг в.м. (Chuiko et al., 2007). В Моложском
(ст.9) и южной части Центрального (ст.29) и Волжского плесов (5) их
содержание колебалось на уровне 0-57 мкг/кг в.м. Однако у одной особи из Моложского плеса зарегистрирована величина 640 мг/кг в.м.
В 1996 г. проведено комплексное обследование содержания ПАУ,
ХОП и ПХБ в ДО Рыбинского водохранилища (Флеров и др., 2000).
Максимальное суммарное содержание 9 ПАУ (нафталин, бифенил,
фенантрен, флуорен, антрацен, хризен, бензо[e]пирен, бензо[a]пирен,
перилен) зарегистрировано в г. Череповец в устье р. Серовка (ст. 22;
75
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
6291 мкг/кг с.м.), минимальное – в Шекснинском плесе в 25-30 км
ниже по течению от города (ст.14; 177 мкг/кг с.м.) и в Моложском
плесе (ст.10; 121 мкг/кг с.м.). Различия в их содержании достигали 3050 раз. Среди индивидуальных ПАУ в наиболее загрязненных участках доминировал антрацен (37-46% от общего содержания), а в наименее загрязненных – перилен (35-43%). На всех участках в заметных
количествах были представлены нафталин (7-18%), (бензо[a]пирен
(5-23%). Доля остальных соединений варьировала в зависимости от
места отбора проб.
Суммарное содержание ПХБ в ДО демонстрировало четкую пространственную зависимость: по мере удаления от места их поступления в водоем оно снижалось. Максимальные значения отмечены в
устьях рр. Серовка и Ягорба (ст.22, 23), а минимальные – на ст. 14 и
10: 11312, 2143, 30 и 26 мкг/кг с.м. соответственно. Содержание ХОП
было существенно ниже, чем ПХБ. Уровень ДДТ варьировал в городской черте от 14.7 до 22.3 мкг/кг с.м. (ст.20, 22, 23), в 8 км ниже
(ст.18) был 9.5 мкг/кг, а в 25-30 км (ст. 14) и в Моложском плесе
(ст.10) колебался на уровне 1.6-2.9 мкг/кг с.м. Содержание линдана
(γ-ГХЦГ) на всех исследованных участках было минимальным и
варьировало от 0 в черте города до 0.43 мкг/кг с.м. в Моложском плесе (ст.10).
По данным других авторов (Чуйко и др., 2008) суммарное содержание ПХБ в ДО в 1996 г. в черте г. Череповец в устьях рр. Кошта,
Серовка, Ягорба, (ст.20, 22, 23) составляло 656, 540, 144 мкг/кг с.м.
Вниз по течению от города уровень аккумуляции ПХБ в ДО постепенно снижался: на ст.17, 18, 14 и 11 он равнялся 160, 82, 17 и 102
мкг/кг с.м. В Моложском плесе (ст.10), в северо-западной (ст.9) и западной (ст.7) частях Центрального плеса содержание ПХБ было минимальное: 8, 24 и 11 мкг/кг с.м.
В 2005 г. (Герман и др., 2010) исследовалось содержание СОЗ в
ДО, двустворчатом моллюске дрейссене (мягкие ткани) и рыбе (мышцы) – плотва и синец, юго-западной части Волжского плеса водохранилища (ст.2). Установлено, что во всех исследованных элементах
экосистемы ПХБ обнаружены в наибольшем, а ГХЦГ в наименьшем
количествах. Уровень содержания ГХЦГ, ДДТ и его метаболитов,
суммы ПХБ равнялся: в ДО 0.03, 0.42 и 1.97 мкг/кг с.м., в дрейссене –
0.19, 1.84 и 9.73 мкг/кг с.м., в рыбе 0.09-0.19, 2.51-3.07 и 8.15-9.96
мкг/кг с.м. Суммарное содержание ПХБ не зависело от возраста и вида рыб. Доля 3-,4-,5-,6- и 7-хлорированных конгенеров ПХБ была
сходной для всех исследованных объектов и соответственно состав76
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ляла 3.3-6.3, 10.2-15.9, 42.4-49.9, 27.5-37.3 и 3.6-6.7% от их суммарного количества.
В 2006 г. исследовано содержание СОЗ в ДО и рыбе (лещ), Центрального и Моложского плесов водохранилища (Чуйко и др., 2010).
В количественном отношении СОЗ располагались в ряду ПХБ > ДДТ
и его метаболиты > изомеры ГХЦГ > ГХБ. Cуммарное содержание
ПХБ в Шекснинском плесе в черте г.Череповец (ст.20, 23), ниже по
течению в 28-30 км (ст.14) и 52 км (ст.11), а также в западной части
Центрального плеса (ст.7, 9) соответственно равнялось: в ДО – 142.8,
425.6, 155, 27.8, 24.8 и 46.8 мкг/кг с.м., в леще (мышцы) – на ст.23 рыба не отлавливалась, а далее 50.8, 48.2, 21.9, 3.6 и 0.14 мкг/кг в.м. По
качественному составу ПХБ пробы из разных плесов отличались: в
Шекснинском суммарно преобладали со степенью хлорированности 5
и больше, а в Центральном – 5 и ниже. На основе количественных и
качественных различий и гидролого-географических особенностей
водохранилища был сделан вывод, что существует, по крайней мере,
два источника поступления ПХБ в его экосистему: локальный, расположенный в г. Череповец и являющийся наиболее значимым по количеству поступающих соединений, и диффузный за счет трансграничного атмосферного переноса, определенную долю в который вносят
городские воздушные выбросы.
Суммарное содержание ДДТ и его метаболитов в тех же точках
соответственно равнялось: в ДО – 13.7, 27.1, 26.7, 4.6, 2.3 и 4.4 мкг/кг
с.м., в рыбе – 6.8, 5.3, 2.9, 2.8 и 1.8 мкг/кг в.м. Суммарное содержание
изомеров ГХЦГ равнялось: в рыбе – 2.6, 1.39, 2.3, 0.69 и 0.64 мкг/кг
в.м. Содержание ГХБ: в ДО – 0.78, 0.83, 0.35, 049, 0.34 и 0.44 мкг/кг
с.м., в рыбе – 0.19, 0.41, 0.29, 0.17, 0.04 мкг/кг в.м.
Таким образом, анализ имеющихся данных показывает, что, по
крайней мере, последние 30 лет Рыбинское водохранилище подвергается загрязнению ПАУ и СОЗ, которые обнаруживаются в воде, ДО,
бентосе и рыбе. Наиболее консервативным элементом экосистемы в
отношении загрязнения этими ЗВ являются ДО. У рыб накопление
СОЗ имеет тканевую специфику: максимум в печени, минимум – в
мышцах. Для ПАУ такая закономерность не выявлена. Межвидовые
различия в уровнях биоаккумуляции хотя и зарегистрированы, но они
имеют не закономерный характер. По мере продвижения по трофическим сетям уровень содержания исследованными ЗВ возрастает. Загрязнение экосистемы ПАУ и СОЗ носит пространственно неоднородный характер. Наиболее высокие уровни загрязнения
наблюдаются в Шекснинском плесе в черте г. Череповец, а в осталь77
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ной части водохранилища они находятся в фоновых количествах. Выявленная закономерность менее выражена для содержания ПАУ в рыбе. В экосистему водохранилища ПАУ и СОЗ попадают из точечных
локальных источников в г. Череповец, являющихся наиболее значимым по количеству поступающих соединений, и диффузным путем за
счет трансграничного атмосферного переноса, определенную долю в
который вносят городские воздушные выбросы. Среди СОЗ в течение
всего периода наблюдений количественно преобладали ПХБ. Наибольший уровень загрязнения ПАУ и ПХБ всех элементов экосистемы отмечался в 1987-1990 гг. сразу после аварийного сброса промышленно-коммунальных стоков г. Череповец. В последующие годы
содержание этих ЗВ в биоте постепенно снижалось, в то время как в
ДО существенных изменений не произошло.
Работа выполнена при частичной финансовой поддержке РФФИ
(грант № 08-05-00805).
Литература
1. Буторин Н. В., Зиминова Н. А., Курдин В. П. Донные отложения верхневолжских водохранилищ. Л.: Наука, 1975. 160 с.
2. Герман А. В., Законнов В. В. Аккумуляция полихлорированных бифенилов в Шекснинском плесе Рыбинского водохранилища // Вод. ресур. – 2003. – Т.
30. – № 5. – С. 571-575.
3. Герман А. В., Законнов В. В., Мамонтов А. А. Хлорорганические соединения в Волжском плесе Рыбинского водохранилища // Водные ресурсы. –
2010. – Т. 37. – № 1. – С. 84-88.
4. Герман А. В., Козловская В. И. Содержание полихлорированных бифенилов в леще Abramis brama Рыбинского водохранилища // Вопр. ихтиол. –
1999. – Т.39. – №1. – С.139-142.
5. Герман А. В., Козловская В. И. Гепатосоматический индекс и биохимический состав печени леща Abramis brama Шекснинского плеса Рыбинского водохранилища при различных уровнях накопления органических токсикантов //
Вопр. ихтиол. – 2001. – Т.41. – №2. – С.249-252.
6. Козловская В. И., Герман А. В. Полихлорированные бифенилы и полиароматические углеводороды в экосистеме Рыбинского водохранилища // Вод.
ресур. – 1997. – Т. 24. – №5. – С. 563-569.
7. Козловская В. И., Павлов Д. Ф., Чуйко Г. М., Халько В. В., Винников
Ю. Я., Анохин С. В. Влияние загрязняющих веществ на состояние рыбы в
Шекснинском плесе Рыбинского водохранилища // В кн.: Флеров Б. А. (ред)
Влияние стоков Череповецкого промышленного узла на экологическое состояние Рыбинского водохранилища. – Рыбинск: ИБВВ АН СССР. – 1990. – С.123143.
8. Колпакова Е., Лулоф И., Руттемаан Й. Проект «Волга в Череповце». Отчет об исследованиях, проведенных в г.Череповце в августе 1995 г. –
Н. Новгород: Экоцентр «Дронт». – 1996. – 23 с.
78
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
9. Майер Ф. Л., Пети Дж. Д., Козловская В. И., Флеров Б. А. Определение
остаточных количеств пестицидов в рыбах Рыбинского водохранилища // Гидроб. ж. 1981. – Т.17. – №5. – С. 83-87.
10. Флеров Б. А. (ред). Влияние стоков Череповецкого промышленного узла
на экологическое состояние Рыбинского водохранилища. – Рыбинск: ИБВВ АН
СССР. – 1990а. – 156с.
11. Флеров Б. А. Экологическая обстановка на Рыбинском водохранилище
в результате аварии на очистных сооружениях г. Череповца в 1987 г. // В кн.:
Флеров Б. А. (ред) Влияние стоков Череповецкого промышленного узла на экологическое состояние Рыбинского водохранилища. – Рыбинск: ИБВВ АН
СССР. – 1990б. – С.3-11.
12. Флеров Б. А., Томилина И. И., Кливленд Л., Баканов А. И., Гапеева
М. В. Комплексная оценка состояния донных отложений Рыбинского водохранилища // Биол. внутр. вод. – 2000. – №2. – С.148-155.
13. Чуйко Г. М., Законнов В. В., Герман А. В., Бродский Е. С., Шелепчиков
А. А., Фешин Д. Б., Тиллитт Д. Э. Распределение полихлорированных бифенилов в экосистеме Рыбинского водохранилища при их локальном поступлении //
В кн. Современное состояние водных биоресурсов: матер. науч. конф., посвящ.
70-летию С. М. Коновалова (25 – 27 марта 2008 г., ТИНРО-Центр, г. Владивосток). – Владивосток: ТИНРО-центр, 2008. – С. 680-685.
14. Чуйко Г. М., Законнов В. В., Морозов А. А., Бродский Е. С., Шелепчиков А. А., Фешин Д. Б. Пространственное распределение и качественный состав
полихлорированных бифенилов (ПХБ) и хлорорганических пестицидов (ХОП) в
донных отложениях и леще (Abramis brama L.) из Рыбинского водохранилища //
Биол. внутр. вод. – 2010. – №2. – С.98-108.
15. Chuiko G. M., Tillitt D. E., Zajicek J. L., Flerov B. A., et al. Chemical contamination of the Rybinsk Reservoir, Northwest Russia: relationship between liver polychlorinated biphenyls (PCB) content and health indicators in bream (Abramis brama)
// Chemosphere. 2007. – V. 67. – N 3. – P.527-536.
16. Siddal R., Robotham P. W.J., Gill R. A., Pavlov D. F., G. M. Chuiko. Relationship Between Polycyclic Aromatic Hydrocarbon (PAH) Concentrations in Bottom
Sediments and Liver Tissue of Bream (Abramis brama L.) in Rybinsk Reservoir, Russia // Chemosphere. – 1994. – V.29. – No7. – P. 1467-1476.
79
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
РАЗДЕЛ 2. ПРОБЛЕМЫ МОНИТОРИНГА
ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
ПРОСТРАНСТВЕННАЯ И ВРЕМЕННАЯ ДИНАМИКА
МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА ВОДЫ
РЕКИ КОТОРОСЛЬ В ЧЕРТЕ Г. ЯРОСЛАВЛЯ
Г. В. Кондакова, М. В. Мартынова
Ярославский государственный университет им. П. Г. Демидова
e-mail: gvkondakova@mail.ru
Река Которосль – самый крупный и многоводный приток р. Волги, является источником питьевого водоснабжения таких населенных
пунктов как г. Ростов, пос.Красные Ткачи, некоторые районы г. Ярославля. Кроме того, она активно используется в целях рекреации и
для нужд промышленности. Наибольший интерес представляет собой
участок реки, протекающий непосредственно через территорию
г.Ярославля, так как по мере развития города качество воды в реке
неизменно снижается. Именно здесь располагается большая часть
различных предприятий и места сброса промышленно-ливневых
сточных вод: стоки завода «Русские краски», сток железнодорожной
станции Ярославль-Главный, фабрики «Красный Перекоп», ливневка
с Московского проспекта. Особенно четко различия в качественном и
количественном составах воды могут наблюдаться на крайних точках
данного отрезка, т.е. в месте входа реки на территорию города, где регистрируется качество воды, поступающей в город, и месте ее впадения в р. Волгу, где регистрируется вклад города в общее загрязнение
реки и значение р. Которосль в загрязнении р. Волги.
Целью данной работы являлось изучение пространственной и
временной динамики микробиологических показателей качества воды
р. Которосль в черте г.Ярославля. Отбор проб воды проводили весной
(апрель), летом (июль) и осенью (октябрь) 2008-2009 г.г. в трех точках: Т.1- верхняя граница г. Ярославля, место слияния рек Которосль
и Пахма; Т.2- Промышленная зона (между ОАО «Красный перекоп» и
ОАО Ярославский завод «Русские краски»); Т.3 – устье р. Которосль
(р-н «Стрелки»). В данных точках определяли следующие микробио80
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
логические показатели: общую численность микроорганизмов (Nобщ.);
численность сапротрофных бактерий (общее микробное число – ОМЧ
370С и ОМЧ 220С), олиготрофов, общих колиформных (ОКБ) и термотолерантных колиформных (ТКБ) бактерий. Кроме того, проводили анализ морфотипов сапротрофных бактерий. Отбор проб, проведение анализов и оценку качества воды осуществляли в соответствии с
установленной нормативной документацией [1, 2, 3].
Комплекс проведенных микробиологических исследований позволил оценить качество воды р. Которосль, а также получить информацию о протекании процессов самоочищения на обследованном
участке реки.
Общая численность бактерий. Этот показатель учитывает ту основную массу микроорганизмов, которая определяет процессы деструкции органического вещества в водоемах. Нами было установлено,
что в Т. 3 общая численность бактерий была выше по сравнению с
другими точками во все обследованные сезоны в 2–4 раза в 2008 г. и в
1,5–3 раза в 2009 г. (рис.1), что указывает на большее содержание
растворенного органического вещества в данной точке.
6
9
Nобщее*10 (Кл/мл)
5
4
3
весна
лето
2
осень
1
0
Точка1
Точка2
Точка3
Точка1
2008
Точка2
Точка3
2009
Рис. 1. Динамика общей численности бактерий
ОМЧ 22ºС. Это индикаторная группа микроорганизмов в числе
которых, помимо аллохтонной, определяют водную (автохтонную)
микробиоту данного водоема. Была отмечена тенденция уменьшения
81
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ОМЧ 22ºС на участке от Т.1 к Т.2 и увеличение – от Т.2 к Т.3 в весенний период, а также летом 2008 г. В 2009 г. летом и осенью наблюдали понижение ОМЧ 22ºС от Т.1 к Т.3 (рис.2, А). Полученные резул ьтаты свидетельствуют о поступлении значительного количества
органического вещества на участке Т.2–Т.3 (от промышленной зоны
до «Стрелки») за счет расположенных в этой области ливневого стока
с Московского проспекта, стока завода «Русские краски», стока вокзала Ярославль-Главный, а так же рекреационной нагрузки в зоне
отдыха (р-н «Стрелки»).
900
800
КОЕ/мл
700
600
500
в есна
400
лет о
300
осень
200
100
0
Точка1 Точка2 Точка3 Точка1 Точка2 Точка3
2008
2009
А
450
400
КОЕ/мл
350
300
250
весна
200
лето
150
осень
100
50
0
Точка1
Точка2
Точка3
Точка1
2008
Точка2
Точка3
2009
Рис. 2. Динамика ОМЧ 22ºС (А) и ОМЧ 37ºС (Б)
82
Б
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ОМЧ 37ºС. Это индикаторная группа микроорганизмов, в числе
которых определяют, в большей мере, аллохтонную микробиоту, внесенную в водоем в результате антропогенного загрязнения, в т. ч. фекального. Наибольшая численность аллохтонных микроорганизмов
отмечена в Т.3, что говорит о накоплении поступающего загрязнения
к устью реки. В осенний период наблюдали снижение численности
данной группы по сравнению с другими сезонами в 2–11 раз в 2008 г.
и 2–5 раз в 2009 г. (рис.2, Б). Это может быть показателем некоторого
улучшения качества воды в это время года, связанного со сменой условий среды на неблагоприятные для аллохтонных микроорганизмов
(в частности, понижением температуры воды).
Соотношение показателей ОМЧ 22
ºС / ОМЧ 37
ºС дает опред еленную информацию о санитарном состоянии водоема и процессах
самоочищения. Значение коэффициента менее 4 указывает на загрязнение водоема хозяйственно – бытовыми сточными водами, а также
на то, что загрязнение водоема превышает его способность к самоочищению. В 2009 г. значения данного показателя были ниже, чем в
2008 г., что говорит об увеличении степени загрязнения реки. В целом, значения соотношения ОМЧ 22ºС / ОМЧ 37ºС в Т.3 были ниже,
чем в других точках в 2–15 раз (2008 г.) и 1,5–17 раз (2009 г.). Это
свидетельствует не только о накоплении загрязнения к устью реки, но
также о том, что здесь оно имеет преимущественно хозяйственнобытовое происхождение.
Численность олиготрофов. Численность данной группы зависит
от концентрации и характера присутствующего в анализируемой воде
органического вещества и может служить показателем качества и
трофии вод [4]. Отмечено увеличение численности олиготрофов осенью 2008 г. во всех точках, что, вероятно, связано с процессами осаждения органического вещества из водной толщи, усиливающимися в
это время года (рис. 3, А). Это приводит к уменьшению количества
РОВ и созданию наиболее благоприятных условий для развития олиготрофов. В 2009 г. подобной тенденции не наблюдали.
Значение численности олиготрофов и сапротрофов можно использовать для расчета индекса трофности (Ит). Этот индекс служит
индикатором изменения трофического состояния воды и свидетельствует об изменении величины соотношения численности бактерий,
растущих на обедненных средах и стандартном МПА. Как показано, в
относительно бедных органическим веществом водах (мезотрофные и
олиготрофные) наибольшее значение приобретает деятельность бактерий, вырастающих на голодных средах. В этих случаях Ит может
83
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
достигать значений от 10 до нескольких сотен. В загрязненных и
высокотрофныx средах преобладают бактерии, использующие высокие концентрации органического вещества, в таких водоемах Ит может снижаться до 1 [5]. Рассчитанные нами Ит для обследованных точек были весьма низкие (0,2 – 3,4) практически за весь период
наблюдения, но минимальные его значения отмечены в Т.3. Лишь
осенью 2008 г. значения Ит достигали значительных величин – от 3,4
в Т.1 до 42 в Т.3. Это связано с осенними пиками численности олиготрофов, вероятная причина которых обсуждалась выше.
1200
1000
КОЕ/мл
800
600
в есна
лет о
400
осень
200
0
Точка1 Точка2 Точка3 Точка1 Точка2 Точка3
2008
2009
А
250
КОЕ/100 мл
200
150
весна
100
лето
осень
50
0
Точка1
Точка2
Точка3 Точка1
2008
Точка2
Точка3
2009
Рис. 3. Динамика численности олиготрофов (А) и ОКБ (Б)
84
Б
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Общие колиформные (ОКБ) и термотолерантные (ТКБ) бактерии. ОКБ наиболее чувствительный показатель при выявлении источников фекального загрязнения, в том числе небольших. ТКБ определяли одновременно в одном и том же посеве с ОКБ для
подтверждения свежего фекального загрязнения и для определения
времени прошедшего после загрязнения. Значения ОКБ в обследованных точках за весь период наблюдения соответствовали нормативу для рекреационного водопользования, однако были зарегистрированы случаи его превышения для питьевого и хозяйственно-бытового
водоснабжения, а также для водоснабжения пищевых предприятий
(рис. 3, Б). Подобная ситуация отмечена в Т.1 и Т.2. осенью 2008 г.
(превышение норматива в 1,5 и 2,5 раза) и летом 2009 г. (в 1,5 и 2
раза). ТКБ не были обнаружены ни в одной из взятых проб.
Основные морфологические группы сапротрофов
Т.1
Т.2
Т.3
0
12,5
18,2
8,4
А
18,2
63,6
79,1
100
5,9
14,3
17
16,6
8,3
0
Б
0
85,7
77,1
7,4
75,1
18,5
25
0
В
50
92,6
25
81,5
палочки неспорообразующие (%)
палочки неспорообразующие (%)
палочки спорообразующие (%)
палочки спорообразующие (%)
Кокки (%)
Кокки (%)
палочки неспорообразующие (%)
палочки спорообразующие (%)
А – весна; Б – лето;
В – осень
Кокки (%)
Рис. 4. Соотношение основных морфологических групп сапротрофов
Анализ основных морфологических групп сапротрофов. Сильное
загрязнение водоемов приводит к снижению числа видов, а также
смене морфологических форм гетеротрофных бактерий. Известно, что
в загрязненных водах преобладают палочковидные бактерии (80 % и
более), а удельный вес кокковых форм резко падает (10% и менее).
Кроме того, преобладание бесспоровых форм над спорообразующими
говорит об усиленных процессах эвтрофикации [6]. Проведенный нами анализ позволил установить, что практически во все сезоны па85
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
лочковидные формы преобладали над кокковыми, следовательно,
происходит загрязнение реки. Кроме того, среди палочковидных бактерий наибольшую долю составляли неспорообразующие виды
(рис. 4). Это можно рассматривать как показатель эвтрофикации реки
на обследованном участке.
В целом, на основании комплекса проведенных исследований
можно сказать, что наименее загрязненным участком является Т.1–
место слияния рек Которосль и Пахма, а наиболее загрязненным –
Т.3 – устье реки, что отражает вклад города в общее загрязнение реки
Которосль. На обследованном участке имеет место эвтрофикация,
процессы самоочищения протекают слабо. Качество воды можно охарактеризовать в Т.1 как слабо загрязненная и мезотрофная, в Т.3 –
умеренно загрязненная и евтрофная.
Литература
1. СанПиН 2.1.5.980-00 Гигиенические требования к охране поверхностных
вод. М.: Минздрав России, 2000.- 22с.
2. МУК 4.2.1884-04 Санитарно-микробиологический и санитарнопаразитологический анализ воды поверхностных водных объектов. М.: Федеральный центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора, 2005. – 75 с.
3. ГОСТ 17.1.3.07–82. Правила контроля качества воды водоемов и водотоков. М., 1982.- 8 с.
4. Романенко В. И. Микробиологические процессы продукции и деструкции
органического вещества во внутренних водоемах. Л.: Наука, 1985. – 295 с.
5. Гавришова Н. А. Распространение гетеротрофных и олигокарбофильных
бактерий в водоемах и водотоках Украины // Структура и функционирование сообществ водных микроорганизмов. Новосибирск: Наука, 1986. – с. 211-213.
6. Вербина, Н. М. Исследование микрофлоры озер СССР / Н. М. Вербина //
Экологические аспекты водной микробиологии: сборник статей. – Новосибирск,
1984. – С. 45 – 49.
МАКРОЗООБЕНТОС РЕКИ ПРА (РЯЗАНСКАЯ ОБЛАСТЬ)
Л. В. Воробьёва, В. П. Семерной
Ярославский государственный университет им. П. Г. Демидова
Реки – один из наиболее заметных компонентов ландшафта, играющий огромную роль как в природе, так и в жизни человека. Несмотря на то, что на долю рек приходится ничтожная часть запасов
пресной воды, трудно переоценить их значение в обеспечении нормального функционирования наземных экосистем. Реки – важнейшая
часть экологического каркаса территории [1].
86
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Подавляющее большинство водотоков средней полосы России
относится к так называемым малым рекам, они составляют до трети
всего поверхностного стока. На данный момент отсутствует четкое
определение малой реки. В данной работе за основу взята классификация В. Л. Рохмистрова [8], согласно которой к малым относятся реки длиной до 250 км, водосборной площадью до 10000 км 2, среднемноголетним расходом до 20 м3/с.
В последнее время наблюдается рост числа исследований, посвященных экологии малых рек. Это объясняется тем, что состояние
малых водотоков является индикатором общего состояния ландшафта. «Состояние малых рек – индикатор изменения геоэкологической
обстановки. В силу своей многочисленности создают систему координат, в которой целесообразно осуществлять геоэкологический мониторинг природно-технической среды. Анализ мониторинговых наблюдений – условия ранней диагностики негативных изменений
геоэкологической обстановки на этих территориях» [1].
Высокая чувствительность данного типа водотоков обусловлена
их малой глубиной вреза. Распашка почв, сведение лесов, сброс стоков – все антропогенные нагрузки влияют на экосистемы малых рек,
принуждая их изменяться. Ухудшение состояния экосистемы малой
реки – один из самых ранних и надежных показателей ухудшения состояния всего ландшафта. Однако малые реки в этом плане до сих пор
слабо изучены.
Помимо прикладного значения, относящегося к области охраны
природы, изучение малых рек представляет и чисто научный интерес.
По мнению В. В. Богатова, «недостаточная изученность рек может
привести и к торможению развития гидробиологии в целом» [3]. В
силу своей динамичности экосистемы рек весьма специфичны по
своим структурно-функциональным характеристикам и заметно отличаются от экосистем непроточных водоемов. Так, в энергетическом
балансе рек более заметную роль играет вещество, приносимое с водосборов; процессы самоочищения в реках более интенсивны и эффективны, чем в озерах и прудах [3, 4].
Материалы и методы исследования
В основу настоящей работы положен материал, собранный автором
на реке Пра Рязанской области в период с 22 июля по 3 августа и с 23 по
26 сентября 2010 г. на станциях (участках реки): верхнее течение – участок при впадении реки в оз. Шагара и черта города Спас-Клепики,
среднее течение – участок близ с. Слобода, нижнее течение – станции
87
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
близ пос. Брыкин Бор, устьевая зона – станции близ кордона Окского
заповедника Липовая Гора (станции пронумерованы соответственно от
расположенных выше по течению к находящимся ниже).
Пробы отбирались с помощью коробчатого дночерпателя Экмана-Берджа с площадью захвата 1/100 м2, затем промывались через
сетку из мельничного газа № 23. Отмытый грунт фиксировался 4-%
формалином.
Выборка и определение организмов проводилось на кафедре
экологии и зоологии ЯрГУ с помощью микроскопа «Микмед-5». Определение организмов велось по [5, 6].
Состояние бентосных сообществ оценивалось по следующим параметрам: общая численность (N, экз./м2), общая биомасса (B, г/м2) [7,
10], индекс Вудивисса (TBI), индекс сапробности Пантле-Букк в модификации Сладечека (S1), индекс видового разнообразия Шеннона
(Н, бит/экз) [9].
Физико-географический очерк реки Пра.
Река Пра – главная река Мещерской низменности, левый приток
Оки. Ее протяженность – 167 км. Начало Пра берет в Московской области в оз. Свято-верхнее, затем проходит через мещерские озера –
Имлес, Дубовое, Свято-нижнее, Шагара, Ивановское, Сокорево, Мартыново. По классификации Рохмистрова относится к малым рекам.
Пра – типичная сильно закоряженная река Мещеры с низкими берегами, сильно меандрирующим руслом. Имеет развитую систему придаточных водоемов – затонов, стариц и т. д. По берегам в верхнем течении расположены сосновые леса, в нижнем – пойменные дубравы,
сильно развиты заросли ивняка. Зарастание прибрежно-водной растительностью крайне незначительно, представлено в основном хвощем
и стрелолистом.
Результаты и обсуждение
В реке Пра при летних сборах обнаружено 58 видов водных беспозвоночных, из них личинок хирономид – 35 видов (61% от общего
числа видов), олигохет – 8 видов (14 %), моллюсков – 4 вида (7 %),
пиявок – 2 вида (4%), ручейников – 2 вида по одному виду стрекоз,
поденок, а также нематоды, представители семейств Tabaniidae,
Limoniidae, Ceratopogonidae, Chaoboridae.
В сентябрьских пробах обнаружено 60 видов водных беспозвоночных, из них личинок хирономид – 32 вида (53 % от общего числа
видов), олигохет – 10 видов (17 %), пиявок – 4 вида (7%), моллюсков – 4 вида (7%), ручейников – 2 вида, личинок комаров-мокрецов
(сем. Ceratopogonidae) – 2 вида, личинок стрекоз – 2 вида, а также
88
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
представитель сем. Tabaniidae, водяной рачок Asellus aquaticus, представитель круглых червей (табл. 1).
Осенью видовое разнообразие несколько возросло по сравнению
с летом, причем снизилась доля личинок хирономид в формировании
видового разнообразия, но выросла доля олигохет, пиявок, личинок
ручейников и стрекоз.
Таблица 1
Встречаемость гидробионтов по станциям
в разные сезоны года в р. Пра
№№ Таксоны
п/п
Сем. Chironomidae
1.
Polypedilum bicrenatum Kieffer, 1921
2.
P. nubeculosum (Meigen, 1804)
3.
P. convictum (Walker, 1856)
4.
P. scaelaenum (Schrank, 1803)
5.
Glyptotendipes gripekoveni (Kieffer, 1913)
6.
G. glaucus (Meigen, 1818)
7.
G.imbecillus (Walker, 1856)
8.
G. mancunianus (Edwards, 1929)
9.
G. barbipes (Staeger, 1839)
10. Tanytarsus pallidicornis (Walker, 1856)
11. T. verrali Goetghebuer, 1928
12. T. usmaensis Pagast, 1931
13. T. excavatus Edwards, 1929
14. Paralauterborniella nigrohalteralis
(Malloch, 1915)
15. Paratanytarsus confusus Palmen, 1960
16. P. austriacus (Kieffer, 1924)
17. Chironomus sp.
18. Ch. dorsalis Meigen, 1818
19. Ch. nudiventris Meigen, 1818
20. Procladius подр. holotanypus Roback,
1882
21. P. подр. psilotanypus Kieffer, 1906
22. Derotanypus sp.
23. Cladopelma гр. lateralis Kieffer, 1921
24. Dicrotendipes nervosus (Staeger, 1839)
25. D. tritomus (Kieffer, 1916)
26. Harnishia fuscimana Kieffer, 1921
27.
28.
Lipiniella araenicola (Shilova, 1961)
L. secunda Shilova
89
Лето
Осень
Ст. 4, 5, 6
Ст. 6, 9
Ст. 8
Ст. 8
Ст. 6, 7
Ст. 7, 9, 11
Ст. 7
Ст. 10
Ст. 1
Ст. 1, 3, 4, 5, 8
Ст. 1
Ст. 3, 4
Ст. 3
Ст. 3, 4, 5, 6,
8, 11
Ст. 6
Ст. 11
Ст. 4, 9
Ст. 1, 2, 3, 4,
5, 8, 9, 10, 11
Ст. 1
Ст. 9
Ст. 5, 9
Ст. 7, 8, 10
Ст. 4, 5, 8, 10,
11
Ст. 3, 4, 5, 7, 8
Ст. 3
Ст. 2, 5
Ст. 2, 3, 4
Ст. 1, 2, 5, 6, 9
Ст. 1
Ст. 1, 2, 3
Ст. 2, 3, 9
Ст. 2, 8, 9
Ст. 6
Ст. 4, 5, 6, 7
Ст. 6, 9
Ст. 1, 2, 3, 4, 5,
6
Ст. 5, 6
Ст. 2
Ст. 2, 8
Ст. 7
Ст. 2, 8
-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
49.
L. moderata Kalugina, 1970
Demicryptochirinonus vulneratus
(Zetterstedt, 1838)
Cryptochirinomus гр. defectus (Walker,
1856)
Micropsectra sp.
Clinotanypus nerwosus Meigen, 1818
Cladotanytarsus гр. mancus (Walker,
1856)
C. гр. vandervulpi Kieffer, 1921
Nanocladius sp.
Ablabesmyia monilis (L. 1758)
Stempelinella minor (Edwards, 1929)
Microchironomus tener (Kieffer, 1918)
Psectrotanypus varius (F., 1787)
Orthocladius sp.
Cricotopus гр. sylvestris van der Vulp,
1874
Microtendipes pedulus (De Geer, 1776)
Saetheria sp.
Endochironomus tendens (F., 1775)
Eukiefferella discoloripes Thienemann,
1926
Guttipelopia guttipennis (van der Vulp,
1861)
Parachironomus arcuaticus (Goetghebuer,
1919)
Класс Oligochaeta
Tubifex newaensis (Michaelsen, 1902)
50.
51.
T. tubifex (O. F.Muller, 1773)
Limnodrilus hoffmeisteri Claparede, 1862
52.
53.
54.
55.
L. udekemianus Claparede, 1862
Ripistes parasita (Shnidt, 1847)
Enchytraeidae gen. sp.
Lumbriculus variegatus (O. F.Muller,
1773)
Isochaetides michaelseni (Lastockin, 1937)
29.
30.
31.
32.
33.
34.
35.
36.
37.
38.
39.
40.
41.
42.
43.
44.
45.
46.
47.
48.
56.
57.
58.
59.
60.
Ophidonais serpentina (Mueller, 1773)
Nais pardalis Piquet, 1906
Spirosperma ferox (Eisen, 1879)
Класс Hirudinea
Glossiphonia complanata (Linne, 1758)
90
Ст. 4
Ст. 3, 7
Ст. 4, 5
Ст. 4, 7, 8, 9
Ст. 4, 7, 8
Ст. 2, 4, 9
Ст. 1, 3
Ст. 1
Ст. 3, 4
Ст. 1, 2, 3, 4, 5
Ст. 3, 4, 9
Ст. 3, 4, 6
Ст. 3
Ст. 4
-
Ст. 9
Ст. 5
Ст. 4
Ст. 2
Ст. 2
-
Ст. 5, 6
Ст. 8
Ст. 1, 2
Ст. 8
-
Ст. 2
-
Ст. 1, 2
Ст. 1, 2, 5, 6,
7, 8, 10, 11
Ст. 3, 8, 9, 11
Ст. 1, 2, 5, 9,
10, 11, 12
Ст. 2, 9, 11
Ст. 3, 6
Ст. 7, 8, 10, 11
Ст. 5, 11
Ст. 1, 2, 4, 6, 7,
8, 9
Ст. 2, 3, 6, 8, 9
Ст. 1, 2, 3, 5, 7,
8, 9
Ст. 6, 9
Ст. 8, 9
Ст. 1, 5
Ст. 3, 4, 10
-
Ст. 2, 3, 5, 6, 7,
8, 9
Ст. 8
Ст. 2, 3, 8, 9
Ст. 1, 9
Ст. 1, 10
Ст. 1
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
61.
62.
63.
64.
65.
66.
67.
68.
69.
70.
71.
72.
73.
74.
75.
76.
77.
78.
79.
80.
81.
Helobdella stagnalis (Linne, 1758)
Erpobdella octoculata (Linne, 1758)
Hemiclepsis marginata (O. F.Muller, 1714)
Класс INSECTA
Отр. Odonata
Epitheca bimaculata (Charpenter, 1825)
Orthetrum cancellatum (Linne, 1758)
Somatophlora metallica (van der Linden,
1885)
Отр. Ephemeroptera
Caenis horaria (L., 1758)
Отр. Trichoptera
Ecnomus tenellus (Rambur, 1842)
Hydropsyche angustipennis (Curtis, 1834)
Rhyacophila pascoei (Mc Lachlan, 1879)
Отр. Diptera
Tabanus sp.
Culicoides sp.
Palpomia sp.
Chaoborus sp.
MOLLUSCA
Класс Bivalvia
Pisidium sp.
Sphaerium sp.
Unio sp.
Anodonta sp.
Класс Gastropoda
Viviparus viviparus (Linne, 1758)
Nematoda
Nematoda gen. sp.
CRUSTACEA
Asellus aquaticus (Linne, 1758)
Ст. 1
-
Ст. 1, 2, 3, 7
Ст. 8
Ст. 2
Ст. 9
-
Ст. 1
Ст. 1
Ст. 9
Ст. 2, 6, 9
Ст. 8
Ст. 3
-
Ст. 8, 9
Ст. 1, 8
Ст. 8, 10
Ст. 10
Ст. 1
Ст. 2
Ст. 6, 7, 8, 9
Ст. 1, 2
-
Ст. 7, 11
Ст. 5, 10
Ст. 10
Ст. 1, 9
Ст. 2, 6, 7, 9
Ст. 6
-
Ст. 10, 11
Ст. 1, 8, 9
Ст. 7, 8, 9, 11
Ст. 2
-
Ст. 8
Станции (лето): 1 – Шагара, 2 – Спас-Клепики, 3-4 – среднее течение (Слобода), 5-9 – Брыкин Бор, 10 – 12 – Липовая Гора.
Станции (осень): 1 – Шагара, 2 – Спас-Клепики, 3 – Слобода, 4 –
6 – Брыкин Бор, 7 – 9 – Липовая Гора.
Значения показателей обилия и биотических индексов для р. Пра
приведены в таблице 2.
91
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 2
Показатели состояния макрозообентоса в р. Пра
Участки и станции
N
экз./м2
Шагара
1340
Спас-Клепики
600
Слобода
4020
Бр. Бор 1
940
Бр. Бор 2
680
Бр. Бор 3
420
Липовая Гора 1
1480
Липовая Гора 2
1100
Липовая Гора 3
66
Среднее арифметическое 1183
значение количественного
показателя (лето)
Шагара
2120
Спас-Клепики
3740
Слобода
500
Бр. Бор 1
1020
Бр. Бор 2
4320
Бр. Бор 3
600
Липовая Гора 1
1520
Липовая Гора 2
2560
Липовая Гора 3
740
Среднее арифметическое 1902
значение количественного
показателя (осень)
B
г/м2
3,5
0,9
2
931
0,4
0,5
6900
2
0,1
871
TBI
S1
Н
4
2
4
3
3
3
4
4
1
3,1
2,25
3,8
1,75
1,34
1,8
3,2
2,4
2,33
0,7
2,4
2,9
1,9
3,4
2,8
3,1
0
2,17
32
10
0,4
0,5
7
0,9
84
22
8
18
7
8
4
3
4
7
7
8
3
5,7
1,36
2,0
3,8
3,8
3,8
2,8
2,2
2,1
3,45
2,8
3,3
3,9
3,2
2,1
2,0
3,3
3,2
3,6
2,4
3,0
Из таблицы видно, что состояние бентоса на станциях Шагара,
Спас-Клепики, Липовая гора 1, Липовая Гора 2 и Липовая Гора 3 осенью улучшается по сравнению с летом. Это связано с ростом численности и видового разнообразия гидробионтов, большей численностью
личинок хирономид, других насекомых (стрекоз, ручейников, поденок). Больше становится олигохет сем. Naididae, таких как Ripistes
parasita, Nais pardalis, Ophidonais serpentina.
Исходя из величин средних значений, состояние бентоса в целом
по реке улучшается по всем показателям, кроме биомассы и индекса
Пантле-Букк. Высокое значение биомассы в августе дает присутствие
в пробах крупных двустворчатых и брюхоногих моллюсков. Некоторое повышение индекса Пантле-Букк в августе объясняется тем, что с
ростом видового разнообразия растет и численность эврибионтов с
высокими значениями сапробности.
92
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Из таблицы 2 видно, что в августе наиболее распространенными
организмами в р. Пра были: хирономиды – Procladius подр.
holotanypus, Lipiniella arenicola, Paralauterborniella nigrohalteralis;
олигохеты – Tubifex newaensis, Limnodrilus hoffmeisteri. Роль остальных организмов в целом по реке незначительна, хотя они могут доминировать на отдельных станциях. Так, Chironomus sp. является доминантом на станции Брыкин Бор 5 (старица реки, соединенная с
основным руслом узкой протокой), где наблюдаются следующие условия – черный илистый грунт, мелкая, стоячая, хорошо прогреваемая
вода. Cladotanytarsus гр. mancus и Lipiniella moderata – содоминанты
на песчано-илистом, лишенном зарастания грунте станции Слобода
(основная). В отличие от нее, на дополнительной станции в том же
районе, где развита прибрежно-водная растительность, доминирует
олигохета Isochaetides michaelseni и хирономида Nanocladius sp., относящаяся к подсемейству Orthocladiinae. На станции Брыкин Бор 3
доминируют хирономиды Glyptotendipes gripekoveni и Dicrotendipes
nervosus. Брюхоногий моллюск Viviparus viviparus достигает очень
высокой численности (600 экз./м2) и биомассы (более 6 тыс. г/м2) на
станции Липовая Гора 1, которая находится в прибрежной полосе и
характеризуется хорошо развитой растительностью (осока, телорез).
В сентябре наиболее распространены в целом по реке –
Procladius подр. holotanypus, Clinotanypus nerwosus, причем только в
верхнем и среднем течении, в устьевой зоне эти виды отсутствуют, в
несколько меньшей степени распространены – Glyptotendipes glaucus
и Chironomus dorsalis. Из олигохет наибольшая частота встречаемости – у Tubifex newaensis, Isochaetides michaelseni, Limnodrilus
hoffmeisteri, в меньшей степени – Tubifex tubifex. Наидиды – Nais
pardalis, Ripistes parasita – достигают своей наивысшей численности
на устьевом участке реки и являются доминантами на третьей станции. Хирономида Lipiniella moderata доминирует на одной из станций
пос. Брыкин Бор, на участке с песчано-илистым дном и хорошо выраженным зарастанием.
Итак, осенние зообентоценозы р. Пра отличаются от летних
меньшим видовым разнообразием личинок хирономид и большим –
олигохет, пиявок, личинок насекомых
Из таблиц видно, что для верхнего и устьевого участков р. Пра характерно повышение численности, биомассы, видового разнообразия и
индекса Шеннона в сентябре по сравнению с августом. Противоположная тенденция наблюдается для участка, расположенного в среднем течении, где осенняя проба показывает явное ухудшение состоя93
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ния бентоса, обеднение видового состава, снижение численности и
разнообразия. Для станций, находящихся близ поселка Брыкин Бор, не
наблюдается значительных изменений состояния бентосных биоценозов в сентябре по сравнению с августом, за исключением станции 2,
где осенью повышаются показатели численности, биомассы и разнообразия. Значительное превышение августовской биомассы над сентябрьской на станции Брыкин Бор 1 объясняется наличием в августовской пробе крупных двустворчатых моллюсков. Особняком стоит
станция Липовая Гора 1, где в августе наблюдалось массовое развитие
моллюсков Viviparus viviparus, а также высокая численность представителей родов Unio и Anodonta. Эти организмы обуславливают очень
высокую биомассу зообентоса в августе на этом участке, тогда как показатели численности и биоразнообразия и здесь выше осенью.
Динамика количественных показателей макрозообентоса объясняется особенностями жизненных циклов организмов, условиями станций отбора проб (глубина, течение, грунт, наличие зарастания), климатическими особенностями (аномально жаркое и сухое лето 2010 г.) [2].
Станция Шагара (русло реки при впадении в озеро) отличается от
других грунтом (детрит, а не песчано-илистый или песчаный), гидрологическими условиями (малая глубина, слабое течение) более близкими к озерным, чем на других станциях (малая глубина, слабое течение). Это объясняет доминирование лимнофильных видов –
хирономид Procladius подр. holotanypus, Clinotanypus nerwosus, олигохеты Limnodrilus hoffmeisteri. Здесь наблюдается сентябрьский максимум численности и биоразнообразия, связанный с появлением
осенней генерации личинок хирономид и олигохет, многочисленной
молоди рода двустворчатых моллюсков Pisidium.
Станция, расположенная на территории г. Спас-Клепики, испытывает на себе антропогенное влияние, возможно, этим объясняется
низкая численность и разнообразие организмов летом. Резкое
улучшение состояние бентоса в сентябре, вероятно, обусловлено
хорошим кислородным режимом (малая глубина, достаточно высокая скорость течения), высокой дозой солнечной радиации и достаточно высокой для осени температуры, преобладанием легкоразлагаемых органических загрязнителей на участке и, следовательно,
высокой скоростью самоочищения.
Сложнее объяснить ухудшение состояния бентоса в среднем течении из-за недостатка информации об антропогенном влиянии на реку, но, вероятно, это связано с влиянием с. Слобода и туризмом.
94
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
На станциях, расположенных на территории заповедника, близ
центральной усадьбы Брыкин Бор, не выявлено принципиальных отличий между летними и осенними пробами. Макрозообентос здесь
развит слабо из-за сильного течения и малого содержания органики в
грунте, в основном концентрируется в прибрежной полосе.
В устьевом участке, расположенном близ кордона Окского заповедника Липовая Гора, наибольший интерес представляет станция 1,
где летом наблюдалось скопление моллюсков-живородок. Вероятно,
это обусловлено тем, что на участке хорошо развита кормовая база
моллюсков (за счет зарастания прибрежно-водной растительностью),
а также хорошей прогреваемостью участка. Повышение численности
олигохет в устьевом участке осенью обусловлено прежде всего размножением представителей оксифильного семейства Naididae.
Участие личинок хирономид в формировании видового разнообразия макрозообентоса в реке Пра составляет более половины видового
состава. В количественном отношении доминирующими видами оказались эврибионты – хирономида Procladius подр. holotanypus и олигохета
Limnodrilus hoffmeisteri. Но наряду с ними среди доминантов – олигохеты Tubifex newaensis, Isochaetides michaelseni – β-мезо-реофилы, обитатающие на песчаных и илистых грунтах в литорали и профундали при
достаточной проточности. Эти олигохеты отсутствуют в Пеленге, как и
представители семейства Naididae – Nais pardalis и Ripistes parasitа, доминирующие на одной из станций устьевого участка. В Пеленге нет и
таких родов хирономид, как Lipiniella, Clinotanypus, Paralauterborniella,
Harnishia, Cladotanytarsus, Demicryptochirinonus, Cryptochironomus,
Dicrotendipes, ортокладиин Nanocladius, Orthocladius, которые достаночно широко распространены по руслу р. Пра.
Из моллюсков в р. Пра наиболее распространена живородка –
Viviparus viviparus, в Пеленге встречающаяся спорадически. В Пелеге
отсутсвуют также крупные двустворчатые родов Unio и Anodonta.
Что касается количественных показателей, то в сентябрьских
пробах (пик арзвития бентосных сообществ) состояние бентоса в реке
Пра выше по всем показателям за исключением численности организмов.
Выводы
1. В р. Пра более выражена доля реофильных и оксифильных организмов.
2. В формировании видового разнообразия макрозообентоса р.
Пра характерна более высокая доля личинок хирономид.
95
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3. В сентябре количественные показатели состояния бентоса повышаются.
4. К осени состояние бентоса улучшается по сравнению с весенне-летним периодом
Литература
1. Алексеевский Н. И., Гриневский С. О., Ефремов П. В., Заславская М. Б.,
Григорьева И. Л. Малые реки и экологическое состояние территории // Водные
ресурсы. 2003. Т. 30. №5. – Стр. 586 – 595.
2. Барышев И. А. Распределение организмов зообентоса при снижении
уровня воды в малой реке // Биология внутренних вод. 2008. №4. – Стр. 81 – 85.
3. Богатов В. В. Экология речных сообществ российского Дальнего Востока. – Владивосток: Дальнаука, 1994. – 218 стр.
4. Лебедев Ю. М. Что такое малая река?//Малые реки: Современное экологическое состояние, актуальные проблемы: Тезисы докладов Международной
научной конференции, Россия, Тольятти, 23-27 апреля 2001г. – Тольятти: ИЭБВ
РАН, 2001, с. 122.
5. Определитель пресноводных беспозвоночных Европейской части СССР
(планктон и бентос). Ред. Кутикова Л. А., Старобогатов Я. И. – Л.: Гидрометеоиздат, 1977.- 512 с.
6. Определитель пресноводных беспозвоночных России, т. 4 – Л.: Зоологический институт, 1999 г., 992 стр.
7. Рекомендации по методике количественного учета пресноводных беспозвоночных. Под ред. Н. А. Дзюбана. Л., 1968. – 22 стр.
8. Рохмистров В. Л. Малые реки Ярославского Поволжья. – Ярославль: Издание ВВО РЭА, 2004. – 54 с.
9. Семерной В. П. Санитарная гидробиология. Учебное пособие. –
Ярославль: ЯрГУ, 2005. –203 с.
10. Учебно-полевая практика по курсу «Экология» (водные экосистемы):
метод. указания / Сост. Семерной В. П., Зубишина А. А.; Ярославль: ЯрГУ,
2007. – 72 стр.
МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ЭКСПЛУАТАЦИИ
СИСТЕМ ЗАЩИТЫ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ
А В. Горяга, А. М. Добренко, О. А. Цорина
Омский государственный технический университет, e-mail: bgd@mail.ru
Общая схема структурирования систем защиты построена авторами в работе [1]. Пусть некоторый этап производственного процесса
обслуживается рабочими местами w1,…, wn и для моделирования системы защиты этих рабочих мест выделены независимые факторы
риска f1,…, fm.
96
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Предположим, что без установки моделируемой системы защиты
определена на временном промежутке Τ карта уровней риска P данного этапа производственного процесса для этих рабочих мест относительно данной группы факторов риска имеет вид
 p11  p1n 
Ρ=   


 pm1  pmn 
,
в которой pij вычисляются по формулам pij = pi⋅ qij ⋅ pij, где pi – оценка
вероятности возникновения фактора риска fi, qij – оценка вероятности
попадания рабочего места wj в зону воздействия fi при условии его
возникновения, rij – оценка вероятностной меры ущерба для работающего на рабочем месте wj от воздействия fi.
Методы построения этих оценок изложены в работе [2]. Рассмотрим подсистему защиты Zf, которую определим как совокупность
элементов защиты, снижающих вероятности p1,…, pm возникновения
факторов риска f1,…, fm на временном промежутке Τ. Зафиксируем
время Tэ эксплуатации подсистемы защиты Zf, причем будем считать,
что Tэ = Nэ⋅T, то есть Tэ кратно Τ.
В качестве основных количественных характеристик подсистемы
защиты Zf возьмем неубывающие функции k1(t),…, km(t) определенные
на промежутке времени [0, Tэ] и принимающие значения из промежутка [0, 1], отражающие динамику роста коэффициентов снижения вероятностей p1,…, pm соответственно (потеря защитных свойств Zf вследствие износа или старения ее элементов за время ее эксплуатации).
Функции k1(t),…, km(t) строятся по экспертным оценкам износа или
старения элементов Zf на [0, Tэ], при этом будем предполагать, что
восстановление (частичный или полный ремонт) элементов подсистемы Zf на [0, Tэ] не производится.
Для моделирования карты уровней рисков после установки подсистемы защиты Zf определим на [0, Tэ] следующие вспомогательные
функции (индикаторы соответствующих временных промежутков):
1, при t ∈ [(k − 1)Τ, kΤ]
0, при t ∉ [(k − 1)Τ, kΤ],
ϕ k (t ) = 
k = 1, , N э .
Рассмотрим вместо исходных функций k1(t),…, km(t) кусочнопостоянные функции
97
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
z
(f)
i
Nэ
(t ) = ∑ z i (k ) ⋅ ϕ k (t ) ,
(1)
k =1
где
z i (k ) =
k i ((k − 1)Τ) + k i (kΤ )
2
(2)
и заметим, что при t∈[(k – 1)T, kT] значение z i( f ) (t ) равно среднему
арифметическому значений функции ki(t) на концах промежутка времени [(k – 1)T, kT] (усреднение значений функции ki(t) на этом промежутке).
Теперь установка подсистемы защиты Zf меняет элементы pij карты уровней рисков P, вследствие того, что вероятности pi возникновения факторов риска fi должны быть заменены на z i( f ) (t ) ⋅ pi , где z i( f ) (t )
выступает как коэффициент снижения pi. Таким образом, pij становятся переменными на [0, Tэ]. Таким образом, новая карта уровней рисков имеет вид
 p11 (t )  p1n (t ) 



Ρ(t ) = 
,
(3)
 p (t )  p (t ) 
mn
 m1

где pij (t ) = z i( f ) (t ) ⋅ pij .
Согласно формулам (1) и (2) на каждом промежутке [(k – 1)T, kT],
k = 1,…,Nэ, pij(t) = zi (k)⋅pij, то есть является постоянной величиной, которая меняется лишь от промежутка к промежутку времени Τ, другими словами, карта уровней рисков P(t) – кусочно-постоянна на [0, Tэ].
Вектор Ρ f = (Ρ f , , Ρ f ) , определяющий оценки вероятностей воздействия каждого из факторов риска f1,…, fm на производственный коллектив в целом, так же из постоянного становится кусочно-постоянным
на [0, Tэ] и имеет вид [2]
m
1
(
Ρ f (t ) = Ρ f1 (t ), Ρ f m (t )
где
n
),
Ρ f i (t ) = 1 − ∏ (1 − p ij (t )) .
j =1
(4)
Вектор Ρw = (Ρw , , Ρw ) , определяющий оценки уровней рисков каждого из рабочих мест w1,…, wn относительно всей группы факторов
рисков f1,…, fm, также из постоянного становится кусочнопостоянным на [0, Tэ] и имеет вид [2]
Ρw (t ) = (Ρw (t ), , Ρw (t ) ),
1
n
n
1
98
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
где
m
Ρw j (t ) = 1 − ∏ (1 − p ij (t )) .
(5)
i =1
И, наконец, оценка общего уровня риска Ρ также становится кусочно-постоянной на [0, Tэ] и имеет вид [2]
m
n
i =1
j =1
Ρ (t ) = 1 − ∏∏ (1 − p ij (t )) .
(6)
Формулы (4), (5), (6) позволяют вычислять основные показатели
уровней рисков с учетом действия подсистемы защиты Zf на любом
временном промежутке [(k – 1)T, kT], k = 1,…,Nэ времени эксплуатации Tэ подсистемы защиты Zf.
Рассмотрим подсистему защиты Zfw, которую определим как совокупность элементов защиты, снижающих вероятности qij – попадания рабочих мест wj в зону воздействия факторов риска fi (i = 1,…, m; j
= 1,…, n) на временном промежутке Τ.
В качестве основных количественных характеристик подсистемы
защиты Zfw возьмем неубывающие функции kij (t) (i = 1,…, m; j = 1,…,
n), определенные на [0, Tэ] и принимающие значения из интервала [0,
1], отражающие динамику роста коэффициентов снижения вероятностей qij. Функции kij (t) строятся по экспертным оценкам износа или
старения элементов Zfw на [0, Tэ], при этом, как и выше, предполагается отсутствие восстановления защитных свойств элементов подсистемы Zfw на [0, Tэ].
Для моделирования карты уровней рисков после установки подсистемы защиты Zfw рассмотрим вместо исходных функций kij (t) кусочно-постоянные функции
Nэ
z ij( fw) (t ) = ∑ z ij (k ) ⋅ ϕ k (t ) ,
k =1
где
z ij (k ) =
k ij ((k − 1)Τ ) + k ij (kΤ )
2
,
(7)
i = 1,…, m; j = 1,…, n; k = 1,…,Nэ, и отметим, что, как и раньше, при
( fw )
t∈[(k – 1)T, kT] значение z ij (t ) равно среднему арифметическому значений функции kij (t) на концах временного интервала [(k – 1)T, kT].
Теперь установка подсистемы защиты Zfw меняет элементы pij карты уровней рисков P, вследствие того, что вероятности qij становятся
равными z ij( fw) ⋅ qij , где z ij( fw) (t ) выступают как коэффициенты снижения qij.
Таким образом, новая карта уровней рисков имеет вид (3),
где
(8)
p ij (t ) = z ij( fw) (t ) ⋅ p ij
99
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
и становится кусочно-постоянной на [0, Tэ]. Векторы Ρ f , Ρw и оценка
общего уровня риска Ρ при этом также становятся кусочнопостоянными на [0, Tэ] и вычисляются по формуле (7) с использованием формул (4), (5), (6).
Рассмотрим подсистему защиты Zw, определяемую как совокупность элементов защиты, снижающих вероятностные меры ущерба rij,
наносимого работающим на рабочем месте wj в результате воздействия фактора риска fi на временном промежутке Τ.
Модель карты уровней рисков после установки подсистемы защиты Zw строится так же, как и для подсистемы защиты Zfw, то есть
по исходным функциям kij (t), отражающим динамику роста коэффициентов снижения rij на [0, Tэ], строятся кусочно-постоянные функции
Nэ
z ij( w) (t ) = ∑ z ij (k ) ⋅ ϕ k (t ) ,
k =1
где zij (t) вычисляются по формулам (7).
Установка подсистемы защиты Zw меняет элементы pij карты
уровней рисков P, так как теперь вместо rij нужно при вычислении pij
брать z ij( w) (t ) ⋅ rij , где z ij( w) (t ) выступает как коэффициент снижения rij. Таким образом, новая карта рисков имеет вид (3), где
(9)
p ij (t ) = z ij( w) (t ) ⋅ p ij
и также становится кусочно-постоянной на [0, Tэ]. Векторы Ρ f , Ρw и
оценка общего уровня риска Ρ также становятся кусочнопостоянными на [0, Tэ] и вычисляются по формуле (9) с использованием формул (4), (5), (6).
Установка подсистем защиты Zf, Zfw, Zw меняет модели оценок
средних экономических потерь от воздействия факторов риска f1,…,
fm на рабочие места w1,…, wn, построенные в работе [3].
Действительно, если на временном промежутке Τ задана таблица
экспертных оценок экономических потерь от воздействия i–го фактора риска (i = 1,…, m) на j–ое рабочее место (j = 1,…, n)
c11  c1n 
C = 
,
c m1  c mn 
то случайные величины X1,…, Xm – экономические потери от воздействия каждого из факторов риска f1,…, fm соответственно на рабочий
коллектив в целом трансформируются в случайные величины
X1(k),…, Xm(k), которые на каждом временном промежутке [(k – 1)T,
100
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
kT] вычисляются с учетом того, что pij = pij(t). Вероятности pij(t) на
[(k – 1)T, kT] вычисляются в зависимости от подсистемы защиты по
соответствующим формулам.
Случайные величины Y1,…, Yn – экономические потери от воздействия на каждое из рабочих мест w1,…, wn всей группы рассматриваемых факторов риска трансформируются в случайные величины
Y1(k),…, Yn(k), которые на каждом временном промежутке [(k – 1)T,
kT] определяются с учетом того, что pij = pij(t), где вероятности pij (t)
на [(k – 1)T, kT], вычисляются в зависимости от подсистемы защиты
по соответствующим формулам.
Таким образом, средние экономические потери за время Tэ = Nэ⋅T
эксплуатации соответствующей подсистемы защиты вычисляются по
формулам
m
Nэ
n
Nэ
X = ∑ ∑ X i (k ) = ∑ ∑ Y j (k ) = Y
i =1 k =1
j =1 k =1
,
(10)
где X i (k ), Y j (k ) – средние значения (математические ожидания) соответствующих случайных величин.
Общая модель всей системы защиты Ζ = Ζ f , Ζ fw , Ζ w определяется
картой уровней рисков, в которой вероятности воздействия факторов
риска на рабочие места имеют вид
(11)
p ij (t ) = z i( f ) (t ) ⋅ z ij( fw) (t ) ⋅ z (jw) (t ) ⋅ p ij .
Средние экономические потери после установки системы защиты
за время Tэ = Nэ⋅T ее эксплуатации вычисляются по формуле (10), где
X i (k ), Y j (k )
вычисляются по карте уровней рисков, элементы которой
определяются формулами (11).
И, наконец, если C(Zf), C(Zfw), C(Zw) – стоимости соответствующих подсистем защиты, то стоимость всей системы защиты вычисляется по формуле
C ( Ζ) = C ( Ζ f ) + C ( Ζ fw ) + C ( Ζ w ) − C ( Ζ f ∩ Ζ fw ) − C ( Ζ f ∩ Ζ w ) −
− C ( Ζ fw ∩ Ζ w ) + C ( Ζ f ∩ Ζ fw ∩ Ζ w ),
где C(Zf ∩ Zfw), C(Zf ∩ Zw), C(Zfw ∩ Zw), C(Zf ∩ Zfw ∩ Zw) – стоимости
общих элементов соответствующих подсистем защиты.
Предлагаемая общая модель системы защиты может быть использована при разработке моделей ее эксплуатации в штатном и нештатном режимах
101
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Литература
1. Горяга, А. В., Добренко А. М., Сердюк В. С. Общие модели количественных оценок экономических потерь от воздействия опасных производственных
факторов на рабочие места / А. В. Горяга, // Динамика систем механизмов и машин : Мат. VII Межд. науч.-техн. конф. Кн. 3. – Омск : ОмГТУ. – 2009. –
С. 356 – 358.
2. Горяга А. В. и др. К вопросам разработки общих моделей систем защиты
от факторов рисков производственных процессов // Россия молодая: передовые
технологии – в промышленность : Мат. III Всеросс. молодежн. науч.-техн. конф.
Кн. 2. – Омск : ОмГТУ. – 2010. – С. 280–282.
3. Сердюк, В. С., Горяга, А. В., Добренко А. М. Модели количественных
оценок уровней рисков производственных процессов – Омск : ОмГТУ, 2005. –
18 с. – Деп. в ВИНИТИ 03.05.05, № 645.
К ВОПРОСУ ИЗУЧЕНИЯ И ОХРАНЫ
ЗЕЛЁНЫХ РАСТЕНИЙ В ГОРОДЕ
Г. М. Суворова
Ярославский государственный педагогический
университет им. К. Д. Ушинского e -mail: doc_suv@rambler.ru
Зелёные растения и городские леса – неотъемлемая часть структуры города. Они входят в систему жизнеобеспечения города и составляют важнейший средообразующий, средозащитный фактор, обязательный и важный элемент городского ландшафта, обеспечивающий комфортность и качество среды обитания человека.
Растительность в городе снижает напряжённость и конфликтность,
способствуют устойчивому развитию города. Зелёные насаждения
выступают в двух ролях: ценный объект наблюдения и индикатор состояния окружающей среды. Растения выполняют ряд функций, среди
которых можно выделить санитарно-гигиеническую, психофизиологическую ветрозащитную и рекреационную функции. Растения являются глушителями шума, что зависит от характера посадок, породы
деревьев, времени года, силы шума. Плотные и сомкнутые по вертикали растения способны снизить уровень шума до 5-8 дБА. Растения
повышают ионизацию воздуха в 5-7 раз, снижают бактериальную загрязнённость воздуха, обогащают фитонцидами. Растение осуществляет фотосинтез с помощью целой системы специальных структур
(лист, ткани, клетки, хлоропласты, молекулы хлорофилла), которые в
городской среде имеют гораздо меньшую «мощность» и производительность химических процессов. Дыхание, в результате которого
происходит окисление сложных органических соединений, высвобо102
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ждение энергии и выделение углекислого газа, у городских растений
имеет повышенную интенсивность (особенно ночью). Однако энергетическая эффективность невелика, так как энергия тратится не на фотосинтез. Сдвиг баланса между обоими составляющими газообмена у
городских растений снижает общую продуктивность фотосинтеза, то
есть растение меньше создает веществ для роста и образования биомассы. Водный режим складывается из процессов поглощения воды
корнями, её передвижением в теле растения и потери в процессе испарения (транспирации). Городские растения в жаркие дни испытывают недостаток влаги (Гусев, 1974). Биохимические процессы у городских растений изучены ещё недостаточно, но имеют изменённое
состояние, что сказывается на их развитии. Городские растения выделяют меньше фитонцидов (Горышина, 1991). Защитные реакции растений связаны со способностью противостоять обезвоживанию, к морозу (Туманов, 1970) и к засухе (Генкель, 1982). Различают два вида
засухи: атмосферную и почвенную. Растения выработали ряд защитных ответных реакций на засуху: снижение интенсивности транспирации, закрывая в полдень устьица; значительное снижение ростовых
процессов в надземной части деревьев; возрастание осмотического
потенциала клеток мякоти листа за счёт сосущей силы и водоудерживающей способности; сброс листьев; возрастание интенсивности дыхания; активный рост корневых систем в направление горизонтов
почвы, содержащих доступную влагу (гидротропизм корней). Растения в городе страдают от выхлопных газов автомобилей и дыма из
труб. Они быстро старею, редеют и их крона уродуется. Вблизи предприятий у хвойных растений хвоя опадает чаще 3-4 лет. Ущерб городским растениям вредными газами зависит от многих причин: концентрации выбросов газа; продолжительность его воздействия; типа
погоды (влажная, сухая, ветреная); физиологического состояния растения, времени года; от вида растения, в каком состоянии находится
растение.
Различают биологическую, морфо-анатомическую, физиологическую, структурную, регенерационную, биохимическую, анабиотическую, популяционную, фитоценотическую газоустойчивость растений (Н. П. Красинский, Генкель, 1975), Устойчивость к сернистому
газу: вяз обыкновенный, клён яснелистный, лох серебристый, жимолость татарская, бересклет европейский. Устойчивость к хлору: черёмуха обыкновенная, клён остролистный, роза морщинистая, боярышник кроваво-красный, кизильник блестящий. Устойчивость к окислам
азота: барбарис Тунберга, лиственница сибирская, дуб черешчатый,
103
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
клён остролистный, клён яснелистный, ива козья, бузина красная, кизильник блестящий. Устойчивость к аммиаку: барбарис Тунберга, лиственница сибирская, дуб черешчатый, клён остролистный, клён яснелистный, ива козья, бузина красная, кизильник блестящий,
боярышник кроваво-красный, облепиха крушиновидная, груша уссурийская. Устойчивость растений к биологическим факторам внешней
среды: микроорганизмам, насекомым-вредителям. Взаимоотношения
могут иметь самый разнообразный характер от симбиоза до паразитизма. Как правило, вступают в эти отношения представители далёких систематически групп друг от друга, что в первую очередь зависит от типа питания: гетеротрофное, сапрофитное или паразитное
типы питания. Особая группа фитопатогенных микроорганизмов может выделять токсины, в составе которых могут быть: спирты, альдегиды, ацетон, органические кислоты, продукты распада белковых молекул. Некоторые грибы выделяют ряд летучих соединений:
этилацетат, метиланисат, анисальдегид, которые отравляют протоплазму клеток растения. Ферменты, синтезируемые микроорганизмами как эстераза, инвертаза, амилаза, раффиназа, гемицеллюлоза,
ферменты белкового обмена закономерно изменяют активность в ходе развития микроорганизмов. Некоторые микроорганизмы выделяют
высокоактивные вещества антибиотики. Внедрение постороннего организма с мощной системой физиологически активных веществ изменяет ход жизненных процессов и с их помощью нарушает свойственную растению-хозяину координацию процесса обмена веществ
(Рубин, 1976). Способность сопротивляться воздействию патогенна,
способность локализовать, подавить это вмешательство и сохранить
нормальный ход физиологических процессов и процессов жизнедеятельности называется устойчивостью, сопротивляемостью, иммунитетом. Устойчивость к нескольким видам патогенов называют групповой, или комплексной. Устойчивость к нескольким физиологическим расам патогена называется вертикальной, а ко всем расам
патогена – горизонтальной. Понятие «неустойчивость» означает
сильную поражаемость растений болезнями. Фитонциды – особые
вещества, выделяющиеся тканями высших растений, обладающие
бактерицидным и фунгицидным действием. Роль фитонцидов в явлении иммунитета изучена недостаточно.
Высокая температура стволов растений свойственная ослабленным растениям, а низкая температура стволов здоровых растений.
Снижается устойчивость растений к болезням и вредителям: высокая
прогреваемость стволов, почвы, уплотнение, засоление, нарушение
104
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
водного обмена. Визуальные методы биоиндикации загрязнения среды и состояния растений в городе позволяют определить действие ряда веществ: сернистый ангидрит поражает кончики хвои серым цветом, а затем в рыжий цвет. Повреждение хлором на листьях
появляются белые пятна, которые сереют и разрушаются. Азот проявляется на листьях черными пятнами, которые на нижней стороне
светлее. Фенологические методы: выявление нарушений феноритмов
роста и развития растения, ускорение процесса старения. Распускание
почек, облиствение, цветение, пожелтение листьев. Диагностика по
интенсивности смоловыведения, что определяет степень жизнеспособности дерева = 1,0, если её нет то 0,0. Мониторинг состояния зелёных насаждений и городских лесов. Частота встречаемости, состояние листьев, стеблей и ствола, корней, площадь повреждений,
аномалии, мощность воскового налёта, активность ферментов. Климат городов имеет суровые условия для произрастания растений.
Критерии оценки состояния жизнеспособности растений в городе: годичный прирост по высоте; форма и протяжённость кроны; соотношение между длиной главного и боковых побегов; охвоённость побегов; цвет и количество световой хвои; интенсивность фотосинтеза и
дыхания; интенсивность выделения смолы из ранок на стволе и ветвях (Еремин, 1971; Чмыр, 1971; Илларионов, 1977).
Экологическая ситуация урбанизированных территорий обусловлена концентрацией населения, транспорта, предприятий, ландшафтов
на сравнительно небольшой территории городов. Развитие промышленности становится более сложным, поэтому проблемы сохранения
окружающей городской среды, создания нормальных условий для
жизни и деятельности людей становятся всё более трудно решаемыми.
Взаимосвязи города и растительности достаточно сложны. В целом город неблагоприятно влияет на растительность, а растительность во
многом способствует формированию здоровой жизненной среды города. Наиболее пагубное влияние на растительность в урбанизированных
территориях оказывают три основных фактора: комплексное воздействие урбанизированной среды; загрязнённость воздушного бассейна и
почв; рекреационные нагрузки (вытаптывание, создание пожароопасной ситуации, физическое уничтожение). Растительность в городе
сильно угнетена комплексом ряда факторов: уплотнение почв, нарушение водного, воздушного и температурного режимов, вызванного
физическими нагрузками и воздействие электромагнитного излучения,
обеднение питательными веществами, загрязнением свинцом и другими веществами. В городах создаются условия близкие к условиям пус105
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
тыни. Пример. Если в лесу липа достигает возраста 300-400 лет, то в
городских парках – только 125 лет, на улицах 60 лет. Вредные выбросы промышленных предприятий приводит к тому, что растительность
в радиусе 6-8 – 10 км вокруг ГРЭС, металлургического, химического
комбината полностью погибают. Особенно пагубно влияет воздействие сернистого газа, который проникая в листья через устьица, реагирует с железом хлорофилла, нарушает каталитическую активность, вызывает распад хлорофилла и гибель клетки. Яркий солнечный свет,
высокая влажность, возраст растения усугубляют жизненность городских растений. При длительном воздействии сернистого газа проявляется у дуба, сосны и березы. Лучше усваивают его американский клён,
ясень, овёс, пшеница и горох. Чем больше город, тем значительный
ареал его влияния, в котором возникают предпосылки нарушения экологического равновесия.
Для решения проблем нарушения экологического равновесия
оперируют значениями предельно допустимой технической нагрузки;
определяют экологическую ёмкость территории с антропогенной нагрузкой, в которой может проходить репродуктивность биогеоценоза;
устанавливают размеры территории, которую необходимо включить в
урбанизированное природопользование для того, чтобы обеспечить
состояние динамической устойчивости всей природно-антропогенной
системы. Повышение озеленённости городов важная проблема, состоящая из обеспечения максимальной приживаемости и выживаемости растений в городах, которая может быть достигнута подбором
ассортимента растений, тщательным уходом за посадками и надёжной охраной.
ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ВОДОЕМОВ
ГОРОДА ЯРОСЛАВЛЯ В 2010 Г.
И. П. Серебрякова, К. А. Снигур, В П. Семерной
Ярославский государственный университет им. П. Г. Демидова
Существование определенных сообществ организмов зависит от
наличия ряда условий, благоприятных для их развития и размножения
отдельных видов, и, в связи с этим, видовой и количественный состав
сообщества становится показателем условий среды [1, 9].
В данной статье представлено состояие Шевелюхинского карьера
в 2008-09 годах [12, 13], а так же приведены исследования по Ляпинскому, Климовскому и Брагинским карьерам в 2010 году. В настоя106
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
щее время эти водоемы выполняют в основном рекреационную роль,
но возможно их использование и в качестве источников местного водоснабжения при соответствующей очистке их вод. Вследствие сильного антропогенного воздействия, главным образом стоками с близкорасположенных автомобильных трасс, крупных предприятий
(Ляпинская ТЭЦ), зоопарка, гаражного кооператива и загрязнения
бытовыми отходами, которые отдыхающие сваливают на берегах водоемов и непосредственно в водоемы, их экологическое состояние
заметно ухудшается.
Целью нашей работы являлось изучение экологического состояния озеровидных водоёмов карьерного типа города Ярославля по показателям видового и количественного состава зоопланктона и макрозообентоса при антропогенном воздействии.
В соответствии с данной целью были поставлены следующие задачи:
1. Исследовать видовой состав и показатели обилия зоопланктона
и макрозообентоса водоемов в период максимального развития.
2. Изучить экологические особенности карьеров, выявить уровень их сходства и различия.
3. Оценить экологическое состояние карьеров по показателям
зоопланктона и макрозообентоса.
4. Определить категорию и качество вод для каждого карьера по
показателям сапробности.
Краткая характеристика водоемов
Ляпинский карьер. Является большим прудом-охладителем для
Ляпинской ГРЭС (запущенной в 1926 году). Данный водоем находится в Заволжской части Ярославля, близ Нижнего поселка. Имеет
сложную форму и выступами берегов разделен на несколько частей.
Для рекреационных целей, в основном, используется часть, прилежащая к дороге, что ведет к Ляпинским торфяным месторождениям. Ляпинский карьер излюбленное место отдыха жителей Нижнего поселка
Заволжского района города Ярославля. Данная часть пруда имеет вытянутую с северо-запада на юго-восток прямоугольную форму (рис.
1). Длина около 1 километра, ширина – не более 100 метров.
Дно водоема песчаное, берега достаточно сильно заросшие, ровные и пологие, за исключением южного. Заросли особенно обильны
на середине карьера.
Шевелюхинский карьер. Данный водоем является заброшенным и затопленным карьером.Находится он в Заволжской части Ярославля в районе поселка Шевелюха, вдоль трассы М8 (Вологодское
107
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
шоссе) (рис. 2). С севера Шевелюхинский карьер граничит с зоопарком. На юге примерно в 50 метрах находится автозаправка. На западном берегу водоема сосновый бор (антропогенного происхождения).
Вдоль восточного берега проходит федеральная трасса М8. Стоит отметить, что карьер находиться ниже, чем трасса. Западный берег является более крутым, чем восточный. Водоем имеет вытянутую с юга
на север форму. Максимальная длина составляет 780 метров, ширина – 255 метров, максимальная глубина – 15,7 метров.
Рис. 1 Схема отбора проб на
Ляпинском карьере
Рис. 2. Схема отбора проб на
Шевелюхинском карьере
1
Рис. 4. Схема отбора проб на
Климовсоком карьере
Рис. 3. Схема отбора проб на
Брагинских карьерах
Брагинские карьеры. Являются комплексом карьеров, состоящих из 5 водоемов. Ранее в них добывалась глина. Брагинские карьеры находятся в Дзержинском районе города Ярославля недалеко от
ТЦ «Альтаир», рядом с гаражным кооперативом. Для нашей работы
были выбраны 2 водоема. Критериями для отбора служили популярность того или иного карьера у местного населения (рыбаки, отдыхающие) и размеры (соизмеримость с Шевелюхинским).
108
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Малый карьер (номер 1 на рис. 3) имеет неправильную форму и
разделен «выступом» на две почти равные части. Неправильная форма
затрудняет определение длины и ширины этого водоема. Приблизительная его ширина 240 метров, ширина – 300. Большой Брагинский
карьер (номер 2 на рис. 3) вытянут в направлении с севера на юг и имеет
ширину около 270 метров и длину чуть более 550 метров.
Климовский карьер. Находится в Ярославском районе, приблизительно в 7 км к югу от Ярославля, у деревни Климовское. Климовских карьеров 2, различаются они своими размерами. Исследования
проводились на меньшем (рис. 4) из них. Водоем имеет неправильную
форму. Наибольшая его длина достигает чуть более 500 метров, а
наибольшая ширина – около 490 м. Вдоль западного берега проходит
дорога, причем карьер находится ниже ее уровня.
Материалы, методы и обработка данных
Сбор материала производился на Шевелюхинском, Климовском,
Ляпинском и Брагинских карьерах, которые находятся в Заволжском,
Дзержинском районах города Ярославля и деревне Климовское Ярославского муниципального района. Пробы отбирались в начале августа 2010 года. Сбор материала производился с прибрежных частей
водоемов. В качестве орудия лова была использована малая сеть
Джудая (газ № 68) – для зоопланктона; и малая драга Дорогостайского – для зообентоса. Фиксация пробы производилась формалином с
концентрацией 4%.
Обработка фиксированных проб проводилась в лаборатории на базе кафедры экологии и зоологии факультета биологии и экологии ЯрГУ им. П. Г. Демидова. Наряду с изготовлением временных препаратов (фиксатор – глицерин), была освоена и методика изготовления
постоянных препаратов (в качестве фиксатора – канадский бальзам) с
предварительным окрашиванием организмов краской РомановскогоГимза. Таким образом, нами был внесен вклад в пополнение коллекции наглядного материала кафедры экологии и зоологии.
Помимо этого на базе кафедры общей и неорганической химии
биологического факультета ЯрГУ им. П. Г. Демидова был произведен
гидрохимический анализ вод исследуемых карьеров, где определялось
присутствие в пробах хлоридов, сульфатов, свободной угольной кислоты, бикарбонатов и нитратов, а так же жесткость и щелочность вод.
Расчет биомассы организмов зоопланктона производился по
значениям средних размеров, приведенных в таблицах Е. В. Балушкиной и Г. Г. Винберга (1978) [16]. Сапробность водоемов определялась по модифицированному индексу Пантле – Букк (модифика109
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ция Захарова В. Ю., 1997). Степень видового разнообразия и видового сходства карьеров устанавливалась по индексам Шеннона и
Сёренсена соответственно.
Статистическая обработка данных произведена с помощью программы Statistika 6.1. (в частности кластерный анализ) и Microsoft
Office Excel 2003.
Зоопланктон
В результате исследований, проведенных в течение 2010- 2011
годов на пяти карьерах города Ярославля, было определено 33 вида
зоопланктонных организмов. Из них 7 видов относятся к отряду Testacida, 9 – Ploimida, 11 – Cladocera, 1- Copepoda, 3 – Calanoida и 2 вида
организмов, относящихся к классу насекомых. Все отмеченные виды
являются широко распространенными в водоемах и водотоках Европейской части России многие из которых имеют сходные экологические характеристики, что было отмечено в работах С. М. Ждановой
[8].
Необходимо отметить, что во всех пяти водоемах по количеству
видов и значениям биомассы преобладал отряд Cladocera. Характер
распределения организмов в пробах был различен: некоторые виды
встречались далеко не во всех пробах, а если они и были, то количество организмов данных видов было незначительным по сравнению с
другими. Соответственно значения биомасса этих организмов также
варьировала. К таким видам относятся, например Podura aquatica
(Linné,1758), Harpacticoida sp.(Sars, 1903), Chaoborus sp. (Riessen,
1984) и некоторые другие.
Отдельно для Шевелюхинского карьера следует отметить, что в
этом году, по сравнению с предыдущими, не было обнаружено 6 видов: Kellicottia longispina, Daphnia longiremis, Daphnia pulex, Ceriodaphnia pulchella, Ceriodaphnia laticaudata и Вosmina obtusirostris. Это
может быть вызвано несколькими причинами: во-первых – количество этих организмов в пробах прошлых лет было очень мало, а значит
они могли просто не попасться; во-вторых – пробы этого года (как и
2008) отбирались с прибрежных частей водоемов, а не с «открытой
воды»; в-третьих – летом 2010 года зафиксированы аномальные значения температур, из-за чего многие организмы могли уйти в более
глубокие слои.
Как видно из приведенной таблицы (таблица 1.) наибольшие значения биомассы отмечены в малом Брагинском и Шевелюхинском
карьерах, что при высоком видовом разнообразии и численности сви110
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
детельствует о благоприятных условиях для развития зоопланктона и
рыб-планктофагов [11, 14].
По модифицированному индексу Пантле – Букк нами была рассчитана сапробность исследуемых водоемов по индикаторным видам
организмов, которая варьировала от 1,51 до 1,84 (таблица 2). Наименьшее ее значение имеет малый Брагинский карьер, а наибольшее –
Климовский. Полученные значения сапробности соответствует водоемам, относящимся к β – мезосапробному типу и лимносапробной категории вод.
Таблица 1
Средние значения биомассы зоопланктона городских водоемов
2010 г.
Название видов
1
Шевелюхинский
карьер
2
и
0,09
Науплии
копеподиты
Arcella vulgaris
Difflugia corona
D. oblonga
Centropyxis aculeata
C. discoides
C. plagistoma
Cyclopixis eurystoma
Lecane bulla
L. jessupi
L. luna
Platyias patulus leopoldi
P.
quadricornis
quadricornis
Keratella quadrata
K. cochlearis
Brachionus angularis
B. quadridentatus quadridentatus
Diaphanоsoma
brachyurum
Daphnia longispina
D. cucullata
D. cristata
Биомасса организмов, г/м3
ЛяпинБрагинские карьеры Климовский
ские
карьер
Малый
Большой
карьеры
3
4
5
6
0,08
0,21
0,02
0,02
0,02
0,02
0,02
-
0,01
0,01
-
0,05
0,02
0,08
0,12
0,07
0,01
0,001
0,001
0,01
0,02
0,06
0,07
0,02
0,05
0,001
0,001
0,02
0,02
0,01
0,001
0,001
0,001
-
-
-
-
-
0,001
0,003
0,001
-
0,004
0,001
0,004
-
0,001
0,004
-
0,001
0,002
-
0,006
0,001
0,002
0,002
0,22
0,12
0,52
0,32
0,70
0,80
0,44
-
0,07
-
-
-
111
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Ceriodaphnia affinis
Scapholeberis mucronata
Вosmina longirostris
Mesocyclops leuckarti
Eudiaptomus gracilis
1
E. graciloides
Chydorus sphaericus
Alona affinis
A. rectangula
Polyphemus pediculus
Podura aquatica
Harpacticoida sp.
Chaoborus sp.
Всего:
3,13
0,67
0,67
0,43
6,67
-
0,89
0,10
0,31
0,48
0,02
0,34
0,11
2
0,46
0,06
1,30
0,06
1,37
7,794
0,04
0,26
3
0,07
0,10
0,02
0,31
2,12
0,03
1,68
0,06
4
0,09
0,28
0,11
0,64
10,48
0,05
0,55
0,09
5
0,14
0,12
0,04
0,54
3,41
0,04
0,43
0,47
6
0,07
0,37
0,02
1,47
4,44
Помимо индекса Пантле-Букк для каждого исследуемого водоема
были рассчитаны индексы видового сходства Сёренсена (К) и видового разнообразия Шеннона (J, бит). Эти показатели являются широко
используемыми, так как они наиболее адекватно отражают экологическое состоянии водоемов [1, 6, 17].
Таблица 2
Значения индексов Пантле-Букк и Шеннона
для исследуемых водоемов
Индексы
Шевелю- Ляпинский Малый Брахинский карьер
гинский
карьер
карьер
Пантле- 1,64
1,77
1,63
Индекс
Букк
Индекс Шеннона 2,44
2,08
2,25
Большой
Климовский
Брагинский карьер
карьер
1,51
1,84
3,55
2,88
Максимальное значение индекса Шеннона у большого Брагинского карьера (таблица 2), что свидетельствует об относительной чистоте его вод (J = 3,55 бит/экз.). По этому показателю воды Ляпинских
прудов можно считать самыми загрязненными из всех исследуемых,
так как здесь значение индекса Шеннона равно 2,08 бит/экз. Как выяснилось, наибольшим видовым сходством обладают малый и большой Брагинские карьеры (К = 92,68 %), а так же большой Брагинский
карьер и Климовский (К = 74,42 %) (таблица 3). Высокий уровень
сходства Брагинских карьеров, на наш взгляд, можно объяснить близким расположением относительно друг друга и одним происхождени112
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ем, а значит и одинаковым возрастом, схожими условиями для обитания зоопланктона.
Таблица 3
Значения индекса Серенсена для исследуемых водоемов
Шевелюхинский
карьер
Ляпинский
карьер
Малый
Брагинский
Большой
Брагинский
Климовский
карьер
Шевелюхинс-кий
карьер
100%
Ляпинский Малый
карьер
Брагинский
Большой
Брагинский
Климовский
карьер
0,57
0,62
65
0,68
57, 14%
100%
0,67
0,7
0,68
61,54%
66,67%
100%
0,93
0,71
65%
70,27%
92,68%
100%
0,74
68,29%
68,42%
71,43%
74,42%
100%
Наименьшее сходство у Шевелюхинского и Ляпинского карьеров, что объясняется разными условиями для обитания зоопланктона
(состав растительности, уровень зарастания берегов, глубина и форма
водоемов, количество отдыхающих, сапробность и т.д.). В целом же
видовой состав организмов зоопланктона среди всех исследованных
водоемов схож.
Вероятно, это связано с близкими значениями численности (74,
76 тыс. экз./м3, 66,67 тыс. экз./м3 и 119,54 тыс. экз./м3 соответственно)
и биомассы организмов зоопланктона, которые, наряду с другими
обитателями водоемов, принимают активное участие в миграции биогенных элементов и процессах самоочищения.
Макрозообентос
В ходе исследования макрозообентоса водоемов города Ярославля и района было зарегистрировано 5 классов и 43 вида. Наиболее богат класс насекомых, представленный 23 видами, доля которых составила более 50% видов от общего числа. Другие классы представлены
от 1 до 14 видов.
Среди двухстворчатых моллюсков обнаружен лишь один вид
Pisidium sp. (amnicum) (O. F. Müller, 1774), который присутствовал во
всех исследованных водоемах.
Из брюхоногих моллюсков зарегистрировано 14 видов, их них
только Lymnaea ovata (Draparnaud, 1805) – обитатель всех пяти карье113
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ров. Такие виды как Valvata depressa (Pfeiffer, 1828), Viviparus
viviparus (Linne, 1758), Lymnaea patula (Da Costa, 1778), Lymnaea
stagnalis (Linne, 1758), Planorbis planorbis (Linne, 1758), Anisus
contorsus (Linne, 1758) и Anisus vortex (Linne, 1758) обитали только в
одном из пяти водоемов. Планорбиды отмечены на различном субстрате (и слабо заиленный песок, и детрит), но всегда на небольшой
глубине и при хорошей прозрачности воды. Похожие данные получила в своих исследованиях Уваева Е. И. [15].
Олигохеты представлены 4 видами. Причем в Ляпинском карьере
олигохеты обнаружены не были, а два вида (Limnodrilus udekemianus
(Claparede, 1862) и Limnodrilus claparedeanus (Ratzel, 1868)) зарегистрированы только в Климовском карьере. Все 4 отмеченных вида
(Tubifex tubifex (O. F. Müller, 1774), Limnodrilus hoffmeisteri (Claparede,
1868), L. udekemianus, L. claparedeanus) являются обитателями водохранилищ, рек и озер бассейна Верхней и Средней Волги [4], [3].
Кроме того, тубифициды были зарегистрированы на заиленных песках и песках с присутствием детрита. Следовательно они являются
пело- и детритофилами, что сопоставимо с данными Н. Р. Архиповой
[4].
Среди бентосных ракообразных в пробах попались только остракоды и только в Ляпинском карьере.
Класс Насекомых (Insecta) наиболее разнообразен и богат, как
уже говорилось ранее. В исследованных нами водоемах он представлен 6 отрядами (Odonata, Heteroptera, Ephemeroptera, Megaloptera,
Trichoptera, Diptera). Эти отряды представлены 1-4 видами, а в пробах
встречались редко и практически в единичных экземплярах (исключение ручейник Oxyethira sp.).
Представители ручейников и водяных клопов обнаружены только
в Ляпинском карьере.
Брагинские карьеры характеризуются присутствием отряда
Diptera, но даже его видовой состав беден (3 вида хирономид и 1 вид
мокрецов).
Максимальное видовое разнообразие отмечено на Ляпинском и
Шевелюхинском карьерах, но первый характеризуется также максимальным таксономическим составом (табл. 1). Минимальное разнообразие, как таксономическое, так и видовое зарегистрировано в Брагинских карьерах
Все отмеченные виды характерны для водоемов Ярославской области и бассейна Верхней и Средней Волги [4], [3], [5], [7], [10].
114
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 5
Значения индексов Пантле-Букк, Шеннона и Майера
по макрозообентосу
Водоем/Индекс
Ляпинский
Шевелюхинский
Брагинский малый
Брагинский большой
Климовский
Пантле-Букк
(модификация
Сладечека)
Шеннона
Майера
1,95
2,35
2,69
2,54
Пантле-Букк
(модификация
ДзюбанКузнецовой)
1,95
2,50
2,79
2,81
2,73
2,52
1,82
1,83
16
11
8
6
2,18
2,26
2,24
16
Расчет индекса Пантле-Букк, Шеннона и Майера (таблица 5) позволил сказать, что наиболее чистым можно считать Ляпинский карьер (β-мезосапробный с умеренно загрязненными водами), а наиболее
загрязненным – малый Брагинский (β-α-мезосапробный с сильно загрязненными водами).
Помимо индекса видового сходства Сёренсена, для исследуемых
водоемов был проведен кластерный анализ методом полной связи. Для
кластерного анализа помимо общего количества видов были так же взяты значения индексов Пантле-Букк (в двух модификациях), Шеннона,
Майера, Маргалефа. Кроме того учитывались данные таксономического
состава сообществ (количество видов в группах: хирономиды, олигохеты, моллюски и прочие) и доля численности организмов этих групп.
Полученные данные представлены на рисунке 6.
Как видно из данного рисунка, можно выделить две группы водоемов, которые очень схожи между собой и достаточно различаются между группами. Первая группа – это Брагинские карьеры, у них наибольшее сходство по всем показателям макрозообентоса. Это
объясняется близким расположением водоемов, одинаковым происхождением и возрастом. Кроме того, оба водоема имеют схожие внешние и
внутренние условия, что тоже очень сказывается на бентосном сообществе. Вторая большая группа – это Климовский-ШевелюхинскийЛяпинский карьеры. Они достаточно сильно отличаются от водоемов
первой группы. Это, на наш взгляд, возможно по нескольким причинам.
Брагинские карьеры имеют суглинистые-глинистые субстраты, а
в основе грунтов водоемов второй группы лежит песок. Более мелкие
глинистые частицы создают большую мутность воды, что, конечно
же, сказывается на бентосе.
115
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 6. Дендрограмма сходства городских водоемов
Возле Брагинских карьеров расположен гаражный кооператив.
Водоемы постоянно испытывают нагрузку из-за мытья автомобилей.
Попадающие во время мойки в воду СПАВ и маслопродукты, ухудшают кислородный режим. Кроме того ПАВ в небольших количествах может стимулировать выработку первичной продукции планктонными водорослями, а это приводит к «цветению» воды и
эвтрофированию.
Карьеры в Брагино сильно загрязнены бытовым мусором, в том
числе крупногабаритным, чего не наблюдается на других водоемах
(именно в воде, а не на берегу).
Во второй большой группе водоемов максимально схожи Шевелюхинский и Ляпинский карьеры, Климовский немного отличается от
них. Возможно, это связано с тем, что карьер у деревни Климовское
находится не в самом городе, а в районе. Рекреационная нагрузка на
него меньше, чем на Ляпинский или Шевелюхинский. Кроме того,
рядом с Климовским карьером находится только деревня и даче неподалеку. Территории же Ляпинского и Шевелюхинского карьеров испытывают большую антропогенную нагрузку.
116
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Выводы
1. В исследуемых карьерах обнаружено 33 вида зоопланктона и
43 вида макрозообентоса. Из них в пробах преобладают широко распространенные в водоемах и водотоках Европейской части России
виды, значительная часть которых имеет сходные экологические характеристики.
2. Наибольшие значения биомассы зоопланктона, при высоком
видовом разнообразии и численности организмов, отмечены в малом
Брагинском и Шевелюхинском карьерах, что свидетельствует о благоприятных условиях развития.
3. Экологическое состояние городских карьеров является удовлетворительным. Лучшее (по макрозообентосу) у Ляпинского карьера
(β-мезосапробный водоем с умеренно загрязненными водами), худшее – малый Брагинский α( -β-сапробный, с сильно загрязненными
водами). По зоопланктону сапробность всех карьеров соответствует
β-мезосапробным водоемам (умеренно загрязненным) и лимносапробной категории вод.
4. Наибольшее видовое сходство по зоопланктону, рассчитанное по
индексу Сёренсена, отмечено между Брагинскими карьерами и Брагинскими с Климовским, что связано с близким расположением одних и
похожим качеством вод других. Наименьшее сходство – между Шевелюхинским и Ляпинским карьерами, связанное с разными условиями
обитания для организмов зоопланктона (морфология водоемов, уровень
зарастания берегов, количество отдыхающих и т.д.).
5. По данным индекса Сёренсена и кластерного анализа (по макрозообентосу) наиболее схожими между собой являются Брагинские
карьеры. С остальными тремя водоемами они имеют низкое сходство.
Между собой Ляпинский, Шевелюхинский и Климовский карьеры
достаточно близки по видовому составу макрозообентоса и показателям качества вод.
Литература
1. Абакумов В. А. К истории контроля качества вод по гидробиологическим
показателям // Научные основы контроля качества вод по гидробиологическим
показателям: Тр. Всесоюз. конф. Москва, 1-3 ноября 1978 г. Л.: Гидрометеоиздат. 1981. – С.46-74.
2. Антропогенное воздействие на малые озера. Л.: Наука, 1980. 172 с.
3. Архипова Н. Р. Об экологии кольчатых червей (Annelida: Oligochaeta,
Aphanoneura), обитателей водных объектов Верхней и Средней Волги / Экология
водных беспозвоночных. – Нижний Новгород: Изд-во Вектор ТиС, 2007. С. 3775.
117
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
4. Архипова Н. Р. Фауна малощетинковых червей (Oligochaeta, Annelida)
водохранилищ Верхней и Средней Волги // Биологические ресурсы пресных вод:
беспозвоночные. Сборник научных работ посвященных 95-летию со дня рождения Филарета Дмитриевича Мордухай-Болтовского. Рыбинск, 2005. С. 82-95.
5. Баканов А. И. Современное состояние бентоса Верхней Волги в пределах
Ярославской области // Биология внутренних вод, 2003. №1. С. 81-88.
6. Деревенская О. Ю. Изменение зоопланктона малых озер урбанизированных территорий на разных этапах антропогенного воздействия и оздоровления:
Афтореф. канд. дисс. СПб.: Ин-т озероведения РАН, 1997. – 21 с.
7. Жгарева Н. Н. Видовой состав беспозвоночных фитофильной фауны и
бентоса оз. Неро / Состояние экосистемы озера Неро в начале ХХI века / отв.
ред. В. И. Лазарева; Ин-т биологии внутр. Вод. Им. И. Д. Папанина РАН. – М.:
Наука, 2008. С. 393-402
8. Жданова С. М. Структура сообщества зоопланктона мелководного высокотрофного озера Неро (Ярославская область): Афтореф. канд. дисс. Борок:
ИБВВ им. И. Д. Папанина РАН, 2009.-24 с.
9. Крючкова Н. М. Роль зоопланктона в процессах самоочищения водоемов:
Афтореф. канд. дисс. Минск: БОТКЗ ГУ им. В. И. Ленина, 1968. – 25 с.
10. Перова С. Н. Структура макрозообентоса Горьковского водохранилища
в начале XXI века // Биология внутренних вод. Номер 2. Апрель-май-июнь. 2010.
С. 44-49
11. Ривьер И. К. Состав, распределение и динамика зоопланктона как кормового ресурса рыб // Экология водных беспозвоночных. Н. Новгород: Изд – во
Вектор ТиС, 2007. – С.243.
12. Семерной В. П., Серебрякова И. П., Снигур К. А. Оценка экологического состояния Шевелюхинского карьера по сообществам планктона и бентоса //
Экология и Культура: от прошлого к будущему: материалы межрегиональной
научно-практической конференции, 2-3 декабря 2010 года. – Ярославль: ИПК
«Индиго», 2010. – С. 109-114.
13. Серебрякова И. П., Снигур К. А. Экологическое состояние Шевелюхинского карьера по видовому составу зоопланктона и макрозообентоса // Современные проблемы биологии, экологии, химии: материалы региональной научной
студенческой конференции. – Ярославль: ЯрГУ, 2011. – С. 60-65.
14. Столбунова В. Н. Зоопланктон мелководий различных типов озер и водохранилищ под влиянием гидрологических, гидрохимических и трофических
факторов среды // Актуальные вопросы изучения микро-, мейозообентоса и фауны зарослей пресноводных водоемов. Тематические лекции и материалы I Международной школы- конференции, Борок, 2-7 октября 2007 г.- Нижний Новгород: Вектор ТиС. 2007.- С. 276.
15. Уваєва О.І. Молюски пiдродини Planorbinae (GASTROPODA : PULMONATA) Украïни (фауна, систематика, поширення, еколог iя) Автореф. дис..канд.
біол. наук: – К., 2006. – 23 с. (URL: http://www.lib.ua-ru.net/inode/p-2/41643.html)
16. Учебно-полевая практика по курсу «Экология» (водные экосистемы):
метод. указания /Сост. В. П. Семерной, А. А. Зубишина; Яр. гос. ун-т. – Ярославль: ЯрГУ, 2008.-72 с.
17. Харченко Т. А., Протасов А. А., Ляшенко А. В. Анализ показателей
биоразнообразия, биотических, структурно-функциональных характеристик
118
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
водных экосистем и сапробиологических индексов в связи с использованием в
виде критериев оценки качества природных вод / Биоразнообразие и качество
среды антропогенно измененных гидроэкосистем Украины. Киев: ИГБ НАН Украины. 2005. – 314 с.
ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ВОДЫ РЕКИ ВОЛГИ В ЧЕРТЕ
Г. ТУТАЕВА ПО МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИМ ПОКАЗАТЕЛЯМ
Г. В. Кондакова, Ю. Д. Хомутова
Ярославский государственный университет им. П. Г. Демидова
e-mail: gvkondakova@mail.ru
Интенсивное развитие промышленности, укрупнение городов,
увеличение сбросов промышленными и энергетическими предприятиями – все это привело к значительному загрязнению водных ресурсов. Под влиянием сброса разнообразных химических веществ в
водах рек и других водных объектах могут происходить значительные
изменения в концентрации отдельных компонентов, а также в разнообразии микроорганизмов. Микроорганизмы являются наиболее чувствительным компонентом водной биоты и потому очень удобны для
определения гомеостатичности водных экосистем и изменения их состояния в зависимости от степени и характера антропогенных нагрузок. Они в значительной мере определяют способность экосистемы к
самоочищению, их роль в окислении, деструкции и минерализации
загрязняющих веществ, а также в устранении биологических загрязнителей особенно велика [1].
Целью работы являлась оценка качества воды р. Волги в черте г.
Тутаева по микробиологическим показателям. Отбор проб воды проводили весной, летом и осенью 2008 – 2009 г.г. в трех точках, расположенных в акватории правого берега р. Волги: Т.1 – напротив д. Молявино (2 км выше г. Тутаева, 1 км ниже питьевого водозабора); Т.2 –
напротив городских очистных сооружений (нижняя граница города,
точка отражает вклад г. Тутаева в общее загрязнение реки Волги);
Т.3 – на расстоянии 2 км от Т.2 вниз по течению р. Волги.
В исследуемых точках проводили контроль качества воды по
следующим микробиологическим показателям: общая численность
бактерий (Nобщ.); численность сапротрофных бактерий (общее микробное число – ОМЧ 370С и ОМЧ 220С), олиготрофов, общих колиформных (ОКБ) и термотолерантных колиформных (ТКБ) бактерий.
Кроме того, был проведен анализ морфотипов сапротрофных бактерий в летний период 2009 г. Отбор проб, проведение анализов и оцен119
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ку качества воды осуществляли в соответствии с установленной нормативной документацией [2, 3, 4].
В ходе проведенных исследований были получены следующие
результаты.
Общая численность (Nобщ). Общая численность бактериопланктона хорошо коррелирует со степенью трофности водоема, причем
зависит не от общего количества растворенного органического вещества, а от его усвояемой биотой части [5]. Величина Nобщ используется
также при классификации качества воды в зависимости от степени ее
загрязнения [4]. Нами было установлено, что динамика Nобщ в обследованных точках в 2008 – 2009 г.г. имела сходный характер. Общее
количество бактерий в р. Волге в черте г. Тутаева было максимальным в летний период, самое высокое значение этого показателя зарегистрировано в Т.1 в 2009 г. В целом в летний период Nобщ в обследованных точках превышало весенние значения в 1,2 – 2 раза, осенние –
в 1,4 – 3 раза (рис. 1).
Общее микробное число (ОМЧ). Общее число микроорганизмов
(или количество сапротрофов) не нормируется в воде водоемов в местах действующих водозаборов централизованного питьевого водоснабжения, поскольку уровень этой группы микроорганизмов в
большей степени зависит от природных особенностей каждого объекта, времени года и т. п. Количество сапротрофов определяется при
двух температурах: при 37ºС – показатель ОМЧ 37°C, при 22ºС – показатель ОМЧ 22°C.
16
14
14
12
10,3
10
N общ,
Е+07 кл/мл
8
11
10,3
9,3
8,9
6,8
6,2
7,3
6,9
6
4,2
4
7,2
7,5
6,8
7,5
6,6
Весна
Лето
Осень
4,4
2,8
2
0
точка 1
точка 2
точка 3
2008 г.
точка1
точка2
точка 3
2009 г.
Рис. 1. Динамика общей численности микроорганизмов
ОМЧ 37ºС – индикаторная группа микроорганизмов, в числе которых определяют, в большей мере, аллохтонную микробиоту, вне120
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
сенную в водоем в результате антропогенного загрязнения, в т. ч. фекального. ОМЧ 22°С – индикаторная группа микроорганизмов, в числе которых, помимо аллохтонной, определяют водную (автохтонную)
микробиоту данного водоема. Максимальную численность аллохтонной микробиоты наблюдали в летние периоды во всех точках, но наибольшей она была в Т.1 (рис. 2, А). Одновременно при этом летом
2009 г. были зарегистрированы самые низкие значения ОМЧ 22°С во
всех точках (рис. 2, Б). Это указывает на значительное ухудшение качества воды в это время года.
800
700
640
600
500
Весна
402
КОЕ/мл 400
Лето
Осень
300
200
100
185
173
200
201
74
128
76
37
точка2
точка 3
107
19,5
0
точка 1
3540,5
8
13 265,5
точка 2
точка 3
точка1
2008 г.
2009 г.
А
450
400
365
350
344
324
300
КОЕ/мл
249
250
200
150
100
180
159
154
104,5
60,5
50
94
52,548
32,5
48,5
38
27,5
точка 2
точка 3
Весна
Лето
162
Осень
115
0
точка 1
точка1
2008 г.
точка2
точка 3
2009 г.
Б
Рис. 2. Динамика показателей ОМЧ 37°С (А) и ОМЧ 22°С (Б)
В отношении пространственной динамики можно отметить общую для обоих показателей тенденцию снижения от Т.1 к Т.3 во все
121
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
сезоны. Соотношение ОМЧ 22°С/ОМЧ ºС
37 дает дополнительную
информацию о санитарном состоянии водоема. Значение коэффициента менее 4 указывает на загрязнение водоема хозяйственнобытовыми сточными водами и на низкий уровень процессов самоочищения. Результаты исследований показали, что это соотношение
было ниже 4 во всех точках, за исключением Т.3 в осенний период.
Численность олиготрофов и индекс трофности (Ит). Численность данной группы зависит от концентрации и характера присутствующего в анализируемой воде органического вещества и может
служить показателем качества и трофии вод [6].
Какой-либо закономерности в пространственной и временной
динамике численности олиготрофов за период исследования не было
выявлено, однако значение численности олиготрофов можно использовать для расчета Ит, который определяется как отношение числа
олиготрофов к числу сапротрофов. В относительно бедных органическим веществом водах Ит может достигать значений от 10 до нескольких сотен, в загрязненных и высокотрофных водах Ит составляет
2 – 3 и даже может снижаться до 1. Рассчитанный нами Ит был достаточно низким во всех точках, что свидетельствует о высоком содержании органических веществ в воде. Самый низкий Ит (0,1-0,3) отмечен весной в Т.1, а наиболее высокие значения (до 5,8) в Т.2 и Т.3 в
осенний и летний периоды.
Колиформные бактерии. ОКБ – основной нормируемый показатель при оценке качества воды водоемов в местах водозаборов для
централизованного водоснабжения. Это интегральный показатель
степени фекального загрязнения, который включает ТКБ, Е.coli, и поэтому обладает индикаторной надежностью в отношении возбудителей бактериальных кишечных инфекций. При обнаружении только
ОКБ и отсутствии ТКБ нельзя однозначно делать вывод о фекальном
загрязнении, т.к. представители группы кишечных палочек распространены также в почве и на растениях. Поэтому для подтверждения
фекального загрязнения одновременно с ОКБ определяют ТКБ.
В обследованных точках ОКБ были зарегистрированы в весенний
и осенний периоды (рис. 3). Значения показателя не превышали нормативов для питьевого и хозяйственно-бытового водоснабжения, а
также для рекреационного водопользования. ТКБ не были обнаружены ни в одной из проб, что указывает на отсутствие фекального загрязнения. Присутствие ОКБ в весеннее-осенний период может быть
связано с поверхностным стоком, с которым в водоем поступают от122
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
мершие остатки растений, а также с поступлением почвенных вод,
содержащих в себе представителей группы кишечных палочек.
35
30
29
25
Весна
20
КОЕ/100 мл
15
Лето
Осень
9
10
6
6
6
6
5
0
0 0
0 0 0
0
0 0
точка 1
точка 2
точка 3
2008 г.
0
0
точка1
точка2
0 0
точка 3
2009 г.
Рис. 3. Динамика численности ОКБ
Анализ основных морфологических групп сапротрофов. Поскольку в летний период 2009 г. качество воды было значительно хуже, то
в это время дополнительно был проведен анализ основных морфологических групп сапротрофов. Известно, что в загрязненных водоемах
преобладают палочковидные бактерии (>80%), а преобладание бесспоровых форм говорит об усиленном процессе эвтрофикации [7].
Анализ морфотипов показал, что в Т.3 преобладали кокковые формы,
а в Т.1 и Т.2 соотношение кокковых и палочковых форм было примерно одинаково, но среди палочковидных бактерий преобладали неспорообразующие (рис.4). Это может свидетельствовать о большей
степени загрязнения воды в этих точках по сравнению с Т.3 и эвтрофировании реки на участке Т.1 – Т.2.
Таким образом, результаты проведенных микробиологических
исследований воды р. Волги в черте г. Тутаева указывают на то, что
она наиболее загрязнена летом в Т.1 и Т.2, что может быть связано с
использованием реки в хозяйственно – бытовых и рекреационных целях жителями д. Молявино (Т.1) и ее загрязнением городскими хозяйственно-бытовыми сточными водами (Т.2). Однако динамика микробиологических показателей (численность аллохтонной микробиоты,
соотношение ОМЧ 22°C/ОМЧ 37°C, соотношение морфотипов) указывает на то, что на участке реки от Т.1 к Т.3 протекают процессы
123
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
самоочищения, вода в р. Волге в Т.3 в период исследования с 2008 по
2009 г.г. являлась наиболее чистой.
Т.1
0
40,3
59,7
палочки
спорообразующие
палочки
неспорообразующие
кокки
Т.2
0
48,6
51,4
палочки
спорообразующие
палочки
неспорообразующие
кокки
Т.3
палочки
спорообразующие
12,5
0
палочки
неспорообразующи
е
кокки
87,5
Рис. 4. Основные морфологические группы сапротрофов (лето 2009 г.)
124
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Литература
1. Остроумов С. А., Федоров В. Д. Основные компоненты самоочищения
экосистем и возможность его нарушения в результате химического загрязнения
// Вестник МГУ. Серия 16, Биология. – 1999. – № 1. – с. 24 – 31.
2. СанПиН 2.1.5.980-00 Гигиенические требования к охране поверхностных
вод. М.: Минздрав России, 2000. – 22с.
3. МУК 4.2.1884-04 Санитарно-микробиологический и санитарнопаразитологический анализ воды поверхностных водных объектов. М.: Федеральный центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора, 2005. – 75 с.
4. ГОСТ 17.1.3.07–82. Правила контроля качества воды водоемов и водотоков. М., 1982.- 8 с.
5. Кузнецов С. И. Микрофлора озер и ее геохимическая деятельность. Л.:
наука, 1970. – 440 с.
6. Гавришова Н. А. Распространение гетеротрофных и олигокарбофильных
бактерий в водоемах и водотоках Украины // Структура и функционирование сообществ водных микроорганизмов. Новосибирск: Наука, 1986. – с. 211-213.
7. Вербина, Н. М. Исследование микрофлоры озер СССР / Н. М. Вербина //
Экологические аспекты водной микробиологии: сборник статей. – Новосибирск,
1984. – С. 45 – 49.
ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ АВТОМАГИСТРАЛИ М1
«БЕЛОРУСЬ» НА УЧАСТКЕ ОТ МКАД ДО г. ГОЛИЦЫНО
О. В. Молодова, Е. В. Надежкина
Московский Авиационный Институт
(технический университет)
Целью работы было изучение влияния автотранспорта на участке
автомагистрали М1 «Белорусь» от МКАД до города Голицыно на почвенно-растительный покров и разработка мероприятий по улучшению
экологической обстановки. Объектом нашего исследования были почва
и растительность на участке автомагистрали М1 «Белорусь» от МКАД
до города Голицыно, протяженностью 30 километров.
Первая группа (2 площадка) находилась на расстоянии 50 и 200
метров от автомагистрали в закрытой придорожной экосистеме (защитный забор и лесополоса) район Переделкино. Точки №1 и №2.
Вторая группа (2 площадки) открытая природная экосистема находилась на расстоянии 100 и 200 метров от автомагистрали – конец
Переделкино. Точки №3 и №4.
Третья группа (2 площадки) открытая экосистема в районе п.
Лесной городок на расстоянии 50 и 100 метров от шоссе и 10 метров
от автозаправки. Точки №5 и №6.
125
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Четвертая группа (2 площадки) на пересечении дороги между выездом в г. Одинцово и Минским шоссе. Расстояние 50 и 200 метров.
Точки №7 и №8.
Пятая группа (2 площадки) в 8 километрах от Минского шоссе,
лесополоса поля ВНИИССОК. Точки №9 и №10.
Шестая группа (2 площадки) открытая экосистема в районе п.
Новоивановское в 1 километре от МКАД. Расстояние 50 и 100 метров.
Точки №11 и №12.
По федеральной трассе М1 «Беларусь», следует основной поток
грузов, перевозимых авиатранспортом из Европы. Эта магистраль
входит в состав панъевропейского транспортного коридора №2, и от
стабильности ее работы и пропускной способности зависит динамика
развития внешнеторговых связей России со странами Евросоюза.
Между тем положение на головном участке трассы критическое.
Четыре полосы движения у въезда в Москву, рассчитанные на обеспечение проезда не более 48 тыс. Автомобилей в сутки, ежедневно пропускают в два раза больше. Такая транспортная ситуация грозит не
только образованием пробок, но и ухудшением экологической обстановки в области. Западные районы Подмосковья являются «легкими»
столицы в силу сложившейся розы ветров. В настоящее время уровень
загрязненности воздуха здесь достигает критических отметок.
Для выявления влияния автомагистрали на микроэлементный состав листьев нами были отобраны листья с деревьев березы, которые
произрастают на различных расстояниях от источника загрязнения.
Нами повсеместно на обочинах автомагистрали до 100 м были
обнаружены увядшие, засохшие, скрученные, с разными некрозными
пятнами листья. Листовая поверхность испытывает угнетенное воздействие как от газообразных, так и от твердых выбросов.
Результата спектрального анализа листьев показали, что содержание химических элементов в листьях вдоль автомагистрали на несколько порядков выше, чем в листьях контрольного варианта, взятого в
ОПП «ВНИИССОК», вдали от дорог различного назначения. Так на
расстоянии до 50 м содержание железа было большим на 348,74 и
423,01, содержание никеля на 1,05 и 0,72, аналогичная тенденция наблюдалась и для других тяжелых металлов, таких как хром, цинк, кобальт, медь, алюминий и марганец. На расстоянии 200 м от автомобильной трассы содержание тяжелых металлов было выше в два раза,
чем на контрольном варианте. Содержание биофильных элементов,
кальция и магния наоборот с увеличением расстояния от трассы было в
листьях большим.
126
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
За последние десятилетия уровень концентрации свинца в ксенобиотическом профиле среды все более повышается вследствие антропогенных нагрузок. Особую угрозу это предоставляет для еще не рожденных и маленьких детей. В среднем за одни сутки организм человека
поглощает 26-42 мкг свинца. Около 90% общего количества свинца в
человеческом теле находиться в костях. Количество свинца накопленного в костях с возрастом увеличивается. При концентрации свинца в
крови 50-60 мкг/100 мл в поведении человека появляются признаки депрессии, агрессивности, а также ухудшение общего самочувствия.
Основным источником поступления свинца на зеленую поверхность является сжигание жидкого и твердого топлива. Наибольшее
количество свинца содержится в почве на расстоянии 1,2-2 м от дороги, и поступает он в почву даже на расстоянии до 300 м от дороги.
Излучение почвенного покрова района Минского шоссе показало, что на расстоянии 50 м от него количество подвижного свинца
(извлекаемого ацетатно-аммонийным буфером с рН 4,8) было больше
ПДК на 3,16 (мг/кг) для открытой природной экосистемы.
При сравнении двух типов придорожной экосистем – открытых и
закрытых (лесополос) мы выявили ряд закономерностей.
На расстоянии 50 м от автотрассы содержание подвижного свинца в почве выше, чем при удалении от нее для обоих типов экосистем.
Так, в слое 0-10 см, содержание подвижного свинца на расстоянии 50
м составляло для открытой экосистемы – 9,16 (мг/кг) при ПДК 6,0
(мг/кг), для закрытой 6,12 (мг/кг), на расстоянии 200 метров от автомагистрали 5,84 и 1,52 (мг/кг) соответственно.
Для открытой придорожной экосистемы было выявлено снижение содержания подвижного свинца с глубиной для обоих разрезов.
Так на расстоянии 200 метров от дороги на глубине 0-10 см содержание свинца составляло 5,84 (мг/кг), на глубине 30-40 см – 3,73 (мг/кг),
на расстоянии 50 метров наблюдалась та же тенденция.
В закрытой придорожной экосистеме, где защитный забор и лесополоса вдоль автомагистрали служила барьером на пути распространения
ксенобиотиков, наблюдали диаметрально противоположную картину.
Так с глубиной количество подвижного свинца вырастало в обоих разрезах. На расстоянии 200 м на глубине 0-10 см количество подвижного
свинца в почве составляло 1,52 (мг/кг), на глубине 30-40 см – 4,79 (мг/кг).
Аналогичная картина наблюдалась и на расстоянии 50 м от дороги.
127
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
К ВОПРОСУ О ВЛИЯНИИ СИНТЕТИЧЕСКИХ МОЮЩИХ СРЕДСТВ
НА КАЧЕСТВО ВОДНОЙ СРЕДЫ
Е. В. Рябухина
Ярославский государственный университет им. П. Г. Демидова,
E-mail: ryabuchina1959@yandex.ru
Важным обстоятельством, присущим водной среде, является наличие процессов самоочищения и восстановления почти утраченных
свойств. Однако интенсивное антропогенное загрязнение гидросферы
часто приводит к серьезным изменениям ее геофизических параметров, снижению реабилитационных возможностей, нарушению функционирования водных сообществ, исчезновению видов и естественных экосистем [4]. На сегодняшний день одними из наиболее опасных
приоритетных загрязнителей водной среды являются синтетические
моющие средства (СМС) и товары бытовой химии, используемые в
бытовых и промышленных целях, включая средства для стирки на основе синтетических (СПАВ) или натуральных поверхностноактивных веществ (ПАВ).
Необходимо отметить, что действующим законодательством при
техническом регламентировании СМС и товаров бытовой химии выделяются основные показатели свойств, которые представляют наибольший риск причинения вреда жизни и здоровью граждан, имуществу физических и юридических лиц, окружающей среде, жизни и
здоровью животных и растений, и устанавливают допустимые уровни
их воздействия [11]. При этом методы испытаний веществ, определенные для регламентирования, предполагают выявление, в том числе и
токсических свойств, но только для теплокровных животных. Однако,
как известно, современные СМС представляют собой сложные, многокомпонентные системы, которые в процессе очистки воды распадаются лишь частично. В результате в том или ином виде они присутствуют
практически во всех водных объектах, отрицательно влияя как на санитарное состояние гидробиоценозов (изменяют физические, химические, органолептические свойства воды), так и на биологический состав водоемов и жизнедеятельность гидробионтов. Кроме того,
полагают, что характер влияния СПАВ зависит от их химической природы, концентрации в воде, биологической особенности организма, а
также от ряда факторов среды (температуры, рН, содержания кальция
и других химических элементов). При этом, как следует из литературы,
токсичность водных растворов СПАВ определяется суммарным воз128
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
действием на организм животных как самих СПАВ, так и продуктов их
распада, причем изменение токсичности исходного вещества может
происходить либо за счет снижения его истинной концентрации в растворе, либо в результате физико-химических превращений [5, 6].
Исходя из актуальности вопроса о воздействии продуктов распада
современных СМС на водную среду и гидробионтов, целью работы
явилось изучение изменений качества среды при трансформации различных по составу СМС в процессе самоочищения искусственных водоемов.
В соответствии с целью были поставлены следующие задачи:
1. Выявить диапазон летальных концентраций СМС «Дени Автомат» и «Дени Экспресс» методом биотестирования на цериодафниях.
2. Проанализировать роль факторов среды в процессах самоочищения искусственных водоемов (биокосмов) от СМС «Дени Автомат»
и «Дени Экспресс» по показателю выживаемости цериодафний в пробах воды из биокосмов за период экспозиции 15-ть суток.
3. Изучить влияние моющих средств «Дени Автомат» и «Дени
Экспресс» на качество воды биокосмов по изменению водородного
показателя в процессе экспозиции модельных водоемов.
На первом этапе работы для установления диапазона летальных
концентраций исследуемых веществ проводили острые опыты на Ceriodaphnia affinis в некоторой методической модификации [3]. Регистрируемый показатель – выживаемость рачков в растворах исследуемых веществ с концентрациями: 15.6; 31.2; 62.5; 125.0 и 250.0 мг/л. В
качестве разбавителя и контрольной среды служила отстоянная аэрированная водопроводная вода. В чашки Петри вносили по 15 мл изучаемого раствора и помещали по 5 односуточных цериодафний (в том
числе и в контрольные емкости). Эксперимент проводили в трех повторностях при стандартных условиях [3]. Число живых рачков по
окончании острого опыта оценивали визуально. По результатам выживаемости цериодафний в контрольной среде и в растворах определенных концентраций СМС «Дени Автомат» и «Дени Экспресс» графическим
методом
устанавливали
медианную
летальную
концентрацию – LC50-48 – концентрацию, вызывающую гибель 50%
подопытных животных за период эксперимента (48 часов).
Для изучения биоценозов в более полном приближении к реальным условиям их существования используются экспериментальные
модельные системы – микрокосмы [7]. Микрокосмы (биокосмы) – это
искусственно созданные водные сообщества из лабораторных культур
или природных растительных и животных гидробионтов. Использо129
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
вание модельных экосистем позволяет выяснить воздействие загрязнителей на биогеоценозы, а также проследить динамику очищения
водоёмов с участием биотических и абиотических факторов. Формирование искусственных водоёмов осуществляли в пронумерованных
стеклянных ёмкостях объёмом пять литров, в которые вносили (кроме
контрольных водоемов) рабочие растворы с концентрацией, соответствующей удвоенной среднелетальной концентрации (LC50-48) для каждого СМС, установленной по показателю выживаемости цериодафний. Таким образом, предполагалось, что среда опытных (с СМС)
водоемов в первые сутки экспозиции должна быть остротоксична для
рачков. Для контрольных биокосмов и приготовления рабочих растворов использовали отстоянную в течение 3-х суток аэрированную
водопроводную воду. Биокомпоненты вносили в зависимости от варианта биокосма из расчёта нагрузки биомассы: пресноводные двустворчатые моллюски р. Unio – 10.0 г на 1 литр воды; макрофиты р.
Vallisneria – 2.5 г сырой массы на 1 литр воды [7]. Эксперимент длительностью 15-ть суток проводили в лабораторных условиях при температуре воды 15-170С и естественной освещённости. Использовали
следующие варианты биокосмов для каждого СМС: В.1 – контроль
(отстоянная аэрированная водопроводная вода), В.2 – раствор СМС,
В.3 – раствор СМС + макрофит, В.4 – раствор СМС + моллюск, В.5 –
раствор СМС + макрофит + моллюск. Для подтверждения адекватности условий биокосмов для гидробионтов были сформированы дополнительные варианты контрольных водоемов с биообъектами: В.6 –
контроль + макрофит, В.7 – контроль + моллюск, В.8 – контроль +
макрофит + моллюск.
Для изучения влияния моющих средств «Дени Автомат» и «Дени
Экспресс» на качество водной среды производили серийный отбор
проб воды биокосмов по схеме: на 1-е (в день формирования искусственных водоемов для анализа качества свежеприготовленных растворов СМС и качества контрольной воды), 4-е, 10-е и 15-е сутки экспозиции водоемов. Одну серию проб использовали для анализа
динамики активной реакции среды (рН), измеряемой лабораторным
рН-метром-340. В другой серии проб исследовали процессы детоксикации СМС под действием различных факторов по показателю выживаемости цериодафний в пробах воды, отобранных в трех повторностях из разных вариантов биокосмов по указанной схеме. Результаты
обрабатывали методами вариационной статистики [3].
В процессе изучения острой токсичности СМС «Дени Автомат» и
«Дени Экспресс» методом биотестирования на цериодафниях был ус130
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
тановлен диапазон летальных концентраций: LC0-48 – наибольшая
концентрация, в которой нет признаков гибели – 31.2 мг/л для каждого вещества и LC100-48 – наименьшая концентрация, в которой происходит полное подавление жизнедеятельности цериодафний – 125.0
мг/л для СМС «Дени Автомат» и 250.0 мг/л для СМС «Дени Экспресс». Графическим методом для каждого моющего средства определяли LC50-48, которые составили для СМС «Дени Автомат» 60.0
мг/л, для СМС «Дени Экспресс» – 90.0 мг/л.
Исследования, проведённые на искусственных водоёмах, показали, что в пробах воды, отобранных на 1-е сутки из всех вариантов
биокосмов, кроме контрольного (В.1), наблюдалась гибель от 80.0 до
100.0% цериодафний, т.е. свежеприготовленные растворы СМС обладали высокой токсичностью для рачков (что входило в задачи исследования и подтвердило результаты первого этапа) (Рис. 1, 2). В контрольном водоеме выживаемость цериодафний в пробах оставалась
на уровне 100%, что соответствовало требованиям, предъявляемым к
контрольным средам [3].
выживаемость
5,0
4,0
3,0
2,0
1,0
0,0
1
4
время, сутки
к
в2
в3
10
в4
15
в5
Рис 1. Изменение качества водной среды по показателю выживаемости цериодафний в пробах воды из разных вариантов биокосмов с СМС «Дени Автомат»
Анализ проб водной среды из 2-5-го вариантов на 4-е сутки экспозиции выявил изменения качества растворов СМС по сравнению с
1-ми сутками в зависимости от варианта биокосмов (Рис. 1, 2). Установлено, что токсичность растворов СМС «Дени Автомат» (по показателю выживаемости цериодафний в пробах) на 4-е сутки во 2-м варианте (В.2) биокосмов снизилась практически до нуля, а за
последующие 10-ть суток выросла до 100% (гибель 100% рачков)
(рис. 1). В растворах СМС «Дени Экспресс» значительное падение
токсичности воды во 2–м варианте (В.2) наблюдали только на 10-е
131
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
сутки, но на 15-е сутки в пробах, также как и в СМС «Дени Автомат»,
погибли все цериодафнии (Рис.2). Наблюдаемое изменение качества
воды в биокосмах свидетельствует о том, что моющие средства частично подвергаются трансформации под действием абиотических
факторов (свет, температура, газовый обмен и т.д.) на фоне микробиологических процессов, присутствующих в той или иной степени
во всех вариантах водоемов.
выживаемость
5,0
4,0
3,0
2,0
1,0
0,0
1
4
к
в2
время, сутки
в3
в4
10
15
в5
Рис 2. Изменение качества водной среды по показателю выживаемости цериодафний в пробах воды из разных вариантов биокосмов с СМС «Дени Экспресс»
Действительно в литературе имеются данные, что ПАВ, входящие в состав СМС, имеют неодинаковую стабильность в воде, которая зависит не только от характера веществ, но и от среды водоемов:
t0, содержания кислорода, присутствия микрофлоры и т.п. Также показано, что адсорбция токсических веществ микроорганизмами и
взвешенными веществами в биохимических процессах вод может
явиться причиной нарушения развития самих микроорганизмов и
блокирования распада целого ряда органических загрязнений [8].
Однако, полученные в настоящей работе данные, позволяют утверждать, что как токсичность, так и стабильность исследуемых веществ в растворах в значительной степени обусловлена их химической составляющей. Так, анализируемые растворы СМС теряли и
вновь приобретали токсические свойства в разные сроки: «Дени Автомат» – на 4-е, «Дени Экспресс» – на 10-е сутки при прочих равных
условиях (Рис. 1, 2). Такой эффект, можно полагать, и обусловлен
разным составом двух СМС, несмотря на то, что отличаются эти вещества только двумя компонентами – в рецептуре СМС «Дени Авто132
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
мат» присутствуют дополнительно кислородсодержащий отбеливатель и пеногаситель.
По данным литературы порошкообразные кислородсодержащие
отбеливатели являются вторыми по распространенности химическими отбеливателями, в состав которых в качестве активного вещества
могут входить перборат натрия или чаще применяемый перкарбонат
натрия, основным преимуществом которого является экологическая
чистота, высокое содержание активного кислорода, хорошая растворимость в воде и низкая температура активации. Известно, что содержание активного кислорода в таких отбеливателях колеблется от 5
до 7 % и эффективное его выделение у перкарбоната натрия происходит при температуре 30-400С благодаря введению в состав средства
активатора тетраацетилэтилендиамина [12]. Таким образом, активный
кислород в составе СМС, может и не влиять, например, на содержания растворенного кислорода или на величину рН, но, вступая в химические и биохимические реакции в растворах и в организмах, нарушает их функции. С этим свойством СМС «Дени Автомат»,
возможно, и связана повышенная токсичность проб по сравнению с
СМС «Дени Экспресс».
Имеются также сведения, что многие ПАВ достаточно растворимы в воде, и поэтому биоаккумулирование исходного ПАВ не представляет большой угрозы. Однако начальная стадия биодеградации
может заканчиваться образованием промежуточных продуктов, ограниченно растворимых в воде [10], чем, по-видимому, и можно объяснить повторное повышение токсичности СМС «Дени Автомат» и
«Дени Экспресс».
Анализ качества среды 3, 4 и 5-го вариантов биокосмов показал,
что процессы самоочищения водоемов в присутствии гидробионтов
проходили значительно быстрее (Рис. 1, 2). При этом, как установлено, моющие средства в исходной концентрации оказывали негативное
влияние не только на качество среды, но и на функциональное состояние гидробионтов, находящихся в биокосмах. Об этом свидетельствовали гибель первой партии моллюсков и растений в водоемах 3го и 4-го вариантов на вторые сутки экспозиции. Замена биообъектов
позволила улучшить качество среды для цериодафний, но у повторно
подсаженных в водоемы моллюсков и макрофитов наблюдали увеличение биомассы (при сниженной фильтрационной активности моллюсков и отсутствии ростовых процессов у растений).
Таким образом, сопоставляя полученные данные с данными литературы [1, 2, 8, 9], можно полагать, что первичный токсический эф133
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
выживаемость
фект исследуемых СМС, вероятнее всего, связан с нарушением обменных процессов и гипергидратацией тканей гидробионтов и
словлен способностью компонентов моющих средств влиять на проницаемость биомембран (СПАВ), вступать в реакции с различными
биологическими соединениями (полимеры), вызывать очаговые некрозы и дистрофию некоторых органов (отбеливающие агенты, в том
числе активный кислород), изменять осмотический баланс биологических мембран, действуя подобно хлориду натрия (сульфат натрия).
Также известно, что пербораты, например, могут разлагаться в водном растворе с образованием перекиси водорода – сильного окислителя.
Таким образом, гидробионты играют значительную роль в процессах самоочищения водоемов от СМС, но только при отсутствии
токсичности среды.
В контрольных вариантах биокосмов с биообъектами (В.6, 7, 8)
(Рис. 3) качество воды (по показателю выживаемости цериодафний в
пробах) оставалось высоким в ходе эксперимента, что свидетельствует о формировании в них стабильных микробиоценозов. Небольшие
колебания выживаемости на 4 и 10-е сутки недостоверны.
5,0
4,0
3,0
2,0
1,0
0,0
1
4
10
15
время, сутки
в6
в7
в8
Рис. 3. Изменение качества водной среды по показателю выживаемости
цериодафний в пробах воды из разных вариантов биокосмов без СМС
Анализ pH в пробах воды модельных водоемов за период экспозиции (на 1, 4, 10 и 15-е сутки) показал определенную закономерность
в динамике исследуемого показателя. Отмечено, что при измерении
pH в свежеприготовленных растворах наибольшее значение водородного показателя – 10,2 ед. – зафиксировано в растворах СМС «Дени
Экспресс» в 5-м варианте биокосмов, а наименьшее – 7,6 ед. в СМС
«Дени Автомат» также в 5-м варианте (Рис.4, 5). В контроле (В.1)
этот показатель на 1-е сутки составил у обоих СМС 6,6 ед., что согласуется с литературными данными, из которых следует, что pH отсто134
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
янной аэрированной водопроводной воды должен быть в пределах 6-7
единиц [8]. Динамика pH в контрольных водоемах (В.1) связана с физико-химическими и микробиологическими процессами, которые
протекают в стоячей воде под влиянием абиотических факторов, таких как температура, свет, растворённые вещества и т.п.
Водородный показатель
10
8
6
4
2
0
1
4
время, сутки
к
в2
в3
в4
10
15
в5
Рис. 4. Динамика водородного показателя в пробах воды из разных вариантов
биокосмов с СМС «Дени Автомат»
Водородный показатель
Во всех опытных вариантах (кроме 2-го варианта – раствор СМС
«Дени Автомат») наблюдалась общая тенденция снижения pH к концу эксперимента по сравнению со значениями водородного показателя на 1 сутки (рис. 4, 5). По-видимому, такой эффект связан с интенсивным разложением отдельных композитов моющих средств,
придающих раствору основную щелочность [6, 8, 9].
12
10
8
6
4
2
0
1
4
10
15
время, сутки
к
в 2
в 3
в 4
в 5
Рис. 5. Динамика водородного показателя в пробах воды из разных вариантов
биокосмов с СМС «Дени Экспресс»
Более высокий уровень рН во II-м варианте СМС «Дени Автомат», вероятно, обусловлен дополнительным компонентом в его составе – активным кислородом, который, в свою очередь, оказывал
влияние на физико-химические показатели воды. Кроме того, был от135
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Водородный показатель
мечен повышенный уровень pH во всех вариантах опытных биокосмов по сравнению с сформированными дополнительно контрольными
биокосмами (В.6, 7, 8), не содержащими СМС (Рис. 6).
10
8
6
4
2
0
1
4
время , сутки
в6
в7
10
15
в8
Рис 6. Динамика водородного показателя в пробах воды из разных вариантов
биокосмов без СМС
В контрольных биокосмах (Рис. 6) значения рН незначительно
варьируют (около 8 ед.) в зависимости от содержания живых компонентов и от времени экспозиции (отличия статистически недостоверны).
При этом показатели несколько выше, чем в I-м варианте – чистая вода
без живых объектов (отличия статистически достоверны) (Рис. 4, 5, 6),
что, безусловно, связано с метаболизмом гидробионтов и его влиянием
на кислотно-щелочной баланс водоема.
Таким образом, из полученных результатов видно, что все свежеприготовленные растворы СМС оказывали на среду значительное подщелачивающее действие, что, так или иначе, сказывалось на протекании
химических и физиологических процессов. Кроме того, известно, что
для биохимического окисления СПАВ наиболее благоприятной средой
является слабощелочная, а в кислой и щелочной средах скорость реакции окисления детергентов замедляется в 2-4 раза [5, 6]. Также, необходимо отметить, что уровень рН растворов СМС «Дени Автомат» и «Дени Экспресс» к концу экспозиции приближался к значениям,
полученным в водоемах без токсикантов (около 8 ед.), что подтверждает результаты биотестирования на цериодафниях о реализации детоксикации веществ и улучшении качества воды биокосмов.
Также установлено, что даже при участии гидробионтов в биокосмах с СМС «Дени Автомат» за 15 суток не происходило восстановление
качества воды водоемов до контрольных значений (по результатам биотестирования), а в биокосмах с СМС «Дени Экспресс» указанного периода экспозиции было достаточно для полного очищения водоемов от
компонентов данного моющего средства.
136
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таким образом, проведенные исследования позволяют сделать
вывод о том, что степень и скорость детоксикации моющих средств
«Дени Автомат» и «Дени Экспресс» в водоёме в первую очередь зависят от химического состава и физико-химических свойств составляющих композитов, которые и обуславливают их биологическую активность.
Литература
1. Волощенко О. И., Медняк А. И. Гигиена и токсикология бытовых химических веществ. Киев.: Здоровье. 1983. – 141 с.
2. Волощенко О. И., Мудрый И. В. Гигиеническое значение ПАВ. Киев:
Здоровье. 1991. – 172 с.
3. Жмур Н. С. Методика определения токсичности воды и водных вытяжек
из почв, осадков сточных вод, отходов по смертности и изменению плодовитости цериодафний. – М.: АКВАРОС, 2001. -52 с.
4. Инженерная экология и экологический менеджмент/ М. В. Буторина,
П. В. Воробьев, А. П. Дмитриева и др. Под ред. Н. И. Иванова, И. М. Фадина. –
М.: Логос, 2002. – 528 с.
5. Калиниченко К. П. Влияние некоторых факторов на скорость биораспада
поверхностно-активных веществ. Гидробиологический журн. 1985, № 3, С. 8285.
6. Калиниченко К. П. Изучение деструкции анионных ПАВ. //Вторая всесоюзная конференция по рыбохозяйственной токсикологии Тезисы докладов.
Под ред. В. И. Лукъяненко. С-Пб.: 1991. – 352 с.
7. Клерман А. К., Виноградов Г. А. Экспериментальная оценка экологического риска при загрязнении водной среды токсическими веществами. 3. Исследования на основе применения непроточных экспериментальных экосистем //
Водные ресурсы, 1999. Т. 26. № 3. С. 367-372.
8. Лукиных Н. А. Очистка сточных вод, содержащих синтетические поверхностно-активные вещества / Н. А. Лукиных. – М: Стройиздат, 1972. – 330 с.
9. Можаев Е. А., Литвинов И. И. Совместное действие на организм поверхностно-активных и других химических веществ.//Гигиена и санитария. – 1972. №
4, С.26.
10. Холмберг К. Поверхностно-активные вещества и их полимеры в водных
растворах \ К. Холмберг, Б. Йёнссон, Б. Кронберг, Б. Линдман. Пер. с англ. – М.:
БИНОМ. Лаборатория знаний, 2007. – 528 с.
11. http://www.duma.gov.ru Официальный сайт Государственной думы Российской Федерации.
12. http://www.newchemistry.ru/letter.php?n_id=3764
137
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
БЕНТОС ПРИУСТЬЕВОГО ЗАГРЯЗНЯЕМОГО УЧАСТКА
СЕВЕРНОЙ ДВИНЫ
В. П. Семерной
Ярославский госуниверситет им. П. Г. Демидова
semernoy@yandex.ru semernoy@bio.uniyar.ac.ru
В 1979-82 гг. изучался зообентос рукава Кузнечиха, одного из судоходных и второго по водности дельты Северной Двины. Особенность этого рукава в том, что он принимает сточные воды Соломбальского ЦБК вместе с городскими стоками. Другая, естественная
особенность – наличие обратного приливного течения, захватывающего всю дельту и проявляющегося на всем приустьевом участке Северной Двины на десятки километров. Исследования на рукаве велись
три года по проблеме влияния сточных вод Соломбальского ЦБК на
экосистему приустьевого, придельтового участка реки. Куратором
исследований был Институт водной токсикологии (г. Байкальск), в
лице О. М. Кожовой. Предполагались совместные публикации с использованием данных по гидрологии и гидрохимии других исполнителей по Договору. После прекращения работ на приустьевом участке
С. Двины в 1985 году интереса к нашим данным не проявлялось.
Нами собраны материалы по зообентосу на всем протяжении рукава Кузнечиха до его слияния с рукавом Маймакса по всем основным экологическим зонам: выше выпуска сточных вод, ниже выпуска
в устье р. Хатарица, в качестве контрольного участка – устье
р. Лодьм, по факелу распространения сточных вод до слияния с рукавом Маймаксой (рис.).
Всего было собрано 94 количесвенные (Дн.Э.-Б 1/40 м2) пробы:
38, 18, 31 и 12 – соответсвенно по годам. Насколько мне известно, такие исследования зообентоса на рукаве не производились в последующие годы, а Соломбальский комбинат продолжает работать и все
так же сбрасывает свои и городские сточные воды через р. Хатарицу,
превращенную в сбросной канал. Гидрохимический режим дельты
Сев. Двины и сейчас довольно напряженный, особенно по содержанию метана в воде и донных отложениях [1]. Полученные нами данные могут представить большой интерес при повторении исследований фауны рукава и в целом дельты р. С. Двина.
138
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. Карта-схема района изучения зообентоса рукава Кузнечиха с нанесенными
станциями
В результате обработки собранных материалов был установлен
видовой состав зообентоса и его распределение по экологическим зонам загрязнения и грунтам рукава (таблица). Часть видов, прежде всего из хирономид, в таблице не показана из-за предпринятой в последние годы существенной ревизией Chironomidae larvae и вызывающие
у нас сомнения в идентификации. Более дробно изучалось население
грунтов: пески – чистые (промытые), заиленные; илы – светлые (серые с желтым осадочным наилком) и черные (в местах замедленного
водообмена), глины открытого прибрежья и зарастающей рипали
(растительность вместе с грунтом). Часть данных по пескам и илам
объединены.
Таблица
139
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Состав и распределение видов зообентоса в рукаве Кузнечиха
дельты Северной Двины
140
4
+
+
+
+
+
+
+++
+
+
+
++
+
+
6
7
8
++
++
+
+
+
++
Слабое
5
+
+
+
+
+
+
+
Заросли
3
Черный ил
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
2
Oligochaeta
Stylaria lacustris (Linné, 1767)
S. fossularis Leidy, 1852
Ripistes parasita (Schmidt, 1847)
Vejdovskiella comata (Vejdovský, 1883)
V. intermedia (Bretscher, 1896)
Slavina appendiculata (Udekem, 1855)
Dero digitata (Müller, 1773)
D. obtusa Udekem, 1855
Aulophorus furcatus (Müller, 1773)
Nais pseudobtusa Piguet, 1906
N. barbata Müller, 1773
N. simplex Piguet, 1906
N. elingius Müller, 1773
N. variabilis Piguet, 1906
N. pardalis (Piguet, 1906)
Specaria josinae (Vejdovský, 1883)
Piguetiella blanci (Piguet, 1906)
Ophidonais serpentina (Müller, 1773)
Uncinais uncinata (Oersted, 1842)
Paranais litoralis (Miiller, 1784)
P. frici Hrabe, 1941
Ch. diaphanus (Gruithuisen, 1828)
Pristina foreli (Piguet, 1906)
Rhyacolrilus coccineus (Vejdovsky, 1875)
Bothrioneurum vejdovskyanum Štolc, 1888
Tubifex tubifex tubifex (Müller, 1774)
T. smirnowi Lastočkin, 1927
T. newaensis (Michaelsen, 1902)
Spirosperma ferox Eisen, 1879
Psammoryctides barbatus (Grube, 1861)
Limnodrilus claparedeanus Ratzel, 1868
L. udekemianus Claparede, 1862
Песок
1
Таксоны
Сильное
№
п/п
Умеренное
Распределение по зонам загрязнения
+
+
++
+
+++
+++
++
+
+
++
+
++
++
+
+
++
+
+
++
+
++
++
+
+
+
+
+
+
++
+
+
+
+
+
+
+
+
++
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
33
34
35
36
37
38
39
40
1
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
L. hoffmeisteri Claparede, 1862
L. profundicola Verrill, 1871
Isochaetides michaelseni Lastočkin, 1936
Potamothrix hammoniensis (Mich., 1901)
P. moldaviensis moldaviensis Vejdovsky et
Mrázek, 1903)
Aulodrilus limnobius Bretscher, 1899
A. pluriseta (Piguet, 1906)
A. pigueti Kowalewski, 1914
2
Propappus volki Michaelsen, 1916
Enchytraeidae gen.sp.
Lumbriculus (L.) variegates (Miiller, 1774)
Stylodrilus heringianus Claparede, 1862
Hirudinea
Erpobdella octoculata (Linnaeus, 1758)
Helobdella stagnalis (Linnaeus, 1758)
Glssiphonia heteroclitа (Linnaeus, 1758)
Mollusca
Amesoda draparnaldii (Clessin, 1879)
Sphaerium corneum (Linnaeus, 1758) )
S. nitidum Clessin, 1876
Neopisidium moitessierianum (Paladilhe,
1866))
Pisidium tenuilineatum Stelfox, 1918
N. torquatum (Stelfox, 1918)
Euglesa rosea (Scholtz, 1843))
E. henslovana (Steenberg, 1917)
Valvata piscinalis (O. F. Muller,1774))
Galba truncatula (Müller, 1774)
L. lagotis (Schranck, 1803)
Chironomidae larvae
Clinotanypus nervosus (Mg., 1818)
Procladius(Holotanypus) choreus Meigen,
1804
P. (H.) ferrugineus Kiefer, 1919
Psectrotanypus varius (F., 1787)
Anatopynia plumipes (Fries, 1823)
Apsectrotanypus trifascipennis (Zett., 1840)
Ablabesmyia monilis (L., 1758)
Monodiamesa bathyphila (Kiefer, 1918)
Cricotopus sylvestris (Fabr., 1794)
C. algarum (Kiefer, 1918.)
Eukiefferiella sp.
Psectrocladius psilopterus Kiefer, 1906.
141
+++
+
+
++
+
+
+
+
+
+
+
3
+
+
+
+
++
4
5
+
++
+
+++ +
+
+
+
+
+
+
+
+
7
+
+
+
8
6
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
++
+
+
+
+
+
+
+
++
++
+
+
+
++
+
+
+
+
+
+
+
++
+
+
+
+
+
+
+
++
++
+
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
1
90
Micropsectra junci (Meigen, 1818)
Cryptochironomus obreptans (Walker, 1856)
Cryptochironomus defectus (Kieffer, 1913)
Demicryptochironomus vulneratus (Zett.,
1839)
Harnischia curtilamellata (Malloch, 1915)
Paracladopelma camptolabis (Kieffer, 1913)
Chironomus cingulatus Meigen, 1830
Polypedilum scalaenum (Schrank, 1803)
P. nubeculosum (Meigen, 1804)
Dicrotendipes nervosus (Staeger, 1839)
D. tritomus (Kieffer, 1916)
Endochironomus impar (Walker, 1856)
Stictochironomus crassiforceps (Kieffer,
1922)
Heleidae
Probezzia seminigra (Panzer, 1798)
Culicoides gen.sp.
Plecoptera
Isoperla grammatica (Poda, 1761)
Ephemeroptera
Centroptilum luteolum (Müller, 1776)
Trichoptera
Hydropsiche angustipennis (Curtis, 1835)
Crustacea
Asellus aquaticus (L., 1758)
2
Nematoda
Nematoda gen.sp.
+
+
+
+
+
+
++
++
+++
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
++
+
+
+
+
+
+
+
3
+
4
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
5
6
7
+
8
+
+
+
Примечания: встречаемость – + – редко, ++ – часто, +++ – обычно.
Показанный видовой состав наиболее полон для Сев. Двины [2, 3,
4]. Интересно отметить, что В. И. Попченко [3] предполагал расширение в северные широты ареалов B. vejdovskyanum, I. michaelseni,
P. hammoniensis, P. moldaviensis moldaviensis и P. volki. Ему не были
известны наши находки этих и других видов олигохет из устья Северной Двины в 1979-85 гг. Кроме наших данных по зообентосу рукава
Кузнечиха, нами [5] были получены в 1983-85 гг. обширные данные по
приустьевому участку Северной Двины в пределах 20 км выше и 17 км
ниже г. Новодвинска в зоне влияния сточных вод Архангельского ЦБК
(г. Новодвинск), сбрасываемых в рукав Мечка-полой до Архангельска.
Здесь нет возможности привести хотя бы основные данные по зообентосу данного участка, но они опубликованы очень кратко в работах [5,
142
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
6]. В частности было показано индикаторное значение Aulophorus furcatus, как полисапроба, в связи с его постоянной встречаемостью и даже в массе в зонах сильного загрязнения Соломбальского и Архангельского ЦБК (Семерной, 1982). Представляет зоогеографический интерес
нахождение крупных (3-4 см) особей Dreissena polymorpha Pallas у г.
Архангельска, в 3-х км выше ж/д моста. Моллюски были половозрелыми, с зародышами в выводковых камерах, но вероятно не размножающихся из-за недостаточной суммы положительных годовых температур, необходимых для размножения (более 3000° С). В местах
нахождения крупных моллюсков молоди не было. Вероятно, это крайняя северная точка видового ареала дрейссены.
Литература
1. Федоров Ю. А., Гарькуша Д. Н. Приливно-отливные явления как один из
факторов, оказывающих влияние на распределение концентрации метана (на
примере р. Северная Двина). Материалы XVII Международной научной конференции (Школы) по морской геологии). Москва, 2007. С. 290-292.
2. Зверева О. С. Особенности биологии главных рек Коми АССР в связи с
историей их формирования. – Л.: Наука. 1969. 279 с.
3. Попченко В. И. К познанию фауны малощетинковых червей р. Северная
Двина // Гидробиол. журн. 1969. Т. 5, № 5. С. 92-96.
4. Попченко В. И. Генезис фауны малощетинковых червей севера Европы //
Изв. Самарск. Науч. Центра РАН, № 1. 1999. – С. 128-133.
5. Семерной В. П., Воропаева О. Г., Верховцева Н. В., Верина О. В., Еремейшвили А. В. Организация и результаты гидробиологического мониторинга в
устье Северной Двины // Проблемы охраны природы: тез. Докл. Всесоюз. Конф.,
Байкальск, 1984 г. – Байкальск, 1984. – С. 29-30.
6. Семерной В. П. Об индикаторном значении Aulophorus furkatus (Müller)
(Oligochaeta, Naididae) // Проблемы экологии Прибайкалья: тез. докл. Всесоюз.
науч. конф. Иркутск, 19-22 окт. 1982 г. – Иркутск. 1982. – С. 55.
ДИАГНОСТИКА СОСТОЯНИЯ ПОЧВ
ЮЖНОЙ ПРОМЫШЛЕННОЙ ЗОНЫ г. ЯРОСЛАВЛЯ
О. В. Башкинова, И. Н. Волкова, А. А. Романычева
Ярославский государственный университет им. П. Г.Демидова
e-mail: bashkinovao@mail.ru, involk6@gmail.com, kai-ren@yandex.ru
В почвенно-экологическом мониторинге последних лет все чаще
используется такой вид универсального мониторинга как микробиологический [3,7]. Микроорганизмы почвы, и в том числе почвенные бактерии, очень чутко реагируют на изменение параметров почвенной
среды, как на уровне функциональных реакций, так и на уровне струк143
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
туры микробных сообществ. Микробиологические тесты позволяют за
короткое время даже при незначительных изменениях в окружающей
среде оценить отклонения в функционировании почвенной системы,
поэтому являются показателями ранней диагностики деградационных
процессов. В диагностических целях наиболее информативным является изучение структуры почвенных микробных сообществ как на
уровне отдельных таксонов, так и для трофических групп почвенных
микроорганизмов. Среди эколого-трофических групп в целях биоиндикации наиболее часто изучают группировку сапротрофных микроорганизмов, которая является надёжным индикатором загрязнения почв
органическим веществом [1,4].
Мониторинг почв ЮПЗ г. Ярославля проводится с 2006 г., в исследованиях задействовано 10 почвенных разрезов в стационарных
пунктах слежения, находящихся на разном расстоянии от НПЗ «Славнефть-ЯНОС»; в качестве контрольных на территории Ярославской
области выбраны два участка, расположенные на расстоянии более 30
км от источников загрязнения. На каждой из территорий были заложены почвенные разрезы, характеризующие автоморфные и полугидроморфные условия почвообразования. Отбор верхних горизонтов полугидроморфных почв (дерново-глеевых и дерново-глееватых)
осуществляли на низинных лугах, а автоморфных дерновоподзолистых – на залежи, время отбора – первая декада октября. Для
микробиологических анализов и измерения ферментативной активности усредненные пробы почвы замораживали в день отбора и хранили
при -180С; для химических анализов использовали воздушно-сухие
почвенные образцы. Почвы нарушенной территории (<5 км от НПЗ):
№ 1А – агро-дерново-подзолистая почва (залежный луг, 50 м юговосточнее с. Лучинское, Ярославского р-на, 3,7 км от НПЗ); № 2А –
дерново-подзолистая почва (полоса отчуждения между автомагистралью Москва-Холмогоры и пос. Щедрино, тот же р-н, 2,3 км от НПЗ);
№ 3Г – дерново-глееватая почва (заболоченный луг, граница городской черты и ЮПЗ, 300м западнее хозяйства «Новоселки», 4,8 км от
НПЗ). Почвы буферной зоны (>5 км от НПЗ): № 4 (КА) дерновоподзолистая почва (залежный луг, 500 м восточнее пос. Кормилицино,
Ярославского р-на, 9,4 км от НПЗ); № 5Г – дерново-глееватая почва
(низинный луг, 700 м восточнее пос. Кормилицино, тот же р-н, 9,2 км
от НПЗ); № 8Г – дерново-глееватая почва (низинный луг, 200м южнее
садов «Пахма», р-н тот же, 11,6 км от НПЗ). Почвы контрольной территории (>30 км от НПЗ): № 6А – дерново-подзолистая почва (залежный луг, 500 м южнее с. Коза, Первомайский р-н, 101,5 км от НПЗ);
144
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
№7Г-дерново-глеевая почва (низинный луг, 300 м южнее с. Коза, Первомайский р-н, 101 км от НПЗ); № 9А – дерново-подзолистая почва
(залежный луг, 500 м восточнее с. Чурилово, Гаврилов-Ямский р-н,
26,5 км от НПЗ); № 10Г – дерново-глееватая почва (700 м на северозапад от с. Чурилово, Гаврилов-Ямский р-н, 27 км от НПЗ).
Эколого-трофическую структуру микробных сообществ исследуемых почв изучали на глюкозо-пептонно-дрожжевой среде (ГПД),
учитывали численность сапротрофов, количество морфотипов, доминанты и субдоминанты, проводили идентификацию бактерий до рода;
численность углеводородокисляющих микроорганизмов определяли
на среде Бушнела-Хааса. Кроме этого, структуру микробных сообществ изучали молекулярным методом газовой хроматографии –
масс-спектрометрии (ГХ-МС). Исследования проводили на хроматомасс-спектрометрах AT 5973 D фирмы Agilent Technologies (США)
[2]. Активность каталазы (КА) и дегидрогеназы (ДА) определяли по
методу А. Ш. Галстяна. Химические свойства почв (процентное содержание гумуса, актуальную и гидролитическую кислотность, количество поглощенных оснований) определяли в соответствии с государственными и отраслевыми стандартами ОСТ 4647-76, ГОСТ
26483-85, ГОСТ 26212-91. Статистическая обработка данных осуществлялась с использованием пакета анализа данных Microsoft Excel
2003 и STATISTICA 6.0.
Приведенные в табл. 1 результаты химических анализов представляют собой средние значения за 2006-2010гг. Свойства дерновоподзолистых и дерново-глеевых почв контрольных территорий имеют
значения, характерные для почв этих типов в Нечерноземной зоне РФ
[6]; исключение составляют стабильно нейтральные значения рН солевой вытяжки дерново-подзолистой почвы 6А и более высокое содержание гумуса в верхнем горизонте дерново-подзолистой почвы 9А и
дерново-глеевой почв 10Г.
В целом, отмечено уменьшение содержания гумуса в почвах южной промышленной зоны по сравнению с почвами контрольных территорий. Так, для дерново-подзолистых почв, его содержание уменьшается на 0,7 – 0,9% по отношению к аналогичным контрольным, а
для дерново-глеевой и дерново-глееватой – на 0,7 – 0,8%. Значения
актуальной кислотности почв ЮПЗ лежат в слабокислой области (рН
5,6 – 6,6), а количество протонов, поглощенных твердой фазой, в дерново-подзолистых либо уменьшается (на 1,6-5,2 мг-экв/100г почвы),
либо остается без изменений; в дерново-глеевых почвах данный показатель увеличивается только в дерново-глееватой почве, расположен145
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ной в лощине на границе ЮПЗ и городской черты, остальные почвы
по данному показателю находятся в границах обычных значений, характерных для почв этого типа.
Таблица 1
Химические и биологические характеристики изучаемых почв
Расстояние,
почва
показатели
Гумус,%
рН, сол
Гидролитическая
кислотность,
мг-экв/100г почвы
Сумма
поглощённых оснований,
мг-экв/100г почвы
Зона загрязнения
<5 км от НПЗ
Буферная зона
>5 км от НПЗ
Контрольная территория >30
км от НПЗ
1А
2А
4А
6А
9А
7Г
10Г
1,3
Химические свойства почв
1,5
2,3 1,4 2,2 5,1 2,2
4,8
3,0
8,3
5,7
6,2
6,6
5,9
5,6
6,9
7,2
4,9
6,4
6,6
2,3
2,0
2,1
1,3
2,7
0,4
3,1
2,3
1,6
0,9
16,7
9,8
29,1
9,2
13,2 23,2 16,3
14,8
19,1
26,2
3Г
5Г
8Г
Биологические характеристики почв (по данным метода ГХ-МС)
Общая
численность микроорганизмов,
*106 кл/г
Число
обнаруженных родов
Численность
анаэробных и факультативно анаэробных микроорганизмов,
*106 кл/г;
их доля от общей
численности, %
Численность актиномицетов,
*106 кл/г,
их доля от общей
численности, %
1182 439
396
330
233 195 683
85
760
343
38
38
38
39
41
36
40
421,8 171 218,1 139,8 92,1 75,7 284,4
____ ____ ____ ____ ____ ____ ____
35,7 39
55,1 42,4 39,5 38,8 41,6
33,9
____
39,8
230,9
____
30,4
129,5
____
37,7
300,3 143,4 139 92,7 60,3 55,5 132,1
____ ____ ____ ____ ____ ____ ____
25,4 32,7 35,1 28,1 25,9 28,5 19,3
29,3
____
34,4
110,7
____
14,6
103,8
____
30,3
38
40
37
Таким образом, под влиянием комплексного антропогенного воздействия в дерново-подзолистых почвах ЮПЗ содержание гумуса
146
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
уменьшается на треть по сравнению с почвами контрольной территории, а в дерново-глеевых – на пятую часть. Кислотно-основные свойства подвергаются незначительному изменению с трендом к подщелачиванию, особенно заметным у дерново-подзолистых почв.
Анализ эколого-трофической структуры микробного сообщества
изучаемых почв традиционным методом посева на глюкозо–пептонно–
дрожжевую среду показал, что численность сапротрофных микроорганизмов в полугидроморфных почвах колеблется от 3,4 до 6,7 *106 клеток в 1 г почвы, что в среднем в среднем на 45 – 50% больше, чем в автоморфных дерново-подзолистых (Рис. 1). Большая численность
микроорганизмов обуславливает и больший пул дегидрогеназы и каталазы полугидроморфных почв, особенно высокий у дерново-глеевых и
дерново-глееватых почв контрольных территорий (Рис. 2). При этом,
численность сапротрофов в почвах контрольных территорий, как правило, на 30-40% ниже, чем в почвах находящихся в непосредственной
близости от НПЗ и почвах буферной зоны. Одновременно в почвах нарушенных территорий, наблюдается и увеличение численности углеводородокисляющих микроорганизмов (УОМ) (Рис.1). По-видимому,
имеет место стимуляция УОМ постоянными выбросами летучих органических соединений, характерная для территорий, находящихся в непосредственной близости к НПЗ.
6,7
6
численность м/о,*10 кл/г
7
6
5
4,4
4
3,1
3
2,2
2
3,5
4
3,5
3,4
2,1
1,8
1,1
0,9
1
2
1,8
1,1
0,9
0,6
0,1
0,5
0,1
0
1А
2А
3Г
4А
5Г
8Г
6А
9А
7Г
10Г
численность сапротрофных микроорганизмов
численность УОМ
Рис. 1. Численность сапротрофных и углеводородокисляющих микроорганизмов
почв ЮПЗ и контрольных территорий
Почвы, находящиеся под воздействием НПЗ, независимо от характера гидроморфизма, в целом характеризуются значительным дос147
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
товерным снижением ферментативной активности по сравнению с
контролем (Рис. 2).
мг ТФФ/ 10 г почвы за 24 часа
10
8,7
9
8
6,1
7
6
4,1
5
4,5
3,5
2,4
4
6,5
3,7
2,3
3
1,7
2
1
0
1А 2А 3Г
4А 5Г 8Г
6А 9А 7Г 10Г
автоморфные
А
см3 О2/ 1г почвы в минуту
10
9
8
6
4,4 4,4
5
4
3
2,2
2,8 3,2
2,9
2,3 2,3
1,5
2
1
0
Б
6,9
7
1А 2А 3Г
4А 5Г 8Г
6А 9А 7Г 10Г
полугидроморфные
Рис. 2. Актуальная дегидрогеназная (А) и каталазная активность (Б) почв
ЮПЗ и контрольных территорий (средние значения за 2008-2010 гг.)
Актуальная дегидрогеназная активность в среднем снижается в
2 – 2,6 раза, каталазная активность в 1,6 – 1,8 раза. Это свидетельст148
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
вует об угнетении окислительно-восстановительных процессов под
действием антропогенной нагрузки. Для буферной зоны нами выявлено выравнивание величин как дегидрогеназной, так и каталазной
активности в почвах с разным характером гидроморфизма. Нивелирование значений ферментативной активности в верхних почвенных горизонтах при различном типе гидроморфизма может быть связано с
воздействием однотипного загрязнения, которое воздействует не
только на функциональные показатели микробного сообщества, но
приводит также к сближению видовой структуры автоморфных дерново-подзолистых и полугидроморфных дерново-глееватых и дерново-глеевых почв.
Методом ГХ-МС показано, что структура микробного сообщества
почв контрольных территорий представлена аэробно-анаэробной
группировкой сходного состава; различия, главным образом, обусловлены типом гидроморфизма почв. Доминирующую роль в аэробной
части микробного сообщества автоморфных почв играет группировка
актинобактерий, составляющая 15,1 – 20,9% от общей численности.
Это бактерии, содержащие активные гидролитические ферменты, –
р.Mycobacterium, р.Nocardiа, р.Nocardiopsis, р.Actinomadura. Кроме
этой группировки в названных почвах представлены анаэробные и факультативно-анаэробные бактерии трех родов: р.Ruminococcus, р. Clostridium и р.Butyrivibrio, составляющие различную долю от суммарной
численности (39,8 – 41,6%) (табл.1). В аэробной части сообщества дерново-глеевых почв оминирующую роль, кроме группировки Микобактерий по10Ме18, играет р..Rhodococcus. Анаэробы и факультативные
анаэробы в почвах гидроморфного ряда составляют 30,4 –37,7%, а доминантом среди них чаще всего является p. Butyrivibrio с относительным обилием 13,3 – 19,3%.
Почвы буферной зоны, находящиеся на расстоянии более 5 км от
НПЗ, при различном характере гидроморфизма, отличаются более низкой численностью бактерий. При этом видовое разнообразие по данным
ГХ-МС в сравнении с контрольной территорией не снижается: микробное сообщество этих почв представлено 49 – 51 видом, принадлежащим
к 38 – 40 родам. Некоторое увеличение биоразнообразия при низких
уровнях антропогенного воздействия ранее было выявлено Марфениной у почвенных микромицетов и объясняется наложением минорных
видов, развивающихся в новых условиях среды, на сохраняющиеся виды зонального комплекса [5]. Очевидно, что видовое разнообразие бактерий почв буферной зоны, где уровень антропогенного воздействия от
низкого до среднего, не снижается и даже незначительно увеличивается
149
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
(49-51 вид против 47-48 видов в контрольных почвах). Независимо от
типа гидроморфизма доминантами в структуре сообщества этих почв
является аэробная группировка бактерий, представленная Микобактериями по10Ме18, а в образце 8Г ещё и р.Rhodococcus . Анаэробы и факультативные анаэробы играют в почвах буферной зоны значительную
роль, составляя 38,8 – 42,4% от суммарной численности, доминирующими среди них становятся р.Ruminococcus и р.Butyrivibriо. Таким образом, наблюдается упрощение структуры и сближение состава микробного сообщества дерново-подзолистой почвы с сообществом
дерново-глеевой почвы, связанные с воздействием однотипного загрязнения, сочетающееся с ранее отмеченным выравниванием значений как
дегидрогеназной, так и каталазной активности. Тип гидроморфизма в
условиях антропогенного пресса перестает быть ведущим фактором,
определяющим структуру и биологическую активность почвенного
микробного сообщества.
Наиболее значительными изменениями в структуре микробного
сообщества характеризуются, почвы, находящиеся в радиусе 5 км от
НПЗ. В первую очередь это относится к дерново-глеевой почве (3Г),
расположенной в пониженной, аккумулятивной части рельефа, примыкающей к городской черте и испытывающей как влияние города, так и
выбросов ЮПЗ. Анаэробная группировка бактерий в сообществе данной почвы становится ведущей, ее доля достигает 55%, доминирующими становятся р. Ruminococcus (29,6%) и р.Butyrivibrio (14,2%), что указывает на преобладание
анаэробных процессов. Среди аэробов
сохраняются Микобактерии по 10Ме18, а р.Rhodococcus переходит из
доминант в минорные компоненты. Таким образом, происходит существенная перестройка структуры микробного сообщества дерновоглеевой почвы в зоне влияния НПЗ, обусловленная, на наш взгляд ее аккумулятивным положением в ландшафте и суммированием по этой
причине всех возможных видов загрязнения. Структура сообщества автоморфных агро-дерново-подзолистой (1А) и дерново-подзолистой (2А)
почв, расположенных в непосредственной близости к НПЗ, меняется в
меньшей степени: уменьшается количество доминирующих родов, но
основные доминанты сохраняются, несколько меняя обилие в сравнении с контрольными почвами. Доминирующими в обеих обсуждаемых
почвах являются аэробная группировка Микобактерий по 10Ме18 (31%)
и анаэробы р.Ruminococcus (18,8-25%). Микробное сообщество автоморфных почв нарушенной территории по характеру доминирующих
видов полностью совпадает с сообществом дерново-подзолистой почвы
буферной зоны, отличаясь от него только увеличением обилия группи150
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ровки микобактерий. Таким образом, все исследованные автоморфные
почвы буферной и нарушенной территорий обладают одинаковыми доминантами и существенно отличаются от аналогичных почв контрольной территории.
Таким образом, мониторинг химических и микробиологических
свойств почв ЮПЗ г.Ярославля свидетельствует о существенном изменении их верхних горизонтов. Основным деградационным процессом на уровне химических свойств является потеря гумуса. В большей степени дегумификации подвержены дерново-подзолистые
почвы, содержание гумуса в которых уменьшается на 30% от фоновых значений, в эти почвах более значительно проявляется подщелачивание, что указывает на их меньшую устойчивость к антропогенному воздействию. Для почв аккумулятивного типа (дерновоглееватых и дерово-глеевых), находящихся в непосредственной близости к НПЗ, свойственно увеличение количества поглощенных оснований.
Существенно меняются микробиологические свойства почв.
Происходит перестройка в структуре микробных сообществ, выражающаяся в снижении численности бактерий (особенно в почвах буферной зоны), уменьшении числа доминирующих видов, наблюдается
упрощение структуры и сближение состава микробного сообщества
автоморфных дерново-подзолистых почв с сообществом полугидроморфных дерново-глееватой и дерново-глеевой почв, связанное с воздействием однотипного загрязнения. Происходит увеличение численности актиномицетов до 25-35% от общей численности бактерий,
согласующееся с ростом УОМ, обусловленное стимулирующим воздействием летучих углеводородов. На значительную трансформацию
микробиологических свойств почв указывает и снижение их ферментативной активности. При высоком уровне антропогенного воздействия в наибольшей степени меняются биологические характеристики
почв, находящихся в аккумулятивном ландшафте вследствие суммирования всех возможных видов загрязнения.
Литература
1. Ананьева Н. Д. Микробиологические аспекты самоочищения и устойчивости почв. М.: Наука, 2003. 223 с.
2. Верховцева Н. В. Метод газовой хроматографии – масс-спектрометрии в
изучении микробных сообществ почв агроценоза/ Н. В. Верховцева, Г. А. Осипов // Проблемы агрохимии и экологии. 2008.№ 1. С. 51–54
151
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3. Гузев В. С. Техногенные изменения сообщества почвенных микроорганизмов / Перспективы развития почвенной биологии: Сборник научн. трудов. /
В. С. Гузев, С. В. Левин. М., 2001. С. 178-220.
4. Киреева Н. А. Микробиологические процессы в нефтезагрязненных почвах. Уфа: БашГУ, 1994. 172 с.
5. Марфенина О. Е. Антропогенная экология почвенных грибов. М.: Медицина для всех, 2005.196 с.
6. Почвенный покров Нечерноземья и его рациональное использование.М.:
Агропромиздат,1986.245 с.
7. Щемелина Т. Н. Диагностирование степени загрязненности почв нефтью
по показателям ферментативной активности/ Т. Н. Щемелина, Е. И. Новоселова,
Н. А. Киреева, М. Ю. Маркарова // Вестник ОГУ(75). 2007. октябрь. С. 432-434.
МИКРОБИОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
ПОДПОЧВЕННЫХ ГОРИЗОНТОВ
Н. В. Шеховцова
Ярославский государственный университет им. П. Г. Демидова,
e-mail: ninval@mail.ru
Микробиологические исследования подпочвенных горизонтов направлены на выявление разнообразия аборигенных микробоценозов,
способных к самоподдержанию за счет ресурсов недр земной коры.
Практическое значение эта проблема имеет при оценке метаболического потенциала подземной микробиоты, который с одной стороны
можно использовать в биоремедиации загрязненных подземных вод,
предназначенных для питьевого водоснабжения [1], или для повышения нефтеотдачи нефтяных пластов [2], а с другой – следует подавлять,
например, при захоронении радиоактивных или ядовитых отходов [3].
Кроме того, подземная среда обладает неисчерпаемым потенциалом
для обнаружения новых микроорганизмов, способных продуцировать
вещества с полезными для человека свойствами, например, медицинского значения [1].
Открытие микроорганизмов глубинного происхождения относится к 1870-м годам и принадлежит Ф. Штапфу, профессору геологии
Цюрихского университета. Будучи главным геологом во время прокладки С.-Готардского туннеля, он в связи с техническими проблемами обратил внимание на бактериальную флору подземных вод и сначала предполагал ее проникновение сверху (из тропосферы), но позже
убедился в ее глубинном происхождении [4].
Понимание того, что некоторые микроорганизмы существуют вне
связи с земной поверхностью, по мнению В. И. Вернадского [4], проч152
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
но вошло в сознание ученых после 1926 года, когда независимо друг от
друга были опубликованы результаты микробиологических исследований нефтяных буровых вод в США и СССР. В Америке Э. Бастин
выделил сульфатредуцирующие бактерии из проб подземных вод, изъятых в интервале глубин 150–600 м из источника сероводорода и бикарбоната в районе глубоко захороненных нефтяных полей штата Иллинойс. В Советском Союзе подобные исследования были проведены в
лаборатории Н. Г. Ушинского в Баку, где были развиты Т. ГинзбургКарагичевой [2,4]. К тому времени были открыты живые организмы и
в каустобиолитах, биохимически создавшихся вне явлений земной поверхности [4]. С того момента микробиологические исследования пластовых вод и осадочных пород в районах рудных, нефтяных и газовых
месторождений стали проводиться регулярно, и основным доказательством жизнедеятельности микроорганизмов in situ являлось их выделение на питательных средах.
Активизация интереса к микроорганизмам подпочвенных горизонтов земной коры в начале 80-х годов ХХ века была обусловлена
экологическими причинами, описанными в начале. В связи с этим
произошла некая международная и междисциплинарная интеграция
микробиологической науки в рамках Подземной научной программы
Департамента Энергии США 1986–1996 гг. (U. S. Department of Energy (DOE) Subsurface Science Program) [1]. Появились научные лаборатории, специализированные на изучении микроорганизмов глубоких
горизонтов земной коры, в частности в Швеции в университете Гётеборга в 1987 была создана лаборатория по изучению глубинной биосферы под руководством К. Педерсена (The Deep Bioshpere Laboratory
at Göteborg University, DBL) [3]. В нашей стране на рубеже 80 – 90-х
годов ХХ в. по инициативе НПО “Недра” (г. Ярославль) пионерные
микробиологические исследования проб флюидов и кернов пород,
вскрытых глубокими и сверхглубокими скважинами, были начаты
под руководством д.г.-м.н. А. А. Оборина. Тогда в творческий коллектив вошли сотрудники лабораторий геологической микробиологии, техногенных экосистем и алканотрофных микроорганизмов Института экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН (г. Пермь), а
также кафедра динамической геологии и гидрогеологии Пермского
университета [5]. Позже, в 90-е годы, ФГУП НПЦ “Недра” к исследованиям подземной биосферы привлекли микробиологов Ярославского
госуниверситета им. П. Г. Демидова под руководством д.б.н. Н. В.
Верховцевой [6]. В середине 90-х годов ХХ в. был начат международный проект «Байкал – Бурение», в рамках которого проводится
153
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
микробиологическое изучение кернов, изъятых из осадков озера путем бурения скважин [7]. Микробиологические исследования подпочвенных горизонтов конца ХХ и начала ХХI вв. помимо методов посева включают в себя и молекулярные методы микробной экологии:
маркерный, филогенетический, физиологический анализ и т.п.
Многообразие интересов к изучению микроорганизмов подпочвенных горизонтов определяет многообразие объектов исследования,
разнообразие применяемых методов, широкий круг специалистов, вовлекаемых в эти исследования. Объектами исследования при изучении микроорганизмов подпочвенных горизонтов служат пробы подземных вод и керны пород, изъятые с помощью бурения скважин, а
также пробы конденсатных вод или биопленок, собранные со стенок
пещер, и породы, отобранные с помощью долбления или высверливания стенок шахт [1,3].
Подпочвенные горизонты сначала достаточно формально подразделяют на приповерхностные – до 10 м, глубокие – 10 – 50 м и сверхглубокие – более 50 м. По мере накопления данных предпринимаются
попытки уточнить термин «глубокий». По мнению Дж.
К. Фредриксона глубокими могут называться только те горизонты, в
которых микроорганизмы могут существовать за счет эндогенных
энергетических ресурсов земной коры независимо от продуктов фотосинтеза, поступающих с поверхности [3].
Общая численность бактерий, вычисленная методом прямого
счета с использованием окрашивания акридиновым оранжевым, равняется 104 – 107 кл/г породы или 103 – 106 кл/мл подземных вод на
глубинах, в основном до 500 м [1, 3]. Сходные величины дает метод
расчета количества условных клеток по содержанию жирнокислотных
маркеров в липидных профилях пород или подземных вод. Например,
в кристаллических (гнейсы) и осадочных породах (аргиллит, песчаник) Пучеж-Катункской импактной структуры общая численность
бактерий (ОЧБ) оценивается величинами 106 – 107 усл.кл/г породы. В
сильно минерализованных подземных водах Московской синеклизы,
вскрытых Медягинской скважиной, ОЧБ = 104 усл. кл/мл, а в стволе
Воротиловской глубокой научной скважины, несколько загрязненном
буровым раствором, больше – 105 – 107 усл. кл/мл [8].
Метод определения наиболее вероятного числа применяется для
определения отдельных метаболических групп, в частности, анаэробных микроорганизмов, таких как бродильщики или сульфатредукторы, численность которых оценивается величинами не более 103 – 104
кл на г породы или мл подземных вод [3]. Количество аэробных куль154
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
тивируемых гетеротрофов оценивают по результатам чашечных посевов.
Биомассу подпочвенных микроорганизмов оценивали по содержанию фосфолипидных жирных кислот (ФЛЖК), ее варьирование в
пределах <0.4 – 45 пикомолей на грамм породы, отмеченное для
озерных пылеватых глин компактного залегания в центральном южном районе штата Вашингтон (США). Максимальная величина 45 пМ
ФЛЖК/г [1]. Пересчет условных клеток в единицы массы [9] позволяет говорить, что биомасса микроорганизмов в одном милилитре подземных вод или грамме породы находится в пределах от нескольких
пикограммов до микрограммов.
Биоразнообразие гетеротрофных микроорганизмов в подпочвенных горизонтах оценивают по идентификации изолятов с помощью
анализа фосфолипидных жирных кислот (ФЛЖК) или структуры 16S
рДНК. Так из пробы, отобранной на удалении 1–3 см от поверхности
стенки шахты (штат Невада) с помощью анализа ФЛЖК были идентифицированы такие группы бактерий, как род Methylobacterium, Acinetobacter, Xanthomonas, Arthrobacter, Corynebacterium, Gordona, Micrococcus, Nocardioides, Bacillus, Staphylococcus, Acidovorax, две
смешанные группы грамположительных бактерий: Corynebacterium –
Aureobacterium – Clavibacter – Curobacterium и Arthrobacter – Micrococcus – Staphyllococcus – Aureobacterium, а также смешанная группа
грамотрицательных микроорганизмов: Acidovorax – Hydrogenophaga,
Pseudomonas. На основании анализа последовательности нуклеотидов
в гене 16S рРНК изоляты из палеопочв, озерных илов, речного песка и
гравия, захороненных на глубине 173 – 218 м Harvard Site (США), были отнесены к 25 родам, распределяющимся между альфа-, бета- и
гамма-протеобактериями, филумом Flexibacter–Cytophaga–Bacteroides,
актинобактериями и грамположительными бактериями с низким содержанием Г–Ц оснований. Кроме того, в каждой из указанных групп
были и неидентифицированные культуры. Обобщение результатов
изучения биоразнообразия в подпочвенных горизонтах, показывает,
что наиболее часто изолируются такие грамположительные роды, как
Bacillus, Gordona, Staphylococcus, Micrococcus и Arthrobacter, а среди
грамотрицательных Comamonas, Acinetobacter и Pseudomonas [1]. Из
осадков юго-восточного блока Академического хребта озера Байкал,
вскрытых скважиной BDP-96-2 до глубины 100 м, выделены представители родов Arthrobacter, Acinetobacter, Bacillus, Clostridium, Corynebacterium, Cytophaga, Enterococcus, Flexibacter, Micrococcus, Planococcus, Sarcina, Sporosarcina. Согласно филогенетическому анализу
155
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
эндемичные байкальские бактерии являются родственными родам Bacillus, Arthrobacter и Acinetobacter [7]. Оценка биоразнообразия в породах и подземных водах Пучеж-Катункской импактной структуры в
интервале глубин 1500 – 3800 м без выделения микроорганизмов на
питательные среды по биомаркерам в липидных профилях природных
проб позволила идентифицировать вышеуказанные роды, за исключением рр. Gordona и Comamonas [8, 10, 11].
При подходящих условиях in situ из подпочвенных горизонтов с
помощью питательных сред выделяются разнообразные метаболические группы: во-первых, это анаэробы – сульфатредукторы и железоредукторы; во-вторых, аэробные и анаэробные хемоорганогетеротрофы, вызывающие интерес у экологов и биотехнологов; в третьих,
хемоавтотрофы – нитрификаторы, железо-, серо- и водородокисляющие микроорганизмы, метаногены, важные в биогеохимических исследованиях. В целом распространение и распределение метаболических групп микрорганизмов соответствует теории гидробиохимической зональности подземных вод [12], поэтому на разных
глубинах подземных источников и вмещающих их пород обнаруживаются метаболически разные микробные сообщества. На примере
сверхглубоких пород разреза Уральской скважины показано, что их
наиболее постоянными обитателями являются сульфатредуцирующие
(СРБ) и метанообразующие микроорганизмы. В интервале глубин
3621 – 3626 м других микроорганизмов не обнаружено. Глубже 4439 м
наряду с ними выделяются углеводород- и водородокисляющие бактерии. В интервале 4467 – 4503 м из перечисленных групп исчезают СРБ,
но появляются азотфиксаторы. Далее (4986 – 4991 м) наряду с СРБ и
метаногенами выделяются только бродильщики [13].
Одним из фундаментальных вопросов, на который стремится ответить микробиология подпочвенных горизонтов, является вопрос о
пределах распространения микроорганизмов вглубь Земли. На сегодняшний день достоверно установленная глубина нижней границы
биосферы в литосфере составляет 6820 м по результатам исследования кернов пород, вскрытых Тюменской сверхглубокой скважиной
[5] и она не считается предельной. Надежду на большее подают открытия разнообразной микробиоты “черных курильщиков” в океане и
тому подобных экстремальных экосистемах. Другим важным вопросом является возможность функционирования подземных микробных
сообществ в современных геологических условиях. По результатам
микробиологических исследований глубоких горизонтов земной коры
156
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
сформулировано, по крайней мере, 3 концепции функционирования
истинно подземной биосферы.
В 90-х гг. XX в. Т. Стивенс (1995), а позднее – К. Педерсен (1997),
в процессе микробиологических исследований кристаллических пород
глубоких горизонтов, пришли к выводу о том, что в них функционируют водородзависимые экосистемы. Стивенс считал, что первичная
продукция в базальтах может создаваться за счет таких вариантов литоавтотрофии как анаэробные процессы окисления метана, сероредукции, сульфатредукции, метаногенеза и ацетогенеза [14]. Педерсен [15]
построил модель подземной экосистемы глубоких гранитов, согласно
которой первичная продукция in situ создается автотрофными метаногенами и гомоацетогенными бактериями за счет утилизации ювенильных газов Земли – CO2 и Н2. Ацетат как экзометаболит ацетогенов
вместе с Н2 служит ростовым субстратом для ацетокластических метаногенов, а также гетеротрофных сульфат- и железоредукторов. Образуемый метаногенами CH4, а также органическое вещество (ОВ) – продукт лизиса клеток микроорганизмов, далее могут быть ростовыми
субстратами для анаэробных гетеротрофных бактерий. При этом ряд
конечных метаболитов (CO2, Н2 и ацетат) могут быть вторично использованы ацетогенами и метаногенами. Позже Педерсен уточнил, что в
экосистемах кристаллических пород глубоких горизонтов земной коры
ОВ, потребляемое гетеротрофами, будет продуктом литоавтотрофов, а
в осадочных породах источником органического углерода, доступного
микроорганизмам, может быть вещество, слагающее осадки с начала
их литогенеза [16]. Более обобщенной представляется концепция организованности «подземной биосферы» А. А. Оборина с соавт. [5],
сформулированная по результатам изучения микробиоты почв, подземных вод и вмещающих их пород, вскрытых нефтяными скважинами
на территории бывшего СССР. Основу этой теории составляет представление о функционировании двух микробных биофильтров: углекисловодородного, который функционирует в сверхглубоких горизонтах,
и углеводородокисляющего – в зоне гипергенеза. Первый фильтр ассимилирует мантийный водород и углекислоту в анаэробных условиях
с образованием первичного органического вещества и метана. В аэрируемой зоне литосферы микробиота, окисляющая газообразные углеводороды, мигрирующие из глубины земных недр, перехватывает эти
газы, предотвращая их проникновение в гидросферу, почву и атмосферу. Между этими зонами, при благоприятном стечении многих факторов, может образовываться и функционировать зона нафтидобиоза, где
в результате геохимической деятельности микробиоты синтезируются
157
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
углеводороды. Однако подпочвенные горизонты являются вместилищем гораздо большего пула микроорганизмов, чем описано в этих теориях. Структура микробиоты глубинной биогеосистемы обобщена в
прогностической концепции Н. В. Верховцевой и др. [6]. Согласно
этому взгляду, сохраняя важную роль за хемолитоавтотрофами, в подземной микробиоте следует различать аллохтонную, привнесенную,
например, с буровым раствором, и автохтонную (собственно аборигенную) составляющие, а среди гетеротрофов – различать олиго- и копио(сапро)трофов. При описании функционирования микробоценозов
необходимо учитывать происхождение источников углерода и энергии
в подземной среде, поскольку при решении практических задач не
важно, какие из них стимулируют деятельность микроорганизмов.
Благодаря этой концепции нам удалось установить основополагающую
роль микроорганизмов, окисляющих ювенильные углеводороды, в
функционировании микробоценозов глубоких горизонтов ПучежКатункской импактной структуры, а среди сопутствующего комплекса
в осадочных породах обнаружить, в частности, целлюлозоразлагающие микроорганизмы, способные утилизировать захороненный в начале литогенеза органический углерод (детрит) [10,11]. Таким образом,
микробиологические исследования являются одним из перспектиных
направлений мониторинга подпочвенных горизонтов Земли.
Литература
1. The microbiology of the terrestrial deep subsurface /Ed. by P. S. Amy, D. L.
Haldeman. – New York: CRC Press LLC, 1997. – 356 р.
2. Назина Т. Н., Беляев С. С. Биологическое и метболическое разнообразие
микроорганизмов нефтяных месторождений // Труды Института микробиологии
им. С. Н. Виноградского. – Вып. XII. – М.: Наука, 2004. – С.289 – 316.
3. Subsurface microbiology and biogeochemistry / Ed. by J. K. Fredrickson,
M. Fletcher/ – New York: Wiley-Liss cop., 2001. – 341 р.
4. Вернадский В. И. Живое вещество и биосфера. – М.: Наука, 1994. – 672 с.
5. Оборин А. А., Рубинштейн Л. М., Хмурчик В. Т., Чурилова Н. С. Концепция организованности подземной биосферы. Екатеринбург: УрО РАН,
2004. – 148 с.
6. Верховцева Н. В., Шеховцова Н. В., Кондакова Г. В., Рыжикова И. А.,
Родионова Т. А. Структурные группы биоценоза подземной биосферы // Разведка и охрана недр, 1996. № 7. Стр. 37-39.
7. Ханаева Т. А., Земская Т. И., Белькова Н. Л., Хлыстов О. М., Намсараев
Б. Б. Разнообразие культивируемых прокариот в донных осадках академического
хребта оз. Байкал // Биология внутренних вод. – 2010. – № 1. – С. 42 – 48.
8. Шеховцова Н. В., Певзнер Л. А., Верховцева Н. В., Кондакова Г. В., Осипов Г. А. Проблема биоразнообразия в комплексном мониторинге глубоких го-
158
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ризонтов земной коры //Научные аспекты экологических проблем в России. Тр.
Всерос. Конф.- СПб.: Гидрометиздат, 2002. – Т.2. – С. 194 – 199.
9. Осипов Г. А. Хромато-масс-спектрометрический анализ микроорганизмов и их сообществ в клинических пробах при инфекциях и дисбиозах / Химический анализ в медицинской диагностике. – М.: Наука, 2010. – С. 293 – 368.
10 Шеховцова Н. В., Первушина К. А., Грибова И. С., Осипов Г. А. Микроорганизмы в осадочных породах, вскрытых Высоковской скважиной // Разведка
и охрана недр. 2007. № 4. С. 49–51.
11. Шеховцова Н. В., Яковлев М. Ю., Осипов Г. А., Турова Т. П. Биоразнообразие микроорганизмов в кристаллических породах Пучеж-Катункской импактной структуры // Вестник ОГУ. 2007. № 75. Спец. выпуск. Ч.2. С. 420–422.
12. Крамаренко Л. Е. Геохимическое и поисковое значение микроорганизмов подземных вод. Л.: Недра, 1983. – 181 с.
13. Оборин А. А., Иларионов С. А., Селезнев И. А., Хмурчик В. Т. Микробиологические исследования Уральской сверхглубокой скважины //Результаты
бурения и исследований Уральской сверхглубокой скважины (СГ-4). Научное
бурение в России: Сб. науч. тр. ФГУП НПЦ «Недра». – Ярославль, 1999. – Вып.
5. – С. 354 – 360.
14. Stevens T. O. Lithoautotrophic microbial ecosystems in deep basalt aquifers
the subsurface / T. O. Stevens, J. P. McKinley // Science. – 1995. – V. 270. – Р. 450–
454.
15. Pedersen K. Microbial life in granitic rock / K. Pedersen // FEMS Microbiol.
Rev. –1997. – V. 20. – P. 399–414.
16. Pedersen K. Exploration of deep intraterrestrial microbial life: current perspectives / K. Pedersen // FEMS Microbiol. Letters. – 2000. – V. 185. – P. 9–6.
159
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
РАЗДЕЛ 3. БИОРАЗНООБРАЗИЕ:
ИЗУЧЕНИЕ И СОХРАНЕНИЕ
НОВЫЕ НАХОДКИ ОХРАНЯЕМЫХ ЧЕШУЕКРЫЛЫХ
(INSECTA: LEPIDOPTERA) В ЯРОСЛАВСКОЙ ОБЛАСТИ
М. А. Клепиков1, В. В. Марьин2
1
Ярославский государственный историко-архитектурный и художественный
музей-заповедник, e-mail: max_klepikov@mail.ru
2
УФСКН России по Ярославской области, e-mail: marvov@yandex.ru
В связи с подготовкой второго издания Красной книги Ярославской области [Красная книга..., 2004], на территории области в настоящее время проводится работа по выявлению новых мест обитания
редких и охраняемых видов животных, растений и грибов. В частности, авторами в 2009 году было опубликовано первое сообщение
[Клепиков, Марьин, 2009] как о новых находках чешуекрылых, уже
включённых в первое издание Книги, так и о видах бабочек, которые
также могли бы быть объявлены охраняемыми в следующем издании.
Данное сообщение призвано ввести в научный оборот данные по распространению следующих видов, уже включённых в Красную книгу
Ярославской области:
Голубянка алексис (Glaucopsyche alexis Poda); 1-я категория
(вид, на территории области находящийся под угрозой исчезновения).
Найдена: пос. Чёбаково (Тутаевский район), 27.05.2007, 1♂ (экземпляр находится в личной коллекции В. В.Марьина); берег р. Улеймы в
окр. биостанции ЯрГУ (Угличский р-н., окр. дер. Метьево),
25.06.2003, 3♂ (в личной коллекции И. В.Ястребовой).
Червонец голубоватый (Lycaena helle Den. & Schiff.); 2-я категория (сокращающийся в численности вид). Найден: торфяники Ярославского р-на в окр. д. Ляпино, 05.06, 1 и 11.06.2011, 1 (в личной
коллекции М. А.Клепикова), также на каждой из двух указанных экскурсий несколько экз. этого вида было отмечено визуально. Ранее из
этого местообитания червонец голубоватый был известен лишь по
двум экз., собранным Клепиковым М. А. на торфяниках в окр. Нижнего пос. (окр. д. Ляпино) 14.05.1988 и 12.06.1999. Наблюдения 2011
160
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
г. подтверждает существование устойчивой и многочисленной популяции голубоватого червонца на торфяниках в окр. Заволжского р-на
Ярославля.
Шашечница авриния (Euphydryas aurinia Rott.); 2-я категория
(сокращающийся в численности вид). Найдена: торфяники Ярославского р-на в окр. д. Ляпино, 11.06.2011, 1 (в личной коллекции
А. Н.Кузьмина). Ранее из этого местообитания вид был известен лишь
по 1♀, собранной Клепиковым М. А. 17.06.2000, также 1 экз. был собран Клепиковым на торфяниках в окр. Среднего пос. г. Ярославля
11.06.1987. Находка 2011 г. подтверждает существование малочисленной популяции шашечницы авринии на торфяниках в окр. Заволжского
р-на Ярославля.
Также во время экскурсии 11.06.2011 на торфяниках и сосняках в
окр. д. Ляпино были найдены червонец фиолетовый (Lycaena
alciphron Rott.), 1-я категория, шашечницы матурна (Euphydryas
maturna L.), 2-я категория и цинксия (Melitaea cinxia L.), 1-я категория
(все собранные экз. в личной коллекции А. Н.Кузьмина). Многочисленные популяции этих видов здесь наблюдаются М. А.Клепиковым с
80-х гг. ХХ века. Однако голубянку викраму (Pseudophilotes vicrama
Moore) и окончатого мотылька (Thyris fenestrella Scop), не смотря на
целенаправленные поиски, обнаружить во время экскурсий 2011 г. так
и не удалось.
Необходимо также привести данные о новых сборах на территории области следующих видов:
Коконопряд японский (Phyllodesma japonicum Leech). В д. Ларино (Ярославский р-н) 19.05.2010 было собрано на свет 5 экз. (в личной
коллекции В. В.Марьина). Прошлые находки этого коконопряда [Клепиков, Марьин, 2009], равно как и данные сборы свидетельствуют о
наличии устойчивой популяции этого вида в Заволжской (левобережной) части Ярославского р-на (окр. с. Прусово и прилегающие территории). В 2009 г. коконопряд японский предложен к включению в новую редакцию Красной книги Ярославской обл. в категории 2
(сокращающийся в численности вид).
Бражник прозерпина (Proserpinus proserpina Pallas). 1 экз. найден в пос. Чёбаково (Тутаевский район), 28.06.2004 (в личной коллекции В. В.Марьина); также визуально отмечался А. Н.Кузьминым на
сирени в д. Пажа (Ярославский р-н) летом 2005 г.; 1 гусеница была
найдена А. А.Русиновым на иван-чае в окр. биостанции ЯрГУ (Угличский р-н., окр. дер. Метьево) в конце июня 2006 г., в начале июля того
же года окуклилась, имаго вывелось во второй половине июня 2007 г.
161
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
(крылья расправились не полностью). В настоящее время наблюдается
активное проникновение прозерпины на север [Красная книга, 2007,
2008; Усков и др., 2001]. В 2009 г. бражник прозерпина предложен к
включению в дополнительный список новой редакции Красной книги
Ярославской обл. в категории 4 (вид, неопределённый по статусу). Находка А. А.Русинова позволяет предположить, что данный вид на территории области является не только мигрантом (как, например, бражники вьюнковый или мёртвая голова), но и способен образовывать
здесь, на северной границе своего ареала, локальные популяции. Если
эти данные будут подтверждены, бражник прозерпина будет предложен к включению в основной список охраняемых видов животных
Красной книги Ярославской области.
Переливница большая или ивовая (Apatura iris L.). 2 экз. были
собраны в окр. Нижнего пос. Заволжского р-на г. Ярославля на мусорной куче у обочины дороги, идущей сквозь молодой березняк
02.07.2010 (1 экз. в личной коллекции В. В.Марьина, второй был очёнь
облётанный и не сохранился); 1 экз. пойман в окр. Толжского монастыря (Заволжский р-н г. Ярославля) 30.06.2011 (в личной коллекции
В. В.Марьина). Кроме того, этот вид также отмечался А. Н.Кузьминым
и В. В.Марьиным в сопредельной Владимирской обл. (д. Тюрмеровка
Судогодского р-на) 27.06.2010. В 2009 г. большая переливница предложена к включению в дополнительный список новой редакции Красной книги Ярославской обл. в категории 4 (вид, неопределённый по
статусу). Если будет подтверждено, что эта бабочка на территории
Ярославской области не является мигрантом (как, например, эпизодически проникающие на Верхнюю Волгу желтушки Colias erate Esp., C.
croceus Fourcroy или C. myrmidone Esp.), она будет предложена к
включению в основной список охраняемых видов животных Красной
книги Ярославской области. Латинские названия всех вышеперечисленных видов приведены в соответствии с Каталогом [2008].
Авторы благодарят А. Н. Кузьмина, А. А. Русинова и И. В. Ястребову, предоставивших данные о находках и наблюдениях редких и охраняемых бабочек.
Литература
1. Каталог чешуекрылых (Lepidoptera) России (под ред. С. Ю.Синёва) –
СПб.; М.: Товарищество научных изданий КМК, 2008. – 424 с.
2. Клепиков М. А., Марьин В. В. Новые находки охраняемых чешуекрылых
(Insecta: Lepidoptera) в Ярославской области // Экология и Культура: от прошлого к будущему: материалы межрегиональной научно-практической конференции, 26-27 ноября 2009 г. Ярославль: ИПК «Индиго», 2009. – С. 129-132.
162
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3. Красная книга Ивановской области. Т.1: Животные – Иваново: ИПК
«ПресСто», 2007. – 236 с.
4. Красная книга Московской области (издание второе, дополненное и переработанное) – М.: Товарищество научных изданий КМК, 2008. – 828 с.
5. Красная книга Ярославской обл. – Ярославль: изд-во Александра Рутмана, 2004. – 384 с.
6. Усков М. В., Свиридов А. В., Антонова Е. М. Лепидоптерофауна Владимирской обл. Вып. 2. Высшие чешуекрылые (Lepidoptera: Macrolepidoptera) северной части Мещеры Владимирской обл. и прилежащих территорий. Аннотированный список видов. – Владимир, 2001. – 40 с.
ВИДОВОЕ РАЗНООБРАЗИЕ FE(III)-ВОССТАНАВЛИВАЮЩИХ
БАКТЕРИЙ В МИКРОБНОМ КОМПЛЕКСЕ ДЕРНОВОПОДЗОЛИСТОЙ СУПЕСЧАНОЙ ПОЧВЫ
Н. Ю. Пухова
Ярославский государственный университет им. П. Г. Демидова,
e-mail: nataliya_puhova@mail.ru
Fe(III)-восстановление – процесс достаточно широко распространенный в природе, приводящий к образованию в анаэробных условиях соединений двухвалентного железа, протекает как абиогенным путем, так и за счет жизнедеятельности различных микроорганизмов.
Физиологическая группа Fe(III)-восстанавливающих бактерий
была открыта сравнительно недавно [1] и в настоящее время интерес
к ней неуклонно растет в связи с рядом проблем экологического характера [2, 3]. Например, в результате активной жизнедеятельности
почвенных Fe(III)-редукторов происходит вымывание ионов Fe2+ при
медленном дренировании почвенного раствора в нижележащие почвенные горизонты. Потеря почвой железа сопровождается выносом
других миграционно-активных форм почвенных металлов (соединения алюминия, марганца, кальция) и ряда микроэлементов [3]. Процесс элювиирования ионов Fe2+ по почвенному профилю в определенных условиях сопровождается глеегенезом [4], который в свою
очередь приводит к изменению физико-химических параметров пахотных горизонтов почв, снижению их плодородия и, как следствие, –
выведению почв из сельскохозяйственного использования.
Несмотря на значительную геохимическую роль реакции восстановления Fe(III)-соединений в почвах, численность и видовое разнообразие бактерий, участвующих в этом процессе исследованы недостаточно.
163
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Объектом данного исследования служил микробный комплекс
пахотного горизонта (0-20 см) дерново-подзолистой супесчаной почвы опытного хозяйства ВНИПТИОУ (пос. Вяткино Владимирской
обл.), находящейся в условиях постоянной сельскохозяйственной обработки. В полевых условиях методом «конверта» из 5-7 индивидуальных проб составляли смешанный образец [5]. Отбор почвенных
образцов проводили в шахматном порядке почвенным буром диаметром 25 мм, объем 200-250 см3 (ГОСТ 28168-89). Смешанный образец
подсушивали при комнатной температуре и, поместив в стерильный
полиэтиленовый пакет, хранили до анализа в морозильной камере.
Для реконструкции родового (видового) состава микробного
комплекса пахотного горизонта дерново-подзолистой супесчаной
почвы использовали метод газовой хроматографии – массспектрометрии (ГХ-МС) на приборе Aligent Technology (США) [6].
Для определения общей численности микроорганизмов в почве использовали метод Виноградского-Брида [7]; для определения численности Fe(III)-восстанавливающих бактерий – метод НВЧ [7], культивирование осуществляли в анаэробных условиях на среде Лавли для
железоредукторов [1] с ацетатом Na и Fe(III)-гидроксидом в качестве
единственных источников углерода и железа, соответственно. Для
выделения чистых культур бактерий, способных к Fe(III)восстановлению использовали метод накопительной культуры на среде Лавли. Идентификацию выделенных штаммов бактерий проводили
по совокупности морфологических, культуральных, физиологобиохимических свойств с использованием специальных руководств
по определению бактерий [7- 9] и жирно-кислотному составу их клеточных поверхностных структур [6].
Данные по расшифровке видового разнообразия микробного
комплекса представлены в табл. 1.
Таблица 1
Видовой состав реконструированного микробного комплекса
пахотного горизонта дерново-подзолистой супесчаной почвы
по данным ГХ-МС
№
Вид микроорганизмов
PROTEOBACTERIA
1.
Acetobacter diazotrophicus
2.
Acetobacterium sp.
3.
Aeromonas hydrophila
4.
Agrobacterium radiobacter
5.
Arthrobacter globiformis
164
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
6.
Bacteroides fragilis
7.
B. hypermegas
8.
B. ruminicola
9.
Brevundimonas vesicularis
10.
Butyrivibrio sp.
11.
Cytophaga sp.
12.
Desulfovibrio sp.
13.
Eubacterium sp.
14.
E. lentum
15.
Methylococcus sp.
16.
Nitrobacter sp.
17.
Pseudomonas fluorescens
18.
P. putida
19.
Ruminococcus sp.
20.
Sphingobacterium spiritovorum
21.
Sphingomonas capsulata
22.
Staphylococcus sp.
23.
Stenotrophomonas sp.
24.
Wolinella sp.
ACTINOBACTERIA
25.
Actinomadura roseola
26.
Bifidobacterium sp.
27.
Corynebacterium sp.
28.
Micrococcus sp.
29.
Mycobacterium sp.
30.
Nocardia carnea
31.
Propionibacterium freudenreichii
32.
Pseudonocardia sp.
33.
Rhodococcus equi
34.
R. terrae
35.
Streptomyces sp.
FIRMICUTES
36.
Bacillus sp.
37.
B. subtilis
38.
Clostridium difficile
39.
C. pasteurianum
40.
C. perfringens
42.
C. propionicum
Согласно полученным результатам, в состав микробного сообщества пахотного горизонта дерново-подзолистой супесчаной почвы
входят 42 вида грамположительных и грамотрицательных прокариот
с разными эколого-физиологическими потребностями.
165
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Подавляющее число видов относится к хемоорганотрофам дыхательного или бродильного типа метаболизма, из литоавтотрофов отмечен один вид нитрифицирующих бактерий – Nitrobacter sp. Входящие в микробоценоз анаэробные бактерии Clostridium sp. и
Butyrivibrio sp. осуществляют маслянокислое брожение, способны
разлагать моно- и полисахариды (например, целлюлозу, крахмал и
пектин) с образованием масляной кислоты. Сахаролитические бактерии C. pasteurianum активно фиксируют молекулярный азот. Другой
вид клостридий, отмеченный в почвенном микробном ценозе, – C.
perfringens разлагает в анаэробных условиях белки и вызывает процесс гниения. Бактерии Bifidobacterium sp. сбраживают углеводы,
превращая их в уксусную и молочную кислоты, СО2; способны также
к маслянокислому брожению. Анаэробы Ruminococcus sp. разлагают
углеводы с образованием смеси кислот, главным образом, уксусной,
пропионовой и масляной; этанола, углекислого газа и Н2.
В микробном ценозе пахотного горизонта отмечены также по одному виду стрептомицетов (Streptomyces sp.) и мадуромицетов (Actinomadura roseola) и 4 вида нокардиоформных актинобактерий (Rhodococcus equi, R. terrae, Pseudonocardia sp. и Nocardia carnea).
Стрептомицеты – это, прежде всего, типичные почвенные актиномицеты, проявляющие гидролитическую активность, в том числе целлюлозо- и хитинолитическую. Нокардиоформные актинобактерии родов Nocardia, Pseudonocardia и Rhodococcus являются типичными
представителями «автохтонной микробиоты», способной использовать целлюлозу и устойчивые органические вещества, остающиеся в
конце процесса деструкции, в том числе гуминовые кислоты.
Среди доминирующих видов (содержание которых близко или
превышает 10 % в сообществе) в составе микробного комплекса пахотного горизонта отмечен только один вид протеобактерий – Arthrobacter globiformis, численность которого по данным ХМС составляет 9,22×106 кл/г воздушно-сухой почвы, что составляет 13 % от
численности остальных прокариот. Близки к доминирующим (доля в
составе микробоценоза составляет около 9 %) два вида бактерий: Clostridium pasteurianum и Methylococcus sp.
Кроме того, в почве пахотного горизонта дерново-подзолистой
супесчаной почвы были отмечены «не специфические» Fe(III)восстанавливающие бактерии [10], которые способны в анаэробных
условиях осуществлять восстановление Fe(III)-соединений при росте
на различных органических субстратах и при этом не получают энергию: B. hypermegas, Desulfovibrio sp., Wolinella sp. и B. subtilis; а так166
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
же два вида «специфических» Fe(III)-редуктора, у которых процесс
восстановления ионов Fe3+ сопряжен с окислением органического вещества и с получением энергии для роста: Aeromonas hydrophila [10]
и Propionibacterium freudenreichii [11].
Для того, чтобы оценить долю потенциальных Fe(III)-редукторов в
составе микробного комплекса пахотного горизонта дерновоподзолистой супесчаной почвы, мы определили численность бактерий
данной физиологической группы (табл. 2). Оказалось, что представительство Fe(III)-восстанавливающих бактерий незначительно и составляет около 0,06 % от общей численности микроорганизмов в почве.
Таблица 2
Общая численность и численность Fe(III)-редукторов
в пахотном горизонте дерново-подзолистой супесчаной почвы
№ п/п
1.
2.
Микробиологическая характеристика
Общая численность
Численность Fe(III)-редукторов
Численность, кл/г сух. почвы
(7,60±0,68)×107
(4,64±0,34)×104
Методом накопительной культуры на среде Лавли для Fe(III)восстанавливающих бактерий с ацетатом Na и Fe(OH)3 в качестве
единственных источников углерода и железа, соответственно, из почвенных образцов пахотного горизонта дерново-подзолистой супесчаной почвы были выделены 9 штаммов бактерий. С учетом изученных
морфологических, культуральных и физиолого-биохимических
свойств, а, также учитывая данные по жирно-кислотному составу бактериальных клеток, мы установили, что исследуемые штаммы бактерий относятся к 5 видам 3 родов – Aeromonas,
Bacillus и
Pseudomonas. Представительство вышеуказанных родов в составе
почвенного микробоценоза было показано нами в почвенных образцах по данным метода ГХ-МС (табл. 1).
Выделенные бактерии были исследованы на способность к восстановлению ионов Fe3+ при росте на среде с ацетатом Na и Fe(OH)3 в
качестве источников углерода и железа, соответственно, данные
представлены в табл. 3.
Как видно из таблицы, все выделенные нами бактерии растут на
среде Лавли для Fe(III)-восстанавливающих бактерий с ацетатом Na в
качестве единственного источника углерода и энергии, при этом рост
бактерий на среде сопровождается восстановлением Fe(OH)3. Обнаружение ионов Fe2+ в культуральной среде проводили с использованием α,α’-дипиридила.
167
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 3
Рост и Fe(III)-восстановление исследуемых штаммов бактерий
на среде Лавли с ацетатом Na и Fe(OH)3
в качестве источников углерода и железа, соответственно
№ п/п
1.
2.
3.
4.
5.
Штамм
Aeromonas hydrophila
Bacillus fusiformis
B. pumilis
B. subtilis
Pseudomonas fluorescens
Рост
+
+
+
+
+
Fe(III)-восстановление
+
+
+
+
+
Таким образом, можно отметить, что наиболее активными Fe(III)восстанавливающими бактериями в пахотном горизонте дерновоподзолистой супесчаной почвы являются представители рода Bacillus.
Бактерии этого рода, по литературным данным, относятся к неспецифическим Fe(III)-редукторам [10].
Литература
1. Lovley D.R. Organic matter mineralization with the reduction of ferric iron: a
review // Geomicrobiol. J. 1987. Vol. 5. P. 375-399.
2. Lovley D. R. Dissimilatory Fe(III) and Mn(IV) reduction // Microbiol. Rev.
1991. P. 259-287.
3. Легин Е. К., Трифонов Ю. И., Хохлов М. Л., Суглобов Д. Н., Легина Е. Е.
Влияние биогенного восстановления железа в почвах на миграционное поведение радионуклидов и тяжелых металлов // Труды Радиевого института им.
В. Г. Хлопина. Т. XII. 2007. C. 148-168.
4. Зайдельман Ф. Р. Процесс глееобразования и его роль в формировании
почв. М. 1998. 316 c.
5. Спиридонов Ю. Я., Ларина Г. Е., Шестаков В. Г. Методическое руководство по изучению гербицидов, применяемых в растениеводстве. Голицино:
РАСХН-ВНИИФ. 2004. 293 с.
6. Осипов Г. А. Способ определения родового (видового) состава ассоциации микроорганизмов. Патент на изобретение № 2086642 от 10.08.97. 12 с.
7. Практикум по микробиологии // Под ред. А. И. Нетрусова и др. М.: Академия. 2005. 608с.
8. Определитель бактерий Берджи: В 2-х т. // Под ред. Дж. Хоулта и др. М.:
Мир. 1997. 368 с.
9. Лысак Л. В., Добровольская Т. Г., Скворцова И. Н. Методы оценки бактериального разнообразия почв и идентификации почвенных бактерий. М.:
МАКС Пресс. 2003. 120 с.
10. Lovley D. Dissimilatory Fe(III)- and Mn(IV)-reducing prokaryotes // The
Prokaryotes. Vol. 2: Ecophysiology and Biochemistry. Springer – Verlag. 2006.
168
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
11. Benz M., Schink B., Brune A. Humic acid reduction by Propionibacterium
freudenreichii and other fermenting bacteria // Microbiology. 1998. Vol. 64. P. 45074512.
ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ СВЕДЕНИЯ О ЛИШАЙНИКАХ
ТЕРРИТОРИИ БИОСТАНЦИИ "УЛЕЙМА"
(ЯРОСЛАВСКАЯ ОБЛАСТЬ)
Г. В. Кондакова, Ю. Т. Грачева
Ярославский государственный университет им. П. Г. Демидова
e-mail: gvkondakova@mail.ru
Биологический стационар «Улейма» факультета биологии и экологии Ярославского государственного университета им. П. Г. Демидова
расположен на западе Ярославской области (Угличский муниципальный округ), на стыке границ Мышкинского и Большесельского районов,
в месте слияния рек Улейма и Юхоть (приток Волги). Особенности зонального положения (подзона южной тайги), рельефа, почв обусловливают разнообразие растительности и богатство флоры, разнообразие
типов фитоценозов на сравнительно небольшой площади. Общая лесистость территории составляет около 60 %. На возвышенных элементах
рельефа с песчаными почвами формируются в виде небольших участков ельники и сосняки, которые занимают около 15 % лесопокрытой
площади. Преобладают производные (вторичные) леса, представленные
березняками, осинниками, серо-ольшаниками [1]. Территорию биостанции можно считать одной из малонарушенных, хотя в последнее время
она испытывает значительное антропогенное воздействие, связанное с
рекреационным использованием. Цель работы – изучение видового разнообразия лихенобиоты данной территории, что, учитывая индикаторные свойства лишайников, может быть использовано для дальнейшего
мониторинга состояния окружающей среды.
Сбор лишайников осуществляли в июне-июле 2010 г. Всего было
собрано и определено 246 образцов. Для сбора материала использовали метод пробных площадей (S=100 м²), которые закладывали в разных типах леса: Т.1, Т.2, Т.3 – в елово-берёзовом (57°42΄311" с.ш.
38°35΄139" в.д.) , Т.4 и Т.5 – в сосново-берёзовом (57°42΄433" с.ш.
38°34΄980" в.д.), и Т.6 – в сосновом (57°42΄433" с.ш. 38°34΄946" в.д.).
Координаты основных точек сборов лихенологических образцов зафиксированы с помощью GPS-навигатора (в системе счисления
WGS84). Лишайники собирали с различных субстратов: коры деревьев (в том числе поваленных), древесины (пни с опавшей и неопавшей
169
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
корой, обработанная древесина), почвы. На живых деревьях выделяли
два уровня поселения лишайников: основание ствола (комель) – от
поверхности почвы до высоты 0,3 м; стволовой – на высоте груди от
1,2 до 1,5 м. У поваленных деревьев обследовали также крону. Сбор
эпигейных лишайников проводили в пределах всей пробной площади.
Камеральную обработку собранного материала осуществляли по
стандартной методике [2], идентификацию таксонов проводили с использованием определителей российских и ряда зарубежных авторов
[3, 4, 5, 6, 7 и др.]. Определение проводили в лаборатории ботаники и
микробиологии ЯрГУ им. П. Г. Демидова, часть образцов была определена в лаборатории флоры и растительности Полярно-альпийского
ботанического сада-института Кольского НЦ РАН (г. Кировск).
Большинство определений были проверены в гербарии KPABG. Образцы хранятся в гербарии Ярославского государственного университета им. П. Г. Демидова (ЯрГУ), дублеты 25-ти видов переданы в гербарий KPABG. При составлении списка выявленных видов лишайников использована, в основном, номенклатура сводки R. Santesson et
al. [8], род Melanohalea выделен согласно Blanco et al. [9]. Объем семейств соответствует работе «Dictionary of the fungi» [10].
В результате проведенных исследований выявлено 59 видов лишайников из 28 родов, принадлежащих 14 семействам (табл.1).
Таблица 1
Таксономический спектр выявленных лишайников
Семейство
Число родов
Arthoniaceae
Candelariaceae
Catillariaceae
Cladoniaceae
Coniocybaceae
Gyalectaceae
1
1
1
1
1
1
Lecanoraceae
2
Parmeliaceae
10
Род
Arthonia
Candelariella
Catillaria
Cladonia
Chaenotheca
Pachyphiale
Lecanora
Lecidella
Bryoria
Cetraria
Evernia
Hypogymnia
Melanohalea
Parmelia
Parmeliopsis
Platismatia
Usnea
Vulpicida
170
Число видов
1
1
1
18
1
1
7
1
2
2
1
2
1
1
1
1
2
1
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Peltigeraceae
1
Physciaceae
3
Ramalinaceae
2
Scoliciosporaceae
Stereocaulaceae
1
1
Teloschistaceae
2
Итого: 14 семейств
28 родов
Peltigera
Phaeophyscia
Physcia
Rinodina
Arthrosporum
Biatora
Scoliciosporum
Lepraria
Caloplaca
Xanthoria
59 видов
1
2
2
1
1
1
2
1
2
1
Ниже приводим аннотированный список выявленных видов лишайников.
Arthonia patellulata Nyl. – Т.1, на ветвях березы и осины, на стволе осины.
Arthrosporum populorum A. Massal. –Т.1, на ветке березы.
Biatora sp. Т.3, на коре погибшей рябины.
Bryoria nadvornikiana (Gyeln.) Brodo & D. Hawksw. – Т.1, на ветке ели.
B. subcana (Nyl. ex Stizenb.) Brodo & D. Hawksw. – Т.4, на стволе
березы.
Caloplaca cerina (Ehrh. ex Hedw.) Th. Fr. – Т.1, на ветвях и стволе
осины, на ветке березы; Т.2 – на ветке осины.
C. holocarpa (Hoffm. ex. Ach.) A. E. Wade – Т.1, на ветвях и стволе осины, на ветке березы; Т.2 – на ветке осины.
Candelariella vitellina (Hoffm.) Mull. Arg.– Т.1, на ветвях березы и
стволе осины.
Catillaria nigroclavata (Nyl.) Schuler – Т.1, на ветке осины.
Cetraria islandica (L.) Ach. – Т.4, на почве.
C. sepincola (Ehrh.) Ach. – Т.2, на ветвях березы.
Chaenotheca stemonea (Ach.) Mull. Arg. – Т.2, на основании ствола ели.
Cladonia arbuscula (Wallr.) Flot. – Т.4, на комле берёзы.
C. bacilliformis (Nyl.) Gluck – Т.4, на почве среди мха.
C. cenotea (Ach.) Schaer. – Т.2 и Т.3, на комлях берёз; Т.4, на
комлях берёзы и ели; Т.5, на комле сосны среди мха.
C. chlorophaea (Florke ex Sommerf.) Spreng. – Т.2 и Т.3, на комле
берёзы и на почве среди мха; Т.4, на комлях берёзы и сосны, на почве
среди мха; Т.5, на комле сосны; Т.6, на комлях берёзы и сосны.
C. coniocraea (Florke) Spreng – Т.1, Т.2 и Т.3, на комлях берёз; Т.4,
на комле берёзы и древесине соснового пня; Т.5, на комлях берёзы и сосны, на древесине соснового пня; Т.6, на комлях берёзы и сосны.
171
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
C. cornuta (L.) Hoffm. – Т.4 и Т.5, на комлях берёзы и сосны.
C. crispata (Ach.) Flot. – Т.1 и Т.3, на комеь берёзы; Т.4, на комле
берёзы и на почве; Т.5, на почве.
С. deformis (L.) Hoffm. – Т.4, на комле берёзы.
C. digitata (L.) Hoffm. – Т.5, на древесине соснового пня.
C. fimbriata (L.) Fr. – Т.1 и Т.3, на комлях берёз; Т.5, на коре соснового пня.
C. furcata (Huds.) Schrad. – Т.4, на комле берёзы; Т.5, на комле
сосны и на почве.
C. gracilis (L.) Willd. – Т.4, на комле берёзы, на почве среди мха.
C. macilenta Hoffm. – Т.1 и Т.3, на комлях берёз; Т.4, на комле берёзы и на пне; Т.5, на стволе берёзы; Т.6, на комлях берёзы и сосны.
C. rangiferina (L.) F. H. Wigg. – Т.4, на почве.
C. rei Schaer. – Т.4, на комле берёзы.
C. squamosa Hoffm. – Т.6, на основании ствола сосны.
C. subulata (L.) Weber ex F. H. Wigg. – Т.5, на основании ствола
сосны.
Cladonia sp. – Т. 3, 5, 6, на комлях берёзы и сосны, на коре соснового пня.
Evernia mesomorpha Nyl. – Т.1 и Т.3, на ветвях ели; Т.4, на коре
березы и сосны.
Hypogymnia physodes (L.) Nyl. – Т.1, Т.2, Т.3, Т.4, Т.5, Т.6 – на
ветвях и стволах берез, елей, сосен, на ветке осины.
H. tubulosa (Schaer.) Hav. – Т.2, на ветвях и стволе берёз.
Lecanora allophana Nyl. – Т.1, на ветвях и стволе осины, на ветвях берёзы.
L. chlarotera Nyl. – Т.2, на коре молодой берёзы.
L. conizaeoides Nyl. ex Cromb. – Т. 1, на ветвях рябины.
L. leptyrodes (Nyl.) Degel. – Т.1, на ветвях осины.
L. populicola (D C.) Duby – Т.1, на ветвях и стволе осины.
L. symmicta (Ach.) Ach. – Т.1, на ветвях осины и рябины; Т.2, на
коре молодой берёзы.
Lecanora sp. – Т.1, на ветвях осины.
Lecidella euphorea (Florke) Hertel in Hawskworth, James & Coppins
–Т.1, на ветвях осины и берёзы; Т.2, на ветвях осины.
Lepraria incana (L.) Ach. – Т.2 и Т.3, на основании стволов ели и
берёзы.
Melanohalea olivacea (L.) O. Blanco, A. Crespo, Divakar, Essl.,
D. Hawksw. & Lumbsch – Т.1, на стволе и ветвях осины; Т.2, на ветвях
берёзы.
172
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Pachyphiale fagicola (Hepp) Zwackh – Т.1, на ветвях берёзы.
Parmelia sulcata Taylor – Т.1, на ветвях осины и ели; Т.2, Т.4 и
Т.5, на стволе и ветвях берёз.
Parmeliopsis ambigua (Wulfen) Nyl. – Т.2, на основании ствола
берёзы; Т.5 и Т.6, на стволе и основании ствола сосен.
Peltigera rufescens (Weiss) Humb. – на песчаной почве (разнотравный луг у Стрелки).
Phaeophyscia ciliata (Hoffm.) Moberg – Т.1, на ветвях и стволе
осины.
P. orbicularis (Neck.) Moberg – Т.2, на ветке осины.
Physcia aipolia (Ehrh. ex Humb.) Furnr. – Т.1, на ветвях берёзы.
P. stellaris (L.) Nyl. – Т.1, и Т.2, на ветвях и стволе осины.
Platismatia glauca (L.) W. L. Culb. & C. F. Culb. – Т.1, на ветке
ели; Т.2, на ветвях берёзы; Т4, на стволе берёзы.
Rinodina sp. Т.1, на ветвях осины.
Scoliciosporum chlorococcum (Graewe ex Stenh.) Vezda – Т.2, на
ветвях берёзы.
Scoliciosporum sp. – Т.1, на ветвях осины.
Usnea filipendula Stirt. – Т.1, на стволе берёзы.
U. hirta (L.) Weber ex F. H. Wigg. – Т.1, на стволе берёзы.
Vulpicida pinastri (Scop.) J.-E. Mattsson & M. J. Lai – Т.3, на ветвях ели; Т.4, на замшелом сосновом пне; Т.5 и Т.6, на стволе и основании ствола сосен.
Xanthoria parietina (L.) Th. Fr. – Т.1, на ветвях и стволе осины.
Наиболее часто во всех обследованных фитоценозах встречается
Hypogymnia physodes, которая заселяет стволовую часть и ветви как
хвойных (ель, сосна), так и лиственных (береза) пород. Степень покрытия стволов (на высоте 1,3 м) составляла от 50% до 95%. Довольно обычными являются Cladonia coniocraea, C. chlorophaea, C.
macilenta, Parmelia sulcata. В то же время обнаружены 2 редких для
области вида – Cladonia squamosa Hoffm. и Phaeophyscia ciliata
(Hoffm.) Moberg.
Среди выявленных видов преобладают эпифитные формы, поселяющиеся на коре живых деревьев – 82% видов. Эпиксильные лишайники, осваивающие отмершую древесину, и эпигейные виды, образующие совместно с мхами напочвенный ярус, составляют по 9%.
Среди эпигеидов, в основном, представители рода Cladonia, которые
были встречены только в сосново-березовом лесу (Т.4 и Т.5), где образовывали единичные мелкие пятна. Такое распределение эпигейных
173
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
лишайников на данных участках является следствием сильного антропогенного воздействия, связанного с вытаптыванием и расширением тропиночной сети. В связи с этим важен дальнейший мониторинг динамики биоразнообразия лишайников для выявления
тенденций возможных изменений как самой лихенобиоты, так и состояния окружающей среды.
Авторы статьи выражают глубокую признательность младшему
научному сотруднику Лаборатории флоры и растительности Полярноальпийского ботанического сада-института Кольского НЦ РАН, куратору лихенологического гербария KPABG А. В. Мелехину за помощь
в определении образцов накипных лишайников, в том числе стерильных видов.
Литература
1. Борисова М. А., Богачев В. В. Геоботаника. Учеб. Пособие: Яросл. Гос.
Ун-т им. П. Г. Демидова. – Ярославль: ЯрГУ, 2009. – 160 с.
2. Окснер А. Н. Определитель лишайников СССР / АН СССР; [Отв. ред.
И. И. Абрамов]. – Вып. 2: Морфология, систематика и географическое распространение. – Л.: Наука, 1974. – 281 с.
3. Определитель лишайников России / РАН, Ботан. Ин-т им.
В. Л. Комарова; [Отв. ред Н. С. Голубкова]. СПб.: Наука, 1996 – 2008. Вып. 6. –
1996. – 203 с.; Вып. 7. – 1998. – 166 с.; Вып. 8. – 2003. – 277 с.; Вып. 9. – 2004. –
339 с.; Вып. 10. – 2008. – 515 с.
4. Определитель лишайников СССР / АН СССР; [Отв. ред. И. И. Абрамов]. – Л.: Наука, 1971 – 1978. Вып. 1. – 1971. – 410 с.; Вып. 2. – 1974. – 283 с.;
Вып. 3. – 1975. – 275 с.; Вып. 4. – 1977. – 343 с.; Вып. 5. – 1978. – 304 с.
5. Brodo, Irwin M. Lichens of North America. / Irwin M. Brodo, Sylvia Duran
Sharnoff, Stephen Sharnoff. – Yale University Press, 2001. – 828 p.
6. The Lichens of Great Britain and Ireland / Eds. C. W. Smith, A. Aptroot, B. J
Coppins, A. Fletcher, O. L. Gilbert, P. W. James and P. A. Wolseley. London: British
Lichen Society, 2009. – 1046 p.
7. Wirth, V. Die Flechten Baden-Wurttembergs / V. Wirth. Stuttgart: Hohenheim, 1995. – Teil 1–2. – 1006 p.
8. Santesson, R. et al. Lichen-forming and lichenicolous fungi of Fennoscandia /
R. Santesson, R. Moberg, A. Nordin, T. Tønsberg, O. Vitikainen. Museum of Evolution, Uppsala University, 2004. – 359 p
9. Blanco, O. et al. Melanelixia and Melanohalea, two new genera segregated
from Melanelia (Parmeliaceae) based on molecular and morphological data /
O. Blanco, А. Crespo, P. K. Divakar, T. L. Esslinger, D. Hawksworth, H. T. Lumbsch
// Mycological Research, 2004. – V. 108. – P. 873–884.
10. Dictionary of the Fungi : 10th Edition / Eds.: P. M. Kirk, P. F. Cannon, D. W.
Minter and J. A. Stalpers. CABY INTERNATIONAL, 2008. – 771 p.
174
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
РАЗНООБРАЗИЕ КОМПОНЕНТНОГО СОСТАВА ЭФИРНЫХ
МАСЕЛ У ГИБРИДНОГО ПОТОМСТВА В РОДЕ MENTHA
Е. М Пелях, В. И.Чобану, М. Т Писова
Молдавский государственный университет, г. Кишинев
Лаборатория биохимии растений,e-mail: elena.peleah@gmail.com
Изучение
вопросов
химической
изменчивости
и
ее
закономерностей позволяет решить ряд важнейших теоретических и
практических задач, что явилось бы исходным пунктом для
разработки методлов активного управления химико-синтетической
деятельностью растений, для познания путей биосинтеза веществ и
создания сортов с нужным химическим составом. Многолетнее
изучение в нашей лаборатории полиморфного и полихимичного рода
MENTHA позволило накопить обширный экспериментальный материал об особенностях биосинтеза терпеноидов у дикорастущих видов
, экотипов мяты, сеянцев от самоопыления и гибридов различных
комбинаций скрещивания. Хотя в практической селекции мяты рассматривались только как источники ментольного масла, нужно принять во внимание и способность мят синтезировать широкий спектр
биологически активных веществ – терпеноидов.
Полученные гибриды в результате многочисленных скрещиваний,
сеянцы от самоопыления, а также интродуцированные дикорастущие
виды, экотипы и хеморасы мяты выращивались на биологической станции Университета. Для решения поставленных задач, эфирное масло
получали по методу Гинзберга из растений, собранных в стадии массового цветения. Химическую характеристику полученных эфирных масел проводили современными и классическими методами исследования
терпеновых соединений, описанными нами ранее [1]
По данным физико-химического анализа эфирных масел гибридов отмечалась широчайшая амплитуда изменчивости по интенсивности маслообразования, по компонентному составу эфирного масла
и количественным соотношениям терпеноидов. По морфологическим
признакам для каждой комбинации скрещивания отмечается различный характер наследования морфологических признаков. При этом в
подавляющем большинстве случаев доминируют либо материнские
признаки, либо наблюдается промежуточное наследование, точнее
смешение признаков исходных форм. Следует отметить преимущественное влияние материнского организма на формирование наследственных морфологических признаков у гибридов. Только в случае
175
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
скрещивания M.sachalinensis (Briq.)Kudo с M.arvensis var. haplocalix
(Briq.) (78% гибридов) и с M.incana. (53% гибридов) наблюдается явное доминирование морфологии опылителей, т.е. отцовских форм.
Однако некоторые исследователи считают М. sachalinensis и М. haplocalix островным и материковым экотипами М.arvenaia L., т.е. фактически мы наблюдаем внутривидовое скрещивание, тем более, что
биогенез терпеноидов идет по одном у типу и в эфирном масле накапливаются терпеноиды р-ментьанового ряда с кислородной функцией
у третьего атома углерода. При использовании в скрещиваниях форм
мяты с различным типом биосинтеза терпеноидов, характер расщепления и наследования признаков оказывается различным.
Так, при скрещивании различных видов мят, в частности мяты
сахалинской, синтезирующей монотерпеноиды циклического строения, с кислородной фукцией у С3 р-ментанового кольца, с мятой кавказской, синтезирующей монотерпеноиды ациклического строения
вызвало наибольшее разнообразие по качественному составу эфирного масла и количественным соотношениям компонентов в нем.
Наилучшие результаты по интенсивности маслообразования и
высокого содержания свободного ментола в эфирном масле(более
70%) получены при скрещивании M.sachalinensis (Briq.) Kudo
сM. Rouleana или с M. incana. (табл.1). При скрещивании же видов
мяты с гибридами различного происхождения, картина гибридного
потомства оказывается еще более пестрой, количественные сочетания
терпеноидов бывают самыми разными (табл.3). Не удалось обнаружить какие-либо корреляционные связи между морфологией гибридов и компонентным составом эфирного масла.
Таблица 1
Характеристика новых форм, выделенных
из изученных комбинаций скрещивания
Родительские формы, основные комХарактеристика гибридов
поненты
№ гибри- Количество Основной
Материнская
Отцовская
дов
масла, %
компонент, %
M.s. ментол
M.i.,кетоокиси
Ментол 5541, 46, 82, 2,3 – 2,6
75%
M.s., ментол
M.c., линалоол
1631
3,0
Карвон – 66
M.s., ментол
M.sp.,капвон
13
1,6
Карвон – 67
M.s., ментол
M.sp.,карвон
15
1,8
Ментол – 52
M.arv,гераниол
M.R.,кетоокиси
Кетоокиси –
29
0,9
51
M.arv.,гераниол
M.R., кетоокиси
41 и 56
1,5
Капвон
176
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
M.arv.,гераниол
M.R., кетоокиси
M.arv., гераниол
M.arv., гераниол
M.i., кетоокиси
M.R.,.кетоокиси
M.R., кетоокиси
F3 M.pip., карвон
64
1,1
37 и 63
21
1,5
2,1
17
2,2
Кетоокиси –
45
Инканол – 93
Карвон – 65
Линалоол –
81
Сокращения: M.p – Mentha piperita L.; M,sp. – M. spicata L.; M.s. –
M.sachalinensis (Briq.) Kudo ; M.long.ssp cauc. – M. longofolia ssp. caucasica
(Briq.) Gang.; M.i. – M. incana(L); M. R. – M. Rouleana() ;M.arv. – M. arvensis
L.; M.arv/ var.yap. – M. arvensis var. haplocalix; M. citr. – M.citrata Ehrh.
Глубокие количественные изменения в составе эфирного масла
происходят в гибридных и потомствах, сеянцах от самоопыления.
Особенно отчетливо это проявляется у дикорастущих форм. [1,2,5]
При этом количественные изменения становятся настолько значительными, что стираются не только межвидовые, но и межродовые
отличия. Так, были получены гибриды, накапливающие такое высокое содержание монотерпеновых углеводородов, что характерно скорее для хвойных пород.
Таблица 2
Изменчивость при скрещивании различных видов мят
Пулегон
Кетоокиси*
Карвон
Линалоол
M.s x M.arv.
var.hapl.
M.s x M.R. x M.p.
x M.sp.
M.sp. x M.s x
M.R. x M.p.
M.s x M.R x M.p
x M.arv.
M.s x M.R x M.p
x M.inc.
M.s x M. inc.
M.s. x M.R.
M.p. x M.sp. x
M.R.
M.s. x M.sp
58,7 41,3
--
-
-
-
5,2
5
10
-
-
51
9,0
-
9
31
-
Кетоокиси 37,2
Пулегон – 24
72
17
3
2
3
3
Ментол – 53
Ок.пиперитона – 75
78,4
2
6,8
-
Ментол 72
Ментол 72
Ок.пиперитона 72
Кетоокиси 75
39,8 46,8 - 13,4 41,4 - 35,2 - 23,4
-
Ментонг62
Кетоокиси 75
54,6
-
30,7
-
12
2,7
Ментол 10
Карвон – 60
52,5
10
--
-
37,5
-
Ментол
Комбинации
скрещивания
Состав терпениодов
групп гибридов
Ментон
Основные компоненты исходных
форм, %
Мать
Отец
Ментол – 72
Ментол – 20
Ментон -32
Ментол – 70
Ментон – 45
80
Ментон – 45
Ментол -70
Ментол 75
177
1,5 11,3
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
M.s. x M.sp.
M.p. x M.sp.
M.p. x M.sp
M.p x M.sp. x
M.p. x M.i
M.s x M.long.
ssp.cauc.
M.s x
M.long.ssp.cauc.
M.p x M.i. x M.p.
x M.sp.
M.sp x M. citr. X
M.arv.
Ментол 75
Ментол 45
ментон 32
Ментол 43
Ментон 38
10
-
2
40
-
Капвон 55
40,5 9,5
2
5
41
2
Карвон 62
36,1 18
-
2
Ментон 65
Карвон 61
30,7 20,0 5,6 15,5 25,4 2,8
Ментол 72
Инканол –90
37,8
2
9,9 12,9 19,4
Ментол 72
Линалоол 75
Линал.ацет.15
29,3
10
23
Карвон 61
Ментон 65
7,5 18,0 4,2 18,2 49,0 3,1
Карвон 56
Линалоол87
1,4 23,0
Кетоокиси
75
M.sp x M.s x M.R Кетоокиси
x M.p.
52
M.R x M.arv.
Карвон 60
48
-
37,2 18,7
-
26,2 11,5
-
26,:
47,9 1,1
6
Гераниол 52
-
10
9
25
19
37
Карвон 65
2
24
-
31
36
7
*Кетоокиси – суммарное содержание окиси пиперитона и окиси пиперитенона.
При проведении межвидовых скрещиваний часто наблюдается
возникновение хеморас. Принципиально все хеморасы разделяются
на две группы. Первая – хеморасы, возникшие в результате перекомбинирования морфологических и химических признаков (табл. 1 и 2).
Например, гибрид №41, полученный при скрещивании М.sacyalinensis
и M.incana наследовал полностью химический состав эфирного масла
матери, а морфологию – отца. У него отсутствовали как окись пиперитонав, так и инканол, характерные терпеноиды отцовского растения. То же самое наблюдалось у подавляющей части гибридов данной
комбинации. По морфолдогии они были более близки материнской
форме. Причем, по содержанию эфирного масла абсолютное большинство гибридов значительно превосходило лучшего родителя.
Вторая группа представлена хеморасами, возникшая в результате
появления у гибридного потомства новых химических веществ, не
свойственных родительским формам, при сохранении морфологических признаков одного из родителей. К такого рода хеморасам относятся многочисленные гибриды различных комбинаций скрещивания.[5,6] Кроме того, аналогичные явления происходят и в природе.
Изучая дикорастущие мяты, мы обнаружили в генеративных потомствах самое различное сочетание морфологических и химических
признаков [1,2]. Основной причиной появления хеморас при семен178
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ном размножении различных видов мят является гибридное происхождение исходных растений.
Таблица 3
Варьирование компонентного состава эфирного масла гибридов
Компоненеты
α-пинен
β-пинен
Мирцен
Лимонен
1,8-цинеол
1,4-цинеол
Р-цимен
Октанол-3
Линалоол
Линалилацетет
Гераниол
Геранилацетат
Ментон
Изо-ментон
Ментилацетат
Ментол
Пулегон
Пиперитон
Окись пиперитона
Пиперитенон
Окись пиперитенона
Карвон
Дигидрокарвон
11П295
0,02
0,5
1,26
5,3
0,07
0,03
1,20
0,13
9,80
2,18
5,86
65,3
0,9
1,38
120- К4-Мi12
56
0,01
1,0
1)12
2,1
6,24
1,2
5,21
2,03
0,62
1,10
0,16
0,3
0,20
0,03
0,17
17,38 0,76
49,0
2,0
4,9
0,8
13,05
4,0
0,9
1,2
1,7
Гибриды
K4120- Ла-25
Мi-17
36
0,02
0,01
0,01
0,09
0,05
0,03
0,02
4,39
0,5
0,85
14,83
7,70
1,10
19,78
5,8
1,2
0,5
0,5
0,24
0,07
1,8
0,5
11,64 25,5
2,21 51,35
2,8
3,7
7,17
0,82
0,78
7,5
4,6
-
Ла-3
1575A
0,01
0,09
0,03
0,5
1,80
3,1
0,2
0,3
85,0
0,35
1,5
1,35
-
0,16
1,0
0,03
32,4
2,4
3,5
1,4
4,7
29,5
1,8
3,3
0,05
0,7
0,02
5,5
22,1
-
2,77
3,7
4,0
11,23
-
-
-
-
-
0,8
13,15
1,04
-
-
-
-
-
8,45
36,26
10,4
-
-
-
-
-
-
-
-
-
57,2
5,1
-
-
Гибридизация является основным источником формообразовательных процессов и одним из важнейших факторов эволюции. Гибридизация вызывает существенные изменения в наследственной
структуре растений, особенно при отдаленных скрещиваниях.
Изучая различные комбинации скрещивания мят, было установлено, что если в скрещивание участвуют растения с одинаковым составом терпеноидов, как в комбинации М.sachalinensis x М.haplocalix,
то в потомстве изменчивость направлена в сторону ослабления маслообразовательного процесса. Качественный состав при этом не изменяется, различаются лишь количественные соотношения компо179
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
нентов. Если же родительские формы по качественному составу отличаются, то и наследование признаков будет иным в зависимости
от особенностей обмена веществ у родительских растений. При этом
гибридные растения зачастую синтезируют в значительном количестве новообразования (табл.1,2).
Таким образом, по результатам многочисленных скрещиваний
мы пришли к выводам, что межвидовое скрещивание форм мяты,
синтезирующих монотерпеноиды различного строения, вызывает
глубокие изменения в обмене веществ у гибридов, что выразилось в
следующем:
а) в утрате частью гибридов способности синтезировать вещества, характерные для родителей;
б) появление у большой группы гибридов синтезировать новообразования;
в) в способности синтезировать соединения и материнского и отцовского растений, но в своеобразных количественных соотношениях
Показана возможность усиливать в гибридном потомстве синтез
определенных минорных компонентов. Из различных комбинаций
скрещивания получены перспективные продуктивные гибриды, синтезирующие значительные количества биологически активных веществ, которые определенно представляют практический интерес.
Литература
1. Чобану В., Пелях Е., Писова М. Сравнительное изучение хеморас Mentha
arvensis L. Anale ştiinţifice ale Universităţii de Stat din Moldova. Seria “Ştiinţe
chimico-biologice”. – Chişinău. 2003, p.124-127 .
2. Пелях Е., Писова М., Чобану В., О внутривидовом полихимизме
М.longifolia (L.)Huds.// Studia Universitatis: Revistaştiinţifică a USM. Seria «Ştii nţe
ale naturii». – 2007. – №1 p 92-96.
3. Макаров В. В. Хемотипы дикорастущих видов мяты флоры СССР//
Растительные ресурсы. – 1971. – Т7. -- №1.–С.24-31.
4. Reitsema R. A. Biogenetic Arrangement of Mint Species //J. Amer.Pharm.
Ass. 1956, VL VII, №4.
5. Shimizu S., Report for TEAK, Japan Toyama Univer., 2001.
6. Химическая изменчивость растений. – сб. науч.трудов Штиинца. – Кишинев 1972.
180
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ФАУНА ЩЕЛКУНОВ (COLEOPTERA, ELATERIDAE)
ЯРОСЛАВСКОЙ ОБЛАСТИ
Д. В. Власов
ГУК Ярославский государственный историко-архитектурный
и художественный музей-заповедник, e-mail: mitrich-koroed@mail.ru.
Щелкуны (Elateridae) одно из крупных (15 тыс. видов в мировой
фауне) и экономически значимых семейств отряда жесткокрылых. В
лесной зоне они населяют самые различные биотопы: леса и луга различного состава, вырубки, опушки, обычны в агроценозах. Личинки
щелкунов развиваются в течение нескольких лет (до 4-5) в почве,
подстилке, под корой и в гнилой древесине пней и валежника. Метаморфоз у большинства видов происходит во второй половине лета,
зимуют жуки в куколочных колыбельках. Пищевая специализация
различна – от хищничества до фитофагии, но большая часть видов
всеядна. Многие щелкуны на личиночной стадии являются серьезными вредителями сельскохозяйственных, садовых и лесных культур
[Медведев, 2001].
Первая информация по щелкунам окрестностей Ярославля с указанием 30 видов опубликована в работе М. К. Белля [1868]. Позже [Кокуев, 1880; Яковлев, 1902] список щелкунов Ярославской губернии
был доведен до 51 вида. Коллекции, послужившие основой этих публикаций, в настоящее время хранятся в Зоологическом Институте РАН
и Ярославском государственном историко-архитектурном и художественном музее-заповеднике (далее ЯГИАХМЗ). Для современного Переславского района, ранее относившегося к Владимирской губернии,
указаны 42 вида щелкунов [Геммельман, 1927]. Коллекция С. С. Геммельмана находится в Переславском государственном историкоархитектурном и художественном музее-заповеднике (ПГИАХМЗ).
Материалом для сообщения послужили многолетние (1988-2011)
сборы автора, также были изучены: коллекция Ярославского естественно-исторического общества (ЯГИАХМЗ); коллекция С. С. Геммельмана (ПГИАХМЗ); коллекция жесткокрылых Зоологического
музея ЯрГУ им. П. Г. Демидова, коллекция В. Д. Титова (РостовЯрославский). Всего в общей сложности было изучено более 1700 экземпляров щелкунов, относящихся к 51 виду.
На основании изученного материала был составлен аннотированный список щелкунов Ярославской области. Номенклатура и порядок
расположения таксонов приведены по Catalogue of Palearctic Coleopte181
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ra [2007]. Новые для региона виды отмечены звездочкой (*), а известные только по старым указаниям, заключены в квадратные скобки.
Agrypnus murinus (Linnaeus, 1758). Широко распространенный
лесной вид, в г. Ярославле обитает в скверах и парках. Жуки активны
с мая до второй половины июля. Личинки облигатные хищники, развиваются в почве под пологом древесной и кустарниковой растительности.
*Danosoma conspersa (Gyllenhal, 1808). Известно только одно местонахождение: влажный сосняк-зеленомошник в окр. ст. Меленки,
Ростовского р-на. Под корой сосновой валежины обнаружена личинка
(12 V 2007), в искусственных условиях прошедшая метаморфоз. Жук
вывелся в середине июля того же года.
Danosoma fasciata (Linnaeus, 1758). Локальный вид, приуроченный к старовозрастным лесам. Активный лет жуков с начала мая по
июль. Личинки – хищники, развиваются под отстающей корой и в
гнилой древесине пней и колод хвойных и лиственных деревьев.
[Lacon lepidopterus (Panzer, 1800)]. Вид указан по нескольким экземплярам, собранным в Ярославле. Нами не отмечался.
Adrastus pallens (Fabricius, 1792). Локальный вид, встречающийся
на суходольных лугах и заброшенных агроценозах. Жуки активны со
второй половины июня до начала августа, личинки – фитофаги, окукливаются весной.
Synaptus filiformis (Fabricius, 1781). Локальный вид, приуроченный к долинам малых рек (Талица; Касть; Эдома; Печегда, Митька).
Жуки встречаются единично, активны в июне-июле, личинки развиваются во влажной почве по берегам рек.
[Agriotes acuminatus (Stephens, 1830)]. Западноевропейский вид
[Гурьева, 1979], указанный [Яковлев, 1902] вероятно по неправильно
определенным экземплярам.
Agriotes lineatus (Linnaeus, 1767). Широко распространенный вид,
обитающий на песчаных берегах рек, разнотравных лугах и пахотных
угодьях. В г. Ярославле обычен по берегам Волги и Которосли. Личинки – фитофаги, вредящие сельскохозяйственным культурам.
Agriotes obscurus (Linnaeus, 1758). Широко распространенный и
массовый вид, развивающийся в почвах открытых участков (лугов и
агроценозов). В г. Ярославле обитает в скверах и на газонах. Личинки – фитофаги, вредящие многим сельскохозяйственным культурам,
особенно картофелю.
182
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Agriotes sputator (Linnaeus, 1758). Локальный вид, приуроченный
к легким почвам суходолов, расположенных по берегам рек. В г.
Ярославле в массе встречается на газонах стрелки р. Которосли.
[Agriotes ustulatus (Schaller, 1783)]. Вид обитает в лесостепной и
степной зонах [Гурьева, 1979], для Ярославской области указан только в работе М. К. Белля [1868], возможно по неправильно определенным экземплярам.
Dalopius marginatus (Linnaeus, 1758). Массовый и широко распространенный вид. В Ярославле обитает в старых парках и лесопарках. Жуки встречаются с мая до августа, личинки развиваются во
влажной лесной почве, редко в сильно разложившейся древесине.
Ectinus aterrimus (Linnaeus, 1761). Локальный вид, обитающий в
изреженных лиственных лесах. Жуки активны с мая до июля, встречаются на опушках и полянах на цветущих растениях. Личинки развиваются в подстилке и разложившейся древесине.
Ampedus baltheatus (Linnaeus, 1758). Широко распространенный и
массовый вид, приуроченный к лесам различных типов и лесным болотам. Жуки встречаются весной под корой и в трещинах древесины
лиственных и хвойных деревьев, дополнительное питание проходят
на цветах багульника и зонтичных. Личинки развиваются в древесине
хвойных и лиственных пород, пораженной бурыми гнилями.
Ampedus cinnabarinus (Eschscholtz, 1829). Локальный вид, приуроченный к лиственным лесам, встречается преимущественно в южной половине области. Личинки развиваются в мало разрушенной
древесине лиственных пород.
Ampedus nigrinus (Herbst, 1784). Локальный вид, связанный с
хвойными лесами. Жуки активны в мае-июне, встречаются единичными экземплярами. Личинки развиваются в древесине находящейся
на последних стадиях гниения.
*Ampedus nigroflavus (Goeze, 1777). Локальный вид, распространенный в смешанных лесах с участием широколиственных пород.
Также обитает в старых парках г. Ярославля. Личинки – хищники,
развиваются в древесине различных лиственных пород (ясень, вяз,
тополь, липа, береза).
Ampedus pomonae (Stephens, 1830). Вид встречается в заболоченных лесах на болотах и по берегам рек. На выработанных болотах в
окрестностях Ярославля (Ляпинское, Вакаревское) является самым
массовым представителем рода. В г. Ярославле обычен в пойме р. Которосль и в заболоченных посадках санитарно-промышленных зон.
Личинки развиваются в древесине лиственных пород.
183
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Ampedus pomorum (Herbst, 1784). Широко распространенный и
массовый вид. Единично встречается в г. Ярославле, где обитает в
старых парках. Личинки – хищники, развиваются в гнилой древесине
различных хвойных и лиственных деревьев.
Ampedus praeustus (Fabricius, 1792). Локальный вид, достоверно
известный из Ростовского (окр. г. Ростов) и Ярославского (окр. д. Вакарево) р-нов. Жуки собирались на цветущих зонтичных и в бурогнильной древесине валежного дуба в пойменной дубраве.
Ampedus sanguineus (Linnaeus, 1758). Локальный вид, приуроченный к старым борам по берегам р. Волги и ее притоков. Жуки заселяют пни и стволы сосны, откладывая яйца в трещины и выходные отверстия ксилофагов.
Ampedus sanguinolentus (Schrank, 1776). Вид широко распространен во влажных лесах. Единично встречается в г. Ярославле, где обитает в заболоченных посадках санитарно-промышленных зон. Личинки развиваются в гнилой древесине лиственных пород,
произрастающих во влажных биотопах.
*Ampedus suecicus Palm, 1976. Локальный вид, приуроченный к
старовозрастным лесам. Известен из двух местонахождений: окр. пос.
Брейтово (28 V 2004, 2 экз., под корой ели); биостанция ЯрГУ «Улейма» (1 экз. – 25 VI 1989, опушка ленточного бора-беломошника, на
цветущем купыре; второй – 17 VI 2005, там же, погибший в паутине).
Ampedus tristis (Linnaeus, 1758). Широко распространенный вид.
Жуки встречаются единичными экземплярами под корой лиственных
и хвойных деревьев, на молодой поросли сосен и на цветках зонтичных. Обладают коротким активным лётом, который приходится на
первую декаду июня [Гурьева, 1979]. Личинки хищничают в гнилой
древесине хвойных и лиственных деревьев.
Sericus brunneus (Linnaeus, 1758). Лесной вид. Жуки встречаются
единичными экземплярами со средины мая до июля. Личинки развиваются преимущественно в песчаной почве под подушками мхов и
лишайников.
Melanotus castanipes (Paykull, 1800). Широко распространенный
лесной вид, также встречается в парковой зоне г. Ярославля. Жуки активны в сумерках с начала мая до середины июля, прилетают на свет.
Личинки – хищники и некрофаги, развиваются в гнилой древесине.
Hypnoidus riparius (Fabricius, 1792). Локальный, вид, приуроченный к берегам водоемов. Жуки ведут скрытный образ жизни, регулярно обнаруживаются в береговых наносах. Личинки всеядные, развиваются во влажной почве прибрежных участков.
184
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Athous haemorrhoidalis (Fabricius, 1801). Широко распространенный вид, связанный с парками и лиственными лесами. Обитает в г.
Ярославле. Жуки активны в мае-июне, личинки развиваются в лесной
почве.
Athous vittatus (Fabricius, 1792). Локальный вид. Жуки встречаются единичными экземплярами в июне. Личинки развиваются в почве и
подстилке под пологом леса, окукливаются весной.
Athous subfuscus (Mueller, 1764). Широко распространенный и
массовый вид в лесах с развитой моховой дерниной и кустарничковым
ярусом. Активный лет с мая по июль, жуки проходят дополнительное
питание на цветах растений, либо на древесной поросли, где питаются
свежей листвой. Личинки в лесной почве, окукливаются весной.
Cidnopus aeruginosus (Olivier, 1790). Широко распространенный и
массовый вид, связанный с открытыми местообитаниями. Жуки активны с мая по июль, личинки всеядные, развиваются в легких почвах.
[Cidnopus pilosus (Leske, 1785)]. Вид указан по одному экземпляру [Яковлев, 1902]. Современные находки отсутствуют.
Limonius minutus (Linnaeus, 1758). Широко распространенный
вид, встречающийся единичными экземплярами. В г. Ярославле обитает в лесопарковой зоне и посадках поймы р. Которосль. Личинки
развиваются под пологом древесных насаждений.
[Pheletes aeneoniger (DeGeer, 1774)]. Указание вида для Ярославской области [Кокуев, 1880] коллекционными экземплярами не подтверждено, позднее [Яковлев, 1902] стало считаться сомнительным.
Denticollis borealis (Paykull, 1800). Локальный вид, приуроченный
к заболоченным березнякам. Жуки в активном состоянии скрытны и
встречаются единичными экземплярами. Личинки – хищники, развиваются в гнилой древесине и толще коры березы, реже других лиственных деревьев. Окукливание весной под корой деревьев.
Denticollis linearis (Linnaeus, 1758). Широко распространенный
лесной вид, также отмечался в центральной части г. Ярославля. Жуки
активны в июне, личинки – хищники и некрофаги, развиваются в гнилой древесине.
[Crepidophorus rufiventris (Eschscholtz, 1822)]. Сибирский вид,
указанный по одному экземпляру из Ярославля, определенному H. de
Buisson [Яковлев, 1902].
Diacanthous undulatus (DeGeer, 1774). Вид на территории области
встречается локально и единично. Современные находки известны из
Мышкинского (окр. д. Угольники); Угличского (р-н биостанции ЯрГУ «Улейма») и Ярославского (долина р. Талицы у дер. Белкино) р185
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
нов. Личинки – хищники, развиваются под корой и в гнилой древесине разнообразных деревьев. Окукливание в мае – начале июня, жуки
активны со второй декады июня.
[Hemicrepidius hirtus (Herbst, 1784)]. Вид указан только из Переславского р-на [Геммельман, 1927]. Современные находки отсутствуют.
Hemicrepidius niger (Linnaeus, 1758). Широко распространенный
и массовый вид, обитающий в основном на открытых пространствах,
в том числе и в населенных пунктах. Личинки развиваются в почве,
питаются смешанной (растительной и животной) пищей, могут вредить посадкам, объедая корни. Окукливание весной. Жуки активны с
начала июня до августа в жаркую солнечную погоду.
Actenicerus sjaelandicus (Mueller, 1764). Широко распространенный и местами массовый вид, обитающий в увлажненных местообитаниях: на береговых лугах, сырых изреженных лесах, мелиорированных болотах. Обитает в г. Ярославле, где нередок в пойме р.
Которосль. Личинки всеядны, развиваются в заболоченных, подвергающихся периодическому затоплению почвах.
Anostirus castaneus (Linnaeus, 1758). Лесной вид, жуки встречаются на опушках и лесных полянах со второй половины мая до середины июля на цветущих травянистых растениях и кустарниках. Личинки всеядны, развиваются в лесной почве с нарушенным
травянистым покровом.
Aplotarsus incanus (Gyllenhal, 1827) Локальный вид, современные
находки известны из Ростовского (д. Меленки) и Ярославского (окр.
ст. Молот; д. Ляпино) р-нов. Обитает в изреженных лесах и на опушках.
Ctenicera cuprea (Fabricius, 1775). Вид указан из Переславского рна [Геммельман, 1927]. Нами собран единственный экземпляр в центре г. Ярославля, на стрелке р. Которосль (5 VII 1992).
Ctenicera pectinicornis (Linnaeus, 1758). Широко распространенный вид, обитающий в изреженных лесах, на опушках и зарастающих
агроценозах. Лет жуков с середины мая до начала июля, они активны
в наиболее жаркое время дня. Личинки всеядны, развиваются во
влажных луговых и лесных почвах.
[Eanus costalis (Paykull, 1800)]. Вид известен только по старым
указаниям [Яковлев, 1902], возможно связанным с неправильным определением. В Европейской части РФ обитает на Кольском полуострове, в Архангельской области и Республике Коми [Гурьева, 1989].
186
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
*Liotrichus affinis (Paykull, 1800). Единственный экземпляр собран 17 VI 2006 г. в Угличском (биостанция ЯрГУ «Улейма») р-не. Вид
связан с хвойными лесами, во влажной почве которых развиваются
личинки.
Orithales serraticornis (Paykull, 1800). Редкий по всему ареалу вид
[Гурьева, 1989]. После первых указаний [Белль, 1868; Кокуев, 1880] в
дальнейшем вид для Ярославской области не упоминался. За время
исследований собран единственный экземпляр на левом берегу р.
Волги ниже г. Ярославля (1 VI 1996). Личинки развиваются в подстилке и гнилой древесине лиственных деревьев.
Paraphotistus impressus (Fabricius, 1792). Вид распространен в
мелколиственных и хвойных лесах. Жуки активны в мае – июне,
встречаются единичными экземплярами. Личинки всеядны, развиваются в подстилке и под подушками мха в местах с достаточным увлажнением.
Paraphotistus nigricornis (Panzer, 1799). Локальный вид, приуроченный к сильно увлажненным местообитаниям. Современные находки известны из Пошехонского (окр. с. Гаютино) и Ярославского
(окр. ст. Молот) р-нов.
Prosternon tesselatum (Linnaeus, 1758). Широко распространенный
вид, в основном приуроченный к соснякам, растущим на легких почвах. Жуки активны с мая до середины июля, встречаются на подросте
древесных пород и на цветах. Личинки развиваются в подстилке,
верхних слоях почвы, старых пнях и погребенной гнилой древесине.
Selatosomus cruciatus (Linnaeus, 1758). Широко распространенный
вид, населяющий разреженные леса. Личинки в лесной почве, подстилке, гнилой древесине, иногда в грибах.
Selatosomus aeneus (Linnaeus, 1758). Широко распространенный и
массовый вид, встречается в центральной части Ярославля, преимущественно на набережных Волги и Которосли. Личинки развиваются
в легких (песчаных и супесчаных) почвах, подстилке, обычны в плодовых телах шляпочных грибов.
Negastrius pulchellus (Linnaeus, 1761). Локальный вид, приуроченный к песчаным берегам водоемов. Также отмечен на песчаных
гривах в р-не Ляпинского и Вакаревского болот. Жуки встречаются в
течение всего лета. Личинки развиваются во влажном грунте берегов
водоемов, окукливаются в апреле – июне.
Oedostethus quadripustulatus (Fabricius, 1792). Распространен по
лесным опушкам, суходольным лугам и заброшенным полям. Из-за
мелких размеров зачастую пропускается при исследованиях.
187
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Oedostethus tenuicornis (Germar, 1824). Локальный вид, собирается кошением по влажным лугам.
Cardiophorus ebeninus (Germar, 1824). Локальный вид, приуроченный к суходольным лугам. Жуки активны с кона апреля по июнь,
личинки развиваются в почве.
Cardiophorus ruficollis (Linnaeus, 1758). Локальный вид, обитающий в сосновых лесах, также встречается в березняках на выработанных болотах, примыкающих к соснякам. Жуки встречаются с мая по
июнь, активны в дневные часы, ночью и в пасмурные дни находятся в
укрытиях. Личинки развиваются в подстилке и трухлявых пнях.
Drapetes mordelloides (Host, 1789). Локальный и единично встречающийся вид. Жуки скрытны, обычно прячутся в толще гнилой древесины. Личинки развиваются под корой и в поверхностных слоях
древесины лиственных пород, разрушающихся по типу белых гнилей.
Таким образом, в фауне Ярославской области к настоящему времени выявлено 59 видов щелкунов из 34 родов. Наиболее богато
представлены видами роды Ampedus (11) и Agriotes (5 видов). Впервые для региона указывается четыре вида. Восемь видов, приведенных для изучаемой территории в старых публикациях, нами не найдены. Анализ данных по щелкунам географически близких регионов
(Вологодская обл. – 39 [Разнообразие, 2008]; Республика Коми – 52
[Медведев, 2001]; Удмуртия – 64 вида [Дедюхин и др., 2005]) позволяет констатировать достаточно высокую степень изученности фауны
Elateridae Ярославской области составляющую 85-90%.
Литература
1. Белль М. К. Каталог насекомых, найденных в окрестностях Ярославля //
Тр. Ярославского губернского статистического комитета. Ярославль, 1868. –
Вып. 4. – С. 383-393.
2. Геммельман С. С. Список жуков (Coleoptera) Переславского уезда
Влад.[имирской] губ.[ернии] // Тр. Переславль-Залесского историкохудожественного и краеведческого музея. Переславль, 1927. – Т. 4. – С. 43-87.
3. Гурьева Е. Л. Фауна СССР. Жесткокрылые. Т. XII, вып. 4. Жукищелкуны (Elateridae). Подсемейство Elaterinae. Трибы Megapenthini, Physorinini,
Ampedini, Elaterini, Pomachiliini. Л.: Наука, 1979.
4. Гурьева Е. Л. Фауна СССР. Жесткокрылые. Т. XII, вып. 3. Жукищелкуны (Elateridae). Подсем. Athoinae. Триба Ctenicerini. Л.: Наука, 1989.
5. Дедюхин С. В., Никитский Н. Б., Семенов В. Б. Систематический список
жесткокрылых (Insecta, Coleoptera) Удмуртии // Евразиатский энтомол. журнал
2005. – Т. 4, вып. 4. – С. 293-315.
6. Кокуев Н. Р. Список жуков Ярославской губернии // Тр. Общества для
исследования Ярославской губернии в естественно-историческом отношении.
М., 1880. – Вып. 1. – С. 97-141.
188
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
7. Медведев А. А. Эколого-фаунистическая характеристика щелкунов (Coleoptera, Elateridae) Европейского северо-востока России // Фауна и экология
беспозвоночных животных Европейского северо-востока России. Сыктывкар,
2001. – С. 4-14.
8. Разнообразие насекомых Вологодской области / под ред. Ю. Н. Беловой,
А. А. Шабунова – Вологда: Центр оперативной полиграфии «Коперник», 2008.
9. Яковлев А. И. Список жуков (Coleoptera) Ярославской губернии // Тр.
Ярославского естественно-исторического общества. Ярославль, 1902. – Т. 1. – С.
88-186.
10. Catalogue of Palearctic Coleoptera. Vol. 4 (Elateroidea – Derodontoidea –
Bostrichoidea – Lymexyloidea – Cleroidea – Cucujoidea) / Eds. I. Lobl and
A. Smetana. Apollo Books: Stenstrup, 2007.
ИЗУЧЕНИЕ ПЛАНКТОННОЙ АЛЬГОФЛОРЫ ОЗЕРА НЕРО
С. И. Сиделев, О. В. Бабаназарова
Ярославский государственный университет им. П. Г. Демидова,
e-mail: Sidelev@mail.ru
Неро – самое крупное по площади (57.8 кв. км) озеро Волжского
бассейна в пределах Ярославской области. Водоем сформировался
около 150 000 лет назад в период деградации московского ледника.
Озеро мелководное, слабопроточное, его трофическое состояние оценивается как переходное между эвтрофией и гиперэвтрофией (Состояние…, 2008).
История изучения таксономического состава фитопланктона озера Неро насчитывает более 100 лет. По результатам единичных ловов
в июне 1902 г. было обнаружено 45 таксонов водорослей (Болохонцев, 1904). Следующее исследование фитопланктона озера было проведено в мае и июне 1963 г., найдено 167 видов, разновидностей и
форм водорослей (Ильинский, 1970). Изучение флористического состава фитопланктона озера в 1987–1988 гг. увеличило общий список
водорослей до 353 таксонов (Ляшенко, 1991). За период 1985–2004 гг.
в планктоне озера было обнаружено 599 таксонов водорослей рангом
ниже рода (Ляшенко, Бабаназарова, 2008). Следует отметить, что в
данный список не вошла часть новых видов, обнаруженных в пробах,
обработанных О. В. Бабаназаровой за период 1999–2003 гг. Исследования последних лет (2004–2008 гг.) также значительно дополнили
список водорослей, отмечено 133 новых для озера таксона рангом
ниже рода. Таким образом, список видового состава фитопланктона
озера Неро к настоящему моменту включает 800 таксонов, что характеризует альгоценоз планктона озера как один из самых разнообраз189
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ных в ряду мелководных высокоэвтрофных водоемов умеренной зоны
(табл.).
Таблица
Видовое богатство фитопланктона
ряда мелководных эвтрофных водоемов
Водоем
Период исследования
оз. Баторино
1956-1980 гг.
оз. Дривяты
1964
оз. Вишневское
1972-1973 гг.
оз. Грижанку
1982-1983 гг.
оз. Лаборджу
1982-1983 гг.
оз. Псковско-Чудское
1929-1984
Иваньковское водохра- 1967-1972
нилище
Число
видов
404
169
206
118
157
1054
548
Источник
Михеева, 1985
Михеева, 1970
Трифонова, 1979
Трифонова, 1990
Трифонова, 1990
Ястремский, 1986
Кузьмин, Девяткин, 1975
В статье приводится дополнение к ранее составленному списку
водорослей фитопланктона (Ляшенко, Бабаназарова, 2008). Звездочкой (*) отмечены новые виды, найденные в 1999–2003 гг., но не вошедшие в опубликованный за этот период список водорослей (Ляшенко, Бабаназарова, 2008), двумя звездочками (**) – новые для озера
таксоны водорослей, обнаруженные в исследованиях последних лет
(2004–2008 гг.).
Отдел CYANOPHYTA
Класс CHROOCOCCOPHYCEAE
Пор. CHROOCOCCALES
**Aphanocapsa stagnalis (Lemm.) Beljak.
**Coelomoron pusillum (Van Goor) Kom.
**Coelosphaerium minutissimum Lemm.; **Coelosphaerium sp.
*Gloeocapsopsis magma (Bréb.) Kom. et Anagn.
*Microcystis novacekii (Kom.) Comp.
**Synechocystis aquatilis Sauv.; *S. parvula Perf.; *S. salina Wisl.;
**Synechocystis sp.
Класс HORMOGONIOPHYCEAE
Пор. NOSTOCALES
**Anabaena bergii Ostenf.; *A. cylindrica f. aptekariana (Aptek.)
Elenk.; *A. oscillarioides f. cylindracea (Playf.) Elenk.; **A. sphaerica f.
conoidea Elenk.; **A. tenericaulis Nyg.
**Anabaenopsis elenkinii V. Miller.
190
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Raju
**Aphanizomenon klebahnii (Elenk.) Pechar et Kalina
**Cylindrospermopsis raciborskii (Wolosz.) Seenayya et Subba
**Cuspidothrix elenkinii (Kissel.) Rajan. et al.; **D. perturbatum
(Hill) Wacklin et al.
Пор. OSCILLATORIALES
**Geitlerinema tenue (Anissim.) Anagn.
**Jaaginema pseudogeminatum (G. Schmid) Anagn. et Kom.
*Leptolyngbya lagerheimii (Gom.) Anagn. et Kom.; *L.
margaretheana (G. Schmid) Anagn. et Kom.
**Limnothrix borodinii (Kongiss.) Anagn.; **L. mirabilis (Böcher)
Anagn.
**Lyngbya splendens
*Oscillatoria. chalybea f. conoidea V. Poljansk.; **O. curviceps
Ag. ex Gom.; **O. limosa f. laete-aeruginosa (Kütz.) Elenk.
**Phormidium deflexoides (Elenk. et Kossinsk.) Anagn. et Kom.;
*P. formosum (Bory ex Gom.) Anagn. et Kom.; **P. granulatum
(Gardner) Anagn.; **P. molle Gom.
**Spirulina major Kütz. ex Gom.
Отдел CHRYSOPHYTA
Класс CHRYSOPHYCEAE
Пор. CHROMULINALES
**Kephyrion cordatum (Hilliard.) Starmach; **K. densatum
(Schmid) Bourrelly; **K. doliolum Conrad; **K. moniliferum (Schmid)
Bourrelly; **Kephyrion sp.
rad
Пор. OCHROMONADALES
**Dinobryon korschikovii f. glabra (Korsch.) Matv.
*Mallomonas mirabilis Conrad; **M. radiata Conrad
**Microglena punctifera (Müller) Ehr.
**Pseudokephyrion conicum (Schiller) Schmid; **P. poculum ConПор. STYLOCOCCALES
**Lagynion ampullaceum Pasch.
Отдел BACILLARIOPHYTA
Класс PENNATOPHYCEAE
191
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Пор. ARAPHALES
*Ctenophora pulchella var. lanceolata (O'Meara) Bukht.
**Pseudostaurosira subsalina (Hust.) Morales
**Ulnaria biceps (Kütz.) Comp.; **U. capitata (Ehr.) Comp.; **U.
ulna var. aequalis (Kütz.) Aboal
Пор. RAPHALES
**Amphora pediculus (Kütz) Grun.
**Cymbella cistula (Hemp. et Ehr.) Kirch.
**Epithemia argus (Ehr.) Kütz.; **E. sorex Kütz.; **E. turgida
(Ehr.) Kütz.
**Hantzschia sp.
*Neidium iridis (Ehr.) Cl.
**Nitzschia acula (Kütz.)Hantzsch; *N. distans Greg.; **N.
draveillensis Coste et Ricard; *N. longissima (Bréb.) Ralfs; *N.
lorenziana var. incurva Grun.; **N. macilenta Greg.; *N. palea var.
capitata Wisl. et Poretzky; **N. subacicularis Hust.; **N. thermalis
Kütz.
*Pinnularia decrescens (Grun.) Krammer; **P. major var. paludosa
Meist.; **P. microstauron var. ambigua Meist.; **Pinnularia sp.
**Placoneis exigua (Greg.) Mereschk.
**Rhoicosphenia abbreviata (C. Ag.) Lange-Bert.
**Rhopalodia gibba (Ehr.) O. Müll.
**Stauroneis phoenicenteron (Nitz.) Ehr.
*Surirella linearis W. Sm.
Отдел XANTHOPHYTA
Класс XANTHOCOCOPHYCEAE
Пор. HETEROCOCCALES
**Chlorocloster pyreniger Pasch.
**Tetraedriella spinigera Skuja
Отдел CRYPTOPHYTA
Класс CRYPTOPHYCEAE
Пор. CRYPTOMONADALES
**Chroomonas minima Czosnow.; **Chroomonas sp.
**Cryptomonas brevis Schiller; **C. caudata Schiller; *C.
obovoidea Pasch.; *C. parapyrenoidifera Skuja; **C. rostrata
Troitzkaja emend. I. Kis.; *C. tenuis Pasch.
192
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Отдел DINOPHYTA
Класс DINOPHYCEAE
Пор. PERIDINIALES
*Gymnodinium uberrimum (Allman) Kofoid et Swezy
*Peridiniopsis borgei Lemm.; *P. edax (Schilling) Bourrelly;
*P. oculatum (Stein) Bourrelly; *P. penardiforme (Lind.) Bourrelly;
**P. polonicum (Wolosz.) Bourrelly; **P. rotunda Lebour
*Peridinium africanum Lemm.; **P. gatunense Nyg.;
*P. pseudolaeve Lefevre
*Woloszynskia
pseudopalustris
(Wolosz.)
Kiselev;
**W. tenuissima (Lauterb.) Thomp.
Отдел EUGLENOPHYTA
Класс EUGLENOPHYCEAE
Пор. EUGLENALES
**Euglena acus var. minor Hansg.; **E. clara Skuja;
**E. intermedia var. klebsii Lemm.; *E. oxyuris Schmarda;
**E. pisciformis Klebs; *E. polymorpha Dang.; *E. terricola (Dang.)
Lemm.; **E. vagans Delf.; *E. viridis Ehr. f. viridis; **E. viridis f.
olivacea (Klebs) Popova
**Lepocinclis globula Perty; **L. playfairiana Defl.; **Lepocinclis sp.
*Phacus alatus var. maximus Hübner; **P. arnoldii Swir. var.
arnoldii; *P. arnoldii var. ovatus Popova; **P. longicauda (Ehr.) Duj. f.
longicauda; **P. orbicularis f. communis Popova; **P. raciborskii
Drez.; **P. swirenkoi Skv.
**Trachelomonas armata (Ehr.) Stein; **T. cylindracea (Playf.)
Popova; **T. cylindrica var. decollata Playf.; **T. dybowskii Drez.;
**T. hispida var. punctata Lemm.; **T. lemmermannii Wolosz. f.
lemmermannii; **T. oblonga var. punctata Lemm.; **T. planctonica f.
oblonga (Drez.) Popova; **T. similis Stokes; **T. superba Swir. emend.
Defl.
Отдел CHLOROPHYTA
Класс VOLVOCOPHYCEAE
Пор. CHLAMYDOMONADALES
**Chlamydomonas actinochloris Deason et Bold; **C. augustae
Skuja
**Chlorogonium maximum Skuja
**Pteromonas sp.
**Sphaerellopsis fluviatilis (Stein) Pascher; **S. ordinata Skuja
193
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Класс PROTOCOCCOPHYCEAE
Пор. CHLOROCOCCALES
*Ankyra judayi lanceolata (Korsch.) Fott
*Chlorella mucosa Korsch.; **Chlorella sp.
**Chlorococcum sp.
*Dactylosphaerium jurisii Hind.
**Dictyosphaerium chlorelloides (Naum.) Kom. et Perm.; **D. subsolitarium Van Goor; **Dictyosphaerium sp.
*Diplochloris decussata Korsch.
**F. tenuispina Korsch.
**Golenkiniopsis sp.
**Hyaloraphidium contortum Pasch. et Korsch. var. contortum
**Kirchneriella obesa (W. West) Schmidle; **K. subcapitata
Korsch.
**Nephrochlamys sp.
**Oocystis solitaria Wittr. in Wittr. et Nordst.; **Oocystis sp.
**Pediastrum duplex var. rugulosum Racib.
*Scenedesmus caudato-aculeolatus Chod.; *S. disciformis (Chod.)
Fott et Kom.; **S. falcatus Chod.; *S. ovalternus Chod.; **S. perforatus
var. ornatus f. cornutus Masj.; **S. quadricauda var. setosus Kirchn.;
**S. sempervirens Chod.; **S. serratus (Corda) Bohl.; **Scenedesmus
sp.
**Schizochlamydella sp.
**Siderocystopsis fusca (Korsch.) Swale
**Tetradesmus major (Fisch.) Fott et Kom.
**Tetrastrum triacanthum Korsch.; **T. triangulare (Chod.) Com.
**Treubaria euryacantha (Schmidle) Korsch.
Класс CONJUGATOPHYCEAE
Пор. ZYGNEMATALES
**Spyrogira sp.
Пор. DESMIDIALES
**Closterium acerosum f. elongatum (Bréb.) Kossinsk.
**Cosmarium formosulum Hoff. var. formosulum; **C. granatum
var. granatum Bréb.; **C. granatum var. subgranatum Nordst.; **C.
impressulum Elfv. var. impressulum; **C. pygmaeum Arch. var.
pygmaeum
**Staurastrum bicoronatum Johns
194
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Литература
1. Болохонцев Е. Н. Фитопланктон Ростовских озер // Землеведение. 1904.
Т. 10, № 4. – С. 47-54.
2. Ильинский А. Л. О фитопланктоне озер Ярославской области // Озера
Ярославской области и перспективы их хозяйственного использования. Ярославль, 1970. С. 273-303.
3. Кузьмин Г. В., Девяткин В. Г. Видовой состав фитопланктона Иваньковского водохранилища // Антропогенные факторы в жизни водоема. Л., 1975. С.
5-31.
4. Ляшенко О. А. Фитопланктон оз. Неро // Современное состояние экосистемы оз. Неро. Рыбинск, 1991. С. 10-32.
5. Ляшенко О. А., Бабаназарова О. В. Фитопланктон // Состояние экосистемы озера Неро в начале XXI века. М., 2008. С. 71-89.
6. Михеева Т. М. Фитопланктон оз. Дривяты // Биологическая продуктивность эвтрофного озера. М., 1970. С. 32-49.
7. Михеева Т. М. Флористический состав // Экологическая система Нарочанских озер. Минск, 1985. С. 33-51.
8. Состояние экосистемы озера Неро в начале XXI века. М., 2008. 406 с.
9. Трифонова И. С. Состав и продуктивность фитопланктона разнотипных
озёр Карельского перешейка. Л., 1979. 168 с.
10. Трифонова И. С. Экология и сукцессия озерного фитопланктона. Л.,
1990. 184 с.
11. Ястремский В. В. Итоги исследования альгофлоры и продуктивности
фитопланктона Псковско-Чудского озера // V Съезд Всесоюз. гидробиол. об-ва.:
Тез. докл. т. I. Куйбышев, 1986. С. 221-223.
195
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
РАЗДЕЛ 4. СОСТОЯНИЕ И РАЗВИТИЕ
ЖИВЫХ СИСТЕМ
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ ЖИДКОГО
ОРГАНИЧЕСКОГО УДОБРЕНИЕ ПРИ ВЫРАЩИВАНИИ
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР
А. М. Головков, Н. Ф. Черкашина, Т. И. Хуснетдинова
УО ПЭЦ МГУ имени М. В. Ломоносова, е-mail:tamara_iul@rambler,ru
Подъем сельскохозяйственного производства требует внедрения
прогрессивных технологий, сохранения и повышения плодородия
почв. В системе мероприятий, направленных на решение этой проблемы, одно из главных мест принадлежит органическим удобрениям
как самому радикальному и многофакторному средству окультуривания почв, средству повышения эффективности химизации сельского
хозяйства и обеспечения высоких и стабильных урожаев.
Длительное применение одних минеральных удобрений, оказывает глубокое и часто отрицательное воздействие на химические, физико-химические и биологические свойства почвы. Поэтому сохранение и воспроизводство плодородия, особенно кислых дерновоподзолистых почв Нечерноземья, является задачей исключительной
важности, особенно в современных условиях ведения сельскохозяйственного производства при сокращении внесения органических и
дороговизне минеральных удобрений. Отечественный и зарубежный
опыт показывает, что добиться повышения плодородия почвы и высоких урожаев можно только при постоянном внесении органических
и минеральных удобрений в оптимальных нормах.
По данным Географической сети опытов ВИУА, среднегодовая
доза органических удобрений на 1 га, в зависимости от типа почвы и
её механического состава, должна в пропашных севооборотах составлять 12-15 т (Васильев, 1982).
Сегодня эта цифра составляет около 1 тонны на 1 га пашни.
(Черников, 2000). Недостаток традиционных форм органических
удобрений (навоз, помет и др.) заставляет искать новые виды органи196
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ческих материалов, и включать их в современные агротехнологии.
Поэтому актуальным является применения концентрированных органических удобрений, способных восстановить плодородие почв, увеличить производство чистых продуктов растениеводства и пригодных
для локального внесения при посадке особенно пропашных культур.
В последние годы в проблеме переработки органических отходов
сельского и коммунального хозяйства, промышленности уделяется
большое внимание во многих странах мира. В связи с этим появился
ряд удобрений, таких как гуматы, жидкие органические удобрения,
вермикомпосты и другие.
Целью настоящего исследования явилось изучение последействия навоза и жидкого органического удобрения БИОУД-1 на основные агрохимические показатели средне окультуренной почвы, и в конечном итоге на урожай картофеля. Нами использовалось жидкое
органическое удобрение «БИОУД-1» с содержанием водорастворимых элементов питания (Головков, 2001).
Жидкое органическое удобрение БИОУД-1 серо-зеленого цвета,
высокоэффективное, концентрированное, получаемое путём метанового брожения органических отходов КРС. Сертифицировано Госстандартом РФ и разрешено к применению Госхимкомиссией РФ,
номер сертификата соответствия ГОСТ P. RU.BH02.С.0052. Содержит
все необходимые компоненты удобрений: азот, фосфор, калий, макро
и микроэлементы в растворимом виде и в соотношениях, необходимых для растения, имеет рН, 7...8.
Благодаря особенностям применяемой технологии БИОУД-1 содержит активные биологические стимуляторы роста растений класса
ауксинов, повышающих выход урожая от 25% и выше, в зависимости от
культур, почв. Не содержит патогенной микрофлоры, яиц гельминтов,
семян сорняков, нитратов и нитритов, специфических фекальных запахов. Применяются в разбавленном водой виде, путем поверхностного
полива почвы, или опрыскивания листовой поверхности растения.
Агрохимическая характеристика пахотного слоя до внесения навоза следующая: рНсол. – 5,75; содержание органического вещества –
3,24 %; подвижного фосфора – 50 мг/100г, обменного калия – 11
мг/100 г почвы.
В 2005 году на опытном участке под посадку картофеля был внесен навоз из расчета 18 т/га. Известно, что из навоза в первый год его
внесения коэффициент использования NРК в среднем составляет:
азота 20-25 %, фосфора 30 %, калия 60 %. В среднем в 1 тонне навоза
содержится 5 кг N, 2,5 кг Р2О5 и 6 кг К2О (1). Таким образом, в на197
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
шем опыте внесено на 1 га около 90 кг азота, 45 кг фосфора и 108 кг
калия. Сопоставление количества внесенного NРК с выносом азота,
фосфора и калия урожаем возделываемой культурой (картофеля) свидетельствует о необходимости внесения минеральных удобрений, в
первую очередь азотных, затем фосфорных и далее калийных удобрений.
В 2006 г. после внесения БИОУД-1 отмечено увеличение содержания обменного калия на 6,7 мг/100г, вероятно при этом сказалось и
последействие навоза. Содержание подвижного фосфора оставалось
практически на прежнем уровне.
В условиях 2007 года отмечено значительное снижение обменного калия. Последействие навоза и жидкого органического удобрения
«БИОУД-1» в 2007 г. резко отразилось на содержании обменного калия в почве, который активно использовался в течение вегетационного периода картофеля. По данным Кулаковской, потребление калия
из почвенных запасов может достигать 180-200 кг К2О с одного гектара (Кулаковская Т. Н.1990). В наших условиях потребление калия
из почвы снизилось к третьему году исследований до 12,6 кг/га. Содержание подвижного фосфора снизилось в 1,4 раза, что вероятно
связано с повышенной эффективностью вносимого органического
удобрения. Содержание гумуса как в 2006 г., так и в 2007 г. снизилось
соответственно на 0,47 и 0, 81 %, вероятно за счет последующей минерализации для образования минеральных соединений азота доступных для растений.
Метеорологические условия вегетационных периодов картофеля
в 2005 – 2007 гг. существенно различались. Если период активной вегетации 2005 г. (май – август) отличался высоким уровнем увлажнения и повышенной температурой, особенно в мае и июле месяце, то в
2006 г. осадков за май-август выпало 418,5 мм и температура воздуха
составила 16,5 0С при норме 275 мм и 15,5 0С
Таким образом, в 2006 г. наблюдался так называемый «парниковый эффект». Характерной особенностью периода активной вегетации картофеля в 2007 г. были засушливые периоды в июне, когда выпало всего 53 мм осадков (при норме 70 мм), а среднесуточная
температура воздуха на 2,1 0С превышала средние многолетние значения.
Активное использование питательных элементов возделываемой
культурой в конечном итоге отразилось на урожае картофеля. Как
видно из таблицы 3, урожайность картофеля в 2005 году при внесении
в этот год навоза повысился на 3,0 т/га по отношению к контролю. Но
198
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
в период переувлажнения, когда шло активное клубнеобразование,
качественные показатели картофеля были очень низкие. В условиях
2006 г. отмечается незначительное последействие навоза. Урожайность картофеля возрастает на 1,6 т/га, а качественные показатели остаются на уровне предыдущего года. В относительно благоприятных
условиях 2007 г. отмечается значительное последействие навоза и
жидкого органического удобрения как на урожайность картофеля,
прибавка составила 2,1 т/га по отношению к 2005 г., так отмечается и
процентное увеличение качественных показателей: крахмала и сухого вещества на 1,1%.
Действие жидкого органического удобрения БИОУД-1 в значительной мере отразилось на урожайности картофеля, которая возрастала как в год повышенной влажности (2006), так и в год умеренного
увлажнения (2007г.) на 3 т с одного гектара (табл. 1).
Таблица 1
Влияние последействия органических удобрений на урожайность
и качество картофеля
Показатели
Урожайность,
т/га
Содержание
крахмала,%
Содержание сухого
вещества,%
2005г.
2006г.
2007г.
Контроль Навоз Контроль БИОУД-1 Контроль БИОУД-1
21,3
24,3
23,7
25,9
25,6
26,4
9,70
10,72
9,70
10,60
12,67
11,82
15,50
16,48
15,50
16,35
18,42
17,57
Таким образом, последействие навоза и вносимое жидкое органическое удобрение БИОУД-1к третьему году исследований снижали
содержание питательных элементов до слабой обеспеченности почвы
обменным калием, но степень обеспеченности подвижным фосфором
была на среднем уровне. Снизилось содержание гумуса, вероятно, за
счет подпахивания нижележащего горизонта.
Несмотря на снижение использования питательных веществ из
навоза, урожайность картофеля возрастала и более значительно от
применения жидкого органического удобрения БИОУД-1. Внесение
под картофель жидкого органического удобрения «БИОУД-1» является более надежным и перспективным при сложившихся условиях в
агропромышленном комплексе и позволяет оптимально использовать
основные элементы питания в повышении урожая картофеля.
199
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Литература
1. Васильев, В.А. Органические удобрения и плодородие почвы / В.А. Васильев //Земледелие. -1982. № 3. – С. 41-45.
2. Головков А.М., Черкашина Н.Ф. К вопросу об эффективности органического удобрения «БИОУД-1». //Объединенный научный журнал. -2001. -№ 19. С. 43-47.
3. Кулаковская Т.Н. Оптимизация агрохимической системы почвенного питания растений. М. Агропромиздат,1990, 219 с.
4. Черников В.А., Чекереса А.И. /Агроэкология: Учебник для вузов., 2000
г., 536 с.
ВЫЖИВАЕМОСТЬ ГИДРОБИОНТОВ
В УСЛОВИЯХ ОБСЫХАНИЯ И ПРОМЕРЗАНИЯ ГРУНТОВ
Е.М. Фомичёва, В.П. Семерной
Ярославский государственный университет им. П.Г. Демидова
Сообщества организмов, выживающих в обсыхающем и промерзающем грунте, сталкиваются с экстремальными для гидробионтов
условиями среды в течение своих жизненных циклов. Возможность
организмов выживать в таких условиях различна. Одним из вариантов
выживания является способность беспозвоночных переходить в состояние гипо- или анабиоза (коловратки, тихоходки, нематоды). Явление анабиоза играет значительную роль в естественном отборе и
является важным шагом в эволюционной судьбе организма [1].
В прибрежной зоне рек, водохранилищ создаются специфические
гидрологические условия. Для них характерно долговременное обсыхание грунтов в меженный период и дополнительное промерзание
обезвоженных участков рипали. Организмы, выживающие в таких условиях, имеют разнообразные физиологические, биохимические и поведенческие адаптации.
Изучение возможности формирования сообществ гидробионтов в
обсыхающих и промерзающих грунтах представляет интерес в плане
выявления биологического разнообразия организмов, способных к
переходу в состояние анабиоза.
Целью данной работы было провести наблюдения над выживаемостью и развитием организмов прибрежных сообществ рипали реки
Улеймы, подвергшихся осенне–летнему обсыханию или зимнему
промерзанию, и сообществ модельного водоёма в разных режимах
обсыхания. В задачи работы входило: 1. Отобрать пробы грунта берега, заведомо подвергшегося осеннему обсыханию и зимнему промер200
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
занию на разных уровнях от весеннее-летней полной воды и зимней
межени. 2. Провести наблюдения за оживанием организмов при оттаивании грунта. 3. Проследить формирование сообществ за длительный период в изолированных микрокосмах (большие эксикаторы) из
отдельно взятых и оттаявших проб грунта. 4. Создать модельный
временный водоём в лабораторных условиях. 5. Установить видовой
состав оживших и развивающихся бентосных организмов.
Толерантные к ангидро- и криобиозу организмы встречаются, как
правило, в экстремальных условиях. Для гидробионтов такой средой
вполне может оказаться прибрежная зона, где процессы смены влажности грунтов происходят с довольно частой очередностью. К тому же,
промерзание грунтов в этой части береговой линии может начинаться
при сильно варьирующих показателях влажности, что, в свою очередь,
имеет значительное влияние на процент выживаемости организмов.
В марте 2008 г. были отобраны пробы грунта на правом берегу р.
Улеймы. Грунт с площадки 20 х 20 см. вырубался топором и выбирался лопатой на глубину 10 см. Грунт помещался в полиэтиленовые
пакеты и перевозился в университетскую лабораторию. Три пробы
грунта (2-4) были взяты на уровне 1,0 м. ниже уреза летней полной
воды и 0,5 м выше уреза зимней межени. Одна проба (1) была взята
чуть выше уреза воды при оттаявшем грунте и одна проба (5) ниже
уреза воды в зимнюю межень. Одна проба (6) грунта (песок с детритом) была взята на вершине обсохшей гривы в заливе. Этот участок
был обсохшим с августа 2007 г. Одна проба (7) была взята в 0,5 м
выше уровня зимней межени в заливе ниже мыса «Старая столовая».
В лаборатории грунт в течение 7 суток постепенно оттаивал в тех же
пакетах и принимал температуру аквариальной комнаты, 15°С. Затем
грунт помещался в большие стеклянные эксикаторы с добавлением
небольшого количества отстоянной воды, аккуратно перемешивался,
закрывался стеклянными крышками и оставлялся на стеллажах.
Описание проб
1 проба – правый берег р. Улейма, ручей. Залив выше мыса «Старая столовая», 0,5 м выше уровня зимней межени, грунт – заиленный
детрит, оттаявший.
2 проба – правый берег, м. «Ст. столовая», 1 м ниже верхнего
уреза воды, грунт – заиленный песок с большим содержанием детрита, оттаявший.
3 проба – правый берег, залив перед м. «Ст. столовая», 1 м ниже
верхнего уреза воды, грунт – заиленный детрит, оттаявший.
201
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
4 проба – правый берег, залив перед м. «Ст. столовая». Середина
залива, сухая сосна, 1м ниже верхнего уреза, грунт – заиленный песок
с большим содержанием детрита, оттаявший.
5 проба – залив перед м. «Ст. столовая», гл. 1,5 м ниже верхнего
уреза, 0,2 м ниже уреза (под водой), грунт – заиленный песок с большим содержанием детрита, оттаявший.
6 проба – залив ниже м. «Ст. столовая», грива, верх, мерзлый грунт.
7 проба – залив ниже м. «Ст. столовая», ниже гривы, 0,5м ниже
пробы 6, слабо заиленный песок с детритом, оттаявший, влажный.
Просмотр проб производился через месяц после отбора и развития
сообществ пагона в лабораторных условиях. Выявлены 23 вида и форм
(табл. 1). Выживаемость организмов вероятно была обеспечена наличием
толстого слоя снегового покрова, который создал своеобразную термостабильную «подушку», предохранившую от сильного промерзания и
резких перепадов температуры. Наличие в грунте большого количества
растительных остатков способствует замедлению процессов регидратации и, соответственно, увеличению временного промежутка для накопления специфических криопротекторов, подготовки к анабиозу.
Таблица 1
Таксоны
Oligochaeta
Nais barbata
N. variabilis
N. communis
Dero asiatica
D. dorsalis
Stylaria lacustris
Slavina appendiculata
Ophidonais serpentinа
Uncinais uncinata
Pristina longiseta
Aulodrilus limnobius
Limnodrilus hoffmtisteri
Tubifex tubifex
Spirosperma ferox
Bothrioneurum vejdovscianum
Enchytraeus albidus
Lumbriculus variegates
Nematoda gen.sp.
Hirudinea
1
2
5
1
1
1
3
2
4
1
1
2
1
2
202
Номера проб
Число экземпляров
3
4
5
1
3
2
1
1
1
-
3
5
1
-
2
7
3
3
5
10
5
1
6
7
1
1
2
1
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Helobdella stagnalis
Rhabdocoelidae gen. sp.
Mollusca
Pisidiidae gen. sp.
Crustacea
Ostracoda gen. sp
Insecta
Chironomidae gen. sp.
Ditiscida-larvae
Acariformes
-
1
-
-
-
-
-
1
-
-
2
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
2
1
1
-
-
1
-
По аналогичной методике были отобраны пробы грунта в феврале, подвергшегося промерзанию, и в мае 2010 года, после затяжной
зимы и длительного холодного периода весной.
Описание проб, взятых в феврале:1 проба – залив выше м. «Ст.
столовая», правый берег, подо льдом (лёд 30-35 см); 2 проба – залив
выше м. «Ст. столовая», правый берег, подо льдом, уреза воды
,(сначала 5см мерзлой земли, затем земля мягкая); 3 проба – грива,
правый берег, залив ниже м. «Ст. столовая», подо льдом, рядом с
бревном, грунт обсохший осенью; 4 проба – на склоне берега, под деревьями, залив ниже м. «Ст. столовая», по урезу воды, над грунтом
прослойка воздуха, потом лед. После взятия проб, они были оставлены в лабораторном помещении при температуре +10°С для акклиматизации до 08.02.10. Затем пробы поместили в стеклянные эксикаторы, залиты отстоянной водой и оставлены на дозревание. Просмотр
проб проводили 17.03.10 путем взятия из эксикатора определенного
количества грунта с водой. Описание проб грунта, взятых в мае 2010
года: 1 проба – залив м. «Ст. столовая», правый берег, 20 см выше
пожарного водозабора; 2 проба – залив выше м. «Ст. столовая», урез
воды; 3 проба – залив выше м. «Ст. столовая», правый берег, урез воды; 4 проба – правый берег, ниже ручья, у м. «Ст. столовая». В это
время уровень воды был ещё довольно высоким, поэтому пробы брали в затопленных местах, в зарослях, по урезу воды. После взятия,
пробы были помещены в пластиковые 5 литровые ёмкости в лабораторном помещении при температуре 20°С, залиты отстоянной водой и
оставлены до 01.06.10 на дозревание.
Просмотр проб проводили после предварительной подготовки.
Для этого грунт в емкости тщательно перемешивался и просеивался
через мелкоячеистый газ. Получившийся остаток просматривали под
бинокуляром МБС – 9, отбирая живые организмы и фиксируя их в 4%
растворе формалина для дальнейшего определения. Найдены 25 видов и форм (табл. 2).
203
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 2
Таксоны
Oligochaeta
Nais sp.
Ophidonais serpentinа
Lumbricillus sp.
Fridericia mariоnina
Spirosperma ferox
Potamotrix hammoniensis
Bothrioneurum vejdovscianum
Lumbricidae sp.
Nematoda gen.sp.
Crustacea
Simocephalus vetulus
Alona sp.
Harpacticoida gen.sp.
Ostracoda gen. sp
Mollusca
Pisidiidae gen. sp.
Insecta
Ceratopogonidae gen. sp.
Chironomidae gen. sp.
Culex sp. -puppe
Trichoptera gen. sp.
Diptera gen. sp.
Paradixa sp.
Aeshna sp.
Ordella halterata
Eristalis sp.
Caenis sp.
Haliplus sp.
Февраль 2010 г.
Номер пробы
1
2
3
4
Май 2010г.
Номер пробы
1
2
3
4
5
3
1
-
3
2
-
1
-
1
2
-
-
13
1
-
-
-
2
1
3
-
5
5
3
3
12
1
3
3
-
1
-
2
-
-
1
1
1
1
-
-
-
-
-
1
2
1
-
1
1
2
1
5
1
2
-
1
-
1
1
-
1
3
-
-
1
1
-
Нам достоверно неизвестно в какой стадии развития пребывали
найденные организмы в грунте при отборе проб, т.к. полное определение проводили примерно через месяц, для выявления максимального видового разнообразия. Вероятно, некоторые из определенных организмов могут переносить промерзание во взрослом состоянии –
нематоды, олигохеты, моллюски. Часть организмов приспособлены к
выживанию в латентной форме – в виде латентных яиц [2].
На разных стадиях развития, вероятно, используются различные
механизмы подготовки к криобиозу. Общим является уменьшение
204
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
количества «свободной» воды (витрификация) и накопление криопротекторов (глицерина, специфических белков).
В марте 2009 года по стандартной методике были взяты и обработаны пробы грунта отобранные на Рыбинском водохранилище, в
небольшом заливе, в районе деревни Бурково. Описание проб: 1 проба – ручей, впадающий в залив, под талым снегом, грунт – детрит,
растительные остатки, оттаявший; 2 проба – промерзлый грунт, залив,
у уреза воды, под снегом, грунт – заиленный детрит; 3 проба– подо
льдом у уреза воды, грунт – детрит, с растительными остатками. Проба 1 находилась до 22.03.09 вне жилого помещения (при температуре
0°С – +2°С), т.к. грунт был влажный. Пробы 2 и 3 были помещены в
морозильную камеру при температуре -18оС до 22.03.09. В дальнейшем (22.04.09) все пробы помещены в эксикаторы и залиты отстоянной водой. Промывание проб, выборка и фиксирование организмов
проводилась 10.05.09. Найдены 13 видов и форм (табл. 3).
Таблица 3
Таксоны
Oligochaeta
Aulodrilus limnobius
Bothrioneurum vejdovscianum
Limnodrilus hoffmtisteri
Rhyacodrillus coccineus
Lumbricillus sp.
Pristinella sp.
Nematoda gen.sp
Crustacea
Ostracoda gen.sp
Simocephalus vetulus
Cyclopoida spp.
Mollusca
Pisidiidae g.sp (молодь)
Insecta
Sciomyzydae gen.sp.
Sympetrum sp.
Номер пробы/число организмов
1
2
3
7
1
5
7
1
14
7
4
4
1
-
3
11
-
15
-
-
1
-
-
-
В марте 2010 года были взяты две пробы грунта на прибрежном
участке пруда. Температура окружающей среды -5°С -10°С. Пробы находились под слоем снега (10-15 см) и льда (25-30 см). Описание проб:
1проба – под деревом, грунт – черный, очень много листвы; 2 проба –
на «пляже», грунт – смёрзшийся песок. На следующие сутки 19.03.10
205
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
пробы помещены в эксикаторы, залиты отстоянной водой и оставлены
на дозревание. Пробы обработаны 26.04.10 по стандартной методике.
При разборе пробы № 2 живых организмов не было обнаружено.
В пробе № 1 найдены следующие виды беспозвоночных: остракоды
сем.Cyprididae, представители сем. Daphniidae –Simocephalus vetulus,
брюхоногий моллюск р. Valvata.
При наступлении неблагоприятных условий среды, в частности
промерзании грунта, создается своеобразная изоляция организма от
внешней среды. Это может быть поиск мест с более теплоизолирующими свойствами, образование плотных оболочек, капсулирование и
т.п. В дальнейшем происходит повышение реактивности организма,
последовательное выключение отдельных функций организма [1].
При обсыхании грунтов гидробионты, попадая в условия нехарактерные для своей жизнедеятельности, приспосабливаются к ним,
приобретая и используя специфические поведенческие, физиологические и биохимические адаптации.
В сентябре 2009 г. были взяты пробы обсохшего грунта на правом берегу реки Улеймы. Грунт отбирался с площадки 10х10 на глубину 10 см, помещался в полиэтиленовые пакеты и перевозился в
лабораторию. Две пробы были взяты от 0,5 до 1,5 м от уреза воды и
две пробы грунта по урезу. В лаборатории грунт помещался в большие стеклянные эксикаторы с добавлением определенного количества
отстоянной воды, аккуратно перемешивался, закрывался стеклянными крышками и оставлялся на стеллажах. Описание проб взятых в
сентябре 2009г : 1 проба – выше пожарного водозабора, обсохший
грунт, 1.5 м от уреза (20-30 см от верхнего уреза); 2 проба – выше
пожарного водозабора, на урезе; 3 проба – выше уреза воды примерно
на 0,5 м от воды и на 20 см выше воды, в зоне обводнения; 4 проба –
залив ниже м. «Ст. столовая» по урезу.
Аналогичным способом были отобраны и доставлены в лабораторию четыре пробы на правом берегу реки Улеймы в сентябре и две
пробы в июле 2010 г. Описание проб взятых в сентябре : 1 проба –
залив выше м. «Ст. столовая», середина залива, 1.0 м выше уреза; 2
проба – залив ниже мыса «Старая столовая», вершина гривы, под
растениями; 3 проба – грива, обсохший грунт, среди растительности;
4 проба – выше мыса «Старая столовая», залив, правый берег, граница
уреза, обсохший грунт. Описание проб, взятых в июле: 1 проба – залив у гряды, правый берег, под ольхой, по урезу воды, много детрита;
2 проба – залив, правый берег, около сваленных деревьев, на солнечной стороне, грунт – плотная дерновина. В дальнейшем, через оп206
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ределенный промежуток времени, небольшие порции грунта из разных частей эксикатора выкладывались в небольшое промывочное
то с газом №23, промывались проточной водой и отмытый остаток
переносился в чашки Петри; организмы выбирались из грунта под
бинокуляром МБС-9. Выбранные организмы фиксировались 4-5%
раствором формалина. Обнаруженные виды представлены в табл. 4.
Таблица 4
Таксоны
Oligochaeta
Nais variabilis
Dero obtusa
Slavina appendiculata
Pristina longiseta
Aulodrilus limnobius
Limnodrillus claparedeanus
L. hoffmeisteri
Bothrioneurum
vejdovscianum
Tubifex tubifex
Spirosperma ferox
Lumbriculus variegatus
Hirudinea
Glossiphonia sp.
Nematoda gen.sp.
Mollusca
Lymnaea sp.
Choanomphalus sp.
Crustacea
Ostracoda gen.sp.
Chydoridae gen.sp.
Harpacticoida gen.sp.
Ceriodaphnia sp.
Insecta
Chironomidae gen.sp.
Ordella halterata
Ephemeroptera gen.sp.
Syrphidae gen.sp.
Odonata gen.sp.
Trichoptera gen.sp.
Сентябрь 2009г.
Номер пробы
1 2
3
4
Сентябрь 2010 г.
Номер пробы
1
2
3
4
Июль 2010г.
Номер пробы
1
2
1
-
-
1
-
-
21
-
9
7
1
-
2
2
1
-
-
-
-
-
-
-
2
2
1
-
-
-
-
3
-
1
-
1
-
-
-
-
-
4
2
-
-
-
1
32
-
1
2
1
18
-
1
5
2
-
2
-
4
1
5
9
3
1
-
-
-
-
-
1
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
1
1
-
2
-
5
-
-
-
1
1
1
1
3
1
3
-
4
-
-
-
1
-
2
-
1
-
-
-
-
1
-
-
-
-
1
-
1
1
207
-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В пересыхающих грунтах гидробиноты подвергаются гипоксической нагрузке, а также непредсказуемым повторным приступам процессов высыхания/гидратация из-за колебаний влажности и дождей.
Полученные данные показывают достаточно богатое видовое разнообразие сообществ пагона. Способность переносить пересыхание
грунта даёт организмам шанс занять другую экологическую нишу.
Многие из беспозвоночных, обитающих на суше, проводят своё развитие в водной среде от яйца до взрослого организма. На каждой стадии своего развития они должны быть адаптированы к условиям данной среды и её изменениям. Способность организмов выживать в
неблагоприятных условиях среды на стадии яйца или личинки, может
быть не под силу взрослому организму.
Существуют различные механизмы, отвечающие за процессы,
протекающие в анабиозе. На генетическом уровне происходит активизация индуцированных дегидратацией генов, накопление соответствующих генных продуктов. Синтезируются характерные для ангидробиоза биохимичесике протекторы, такие как LEA – белки,
трегалоза [5, 8].
Необходимо отметить, что в состоянии анабиоза организм в гораздо
меньшей степени подвергается различным заболеваниям и менее подвержен пагубным воздействиям УФ, ионизирующих излучений. Это, вероятно, имеет положительный эффект в эволюционном плане.
В лабораторных условиях была поставлена серия экспериментов
по обсыханию модельного водоёма (данные приведены в табл. 5).
Таблица 5
Количество циклов высыхание/гидратация (период 8 месяцев)
4
2
1
Обнаруженные Nematoda gen.sp.
Aelosoma hemrichi Dero obtusa
организмы
Ostracoda gen.sp
Nematoda gen.sp.
Aulodrillus limnobius
Cyclops sp.
Ostracoda gen.sp
Cypricercus sp.
Lymnaea palustris Lymnaea stagnalis
Simocephalus sp.
Anisus vortex
Isocypris sp.
Sphaerium corneum сем.Planorbidae (молодь)
По результатам экспериментов были получены данные о выживаемости беспозвоночных при частом пересыхании водоема. Во всех
вариантах наиболее многочисленной выжившей группой были представители Сrustacea. Это, вероятно, связано с тем, что они переносили
пересыхание водоёма на стадии латентного яйца.
208
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Условия временного водоёма более «жёсткие» и непредсказуемые.
Организму требуется определенный период времени, в течение которого происходит медленная потеря воды. Вероятно, это необходимо для
того, чтобы перейти на критическое множество генов, которые включают механизм ангидробиоза [6]. Животные должны приспособиться к
частым сменам условий среды, дегидратации – регидратации. Наличие
растительности во временном водоёме увеличивает шансы на выживаемость беспозвоночных, даже при гибели самой растительности, т.к. её
присутствие снижает скорость пересыхания водоема и дает время на
синтез и накопление веществ, способствующих ангидробиозу. Некоторые нематоды принимают спиральную форму тела, когда входят в состояние ангидробиоза [7]. Организмы, имеют свои эволюционно выработанные приспособления к таким скачкам. В каком физиологическом
состоянии организм вошел в дегидратацию и длительность мезабиоза,
определяют его возможности на выживание.
Заключение
Систематическое разнообразие организмов пелона и пагона показывает эволюционную адаптированность гидробионтов к ангидрои криобиозу. Эта способность может проявляться как на стадии яйца
или личинки, так и на стадии взрослой особи. Изучение фауны гидробионтов обсыхающих и промерзающих грунтов целесообразно для
выявления и уточнения механизмов предельных состояний организма, их физиологических, биохимических проявлений. Исследования
таких сообществ позволяют в более полном объёме рассматривать
возможности, пределы толерантности и пограничные состояния организма в эволюционном плане.
Литература
1. Голдовский А.М. Основы учения о состояниях организмов. Л., «Наука»,
1977.116 с.
2. Макрушин А.В. Устойчивость к высушиванию латентных яиц Sida cristallina и Moina macropora (Crustacea, Cladocera). Зоологический журнал, том LX,
вып.6, изд-во «Наука», Москва 1981.
3. Определитель пресноводных беспозвоночных европейской части СССР
(планктон и бентос). Ленинград, «Гидрометеоиздат», 1977.
4. В.П. Семерной, Е.М. Фомичева. Выживаемость гидробионтов в обсыхающих и промерзающих грунтах прибрежной зоны р.Улейма. Экология водных
беспозвоночных // Сборник материалов Международной конференции, посвященной 100-летию со дня рождения Ф.Д. Мордухай-Болтовского. Ин-т биологии
внутр.вод им.И.Д.Папанина РАН, Борок, 30 октября-2 ноября 2010г.-Ярославль:
Принтхаус, 2010. – с.291-294.
209
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
5. Peter Alpert. The Limits and Frontiers of Desiccation-Tolerant Life. Oxford
Journals Life SciencesIntegrative and Comparative Biology Volume 45, Issue 5. Pp.
685-695.
6. Kshamata Goyal, Laura J. Walton, John A. Browne, Ann M. BurnellandAlan
Tunnacliffe Molecular Anhydrobiology: Identifying Molecules Implicated in Invertebrate Anhydrobiosis
Oxford Journals Life Sciences Integrative and Comparative BiologyVolume
45, Issue 5. Pp. 702- 709.
7. Amy M. Treonis and Diana H. Wall. Soil Nematodes and Desiccation Survival
in the Extreme Arid Environment of the Antarctic Dry Valleys. Oxford JournalsLife
Sciences Integrative and Comparative Biology Volume 45, Issue 5. Pp. 741-750.
8. Takahiro Kikawada, Noboru Minakawa, Masahiko Watanabe andTakashi
Okuda. Factors Inducing Successful Anhydrobiosis in the African Chironomid Polypedilum vanderplanki: Significance of the Larva Tubular Nest Oxford JournalsLife
Sciences Integrative and Comparative BiologyVolume45, Issue5 Pp. 710-714.
ДИНАМИКА НЕСЕДИМЕНТИРУЕМОЙ АКТИВНОСТИ
КИСЛОЙ РИБОНУКЛЕАЗЫ ЛИЗОСОМ ГЕПАТОЦИТОВ
ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ НАРАСТАЮЩИХ КОНЦЕНТРАЦИЙ
НЕИОННОГО ДЕТЕРГЕНТА В РАЗЛИЧНЫЕ СРОКИ
ТОКСИЧЕСКОГО ПОРАЖЕНИЯ ПЕЧЕНИ
И ПОД ВЛИЯНИЕМ ЭНТЕРОСОРБЦИИ
Т.Н. Глинская, В.Ю. Зиновкина
РНПЦ медицинской экспертизы и реабилитации,
РНПЦ гигиены Республика Беларусь, г. Минск
Кислая рибонуклеаза (РНК-аза) лизосом – гидролаза, достаточно
прочно связанная с мембранами органелл. Максимальная активность
кислой РНК-азы отмечается в «легкой» лизосомальной (Лз) фракции,
а повышение неседиментируемой активности (НА) кислой РНК-азы
наблюдается при повреждении Лз мембран, при функциональной активности лизосом, при преобладании вторичных форм лизосом. Для
оценки состояния Лз мембран более информативен тест на чувствительность к нарастающим концентрациям неионного детергента тритона Х-100 (ТрХ-100). Реакция на применение низких концентраций
детергента (0,005; 001; 0,02; 0,05%) косвенно отражает прочность связи фермента с мембраной лизосом, а на применение высоких концентраций (0,2-0,5%) характеризует преимущественно степень повреждаемости мембран.
В условиях эксперимента (моделирование хронического токсического поражения печени (ХТПП) у крыс гепатотропным ядом – четы210
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
реххлористым углеродом по стандартной методике) проведен анализ
динамики изменений НА кислой РНК-азы в ткани печени под влиянием нарастающих концентраций ТрХ-100 на разных этапах моделируемой патологии. С целью оценки направленности и выраженности
влияния на состояние Лз мембран ткани печени при моделируемой
патологии курсовой семидневной энтеросорбции (ЭС) в те же сроки
ХТПП проанализированы результаты теста с нарастающими концентрациями ТрХ-100. Контролем служили результаты теста у интактного контроля (без ХТПП и без ЭС). Проведение теста у интактного
контроля характеризовалось умеренными колебаниями уровней НА
кислой РНК-азы при низких концентрациях детергента (в пределах
108,9-139,0% к исходному уровню активности фермента в супернатанте до воздействия детергента – 75,2±6,11ОЕ/мин × г ткани). Чувствительность мембран к высоким концентрациям детергента (0,1%;
0,2%; 0,5%) была значительной. Воздействие ТрХ-100 в концентрации 0,1% сопровождалось ростом НА в 1,9 раза (р<0,001). Максимум
же выхода фермента в супернатант отмечался при концентрации ТрХ100, равной 0,2%, когда рост активности превысил исходное значение
в 3,1 раза (р<0,001). Дальнейший рост концентрации детергента сопровождался менее заметной реакцией со стороны проницаемости
мембран, при этом уровень НА превысил исходное значение в 2,0
раза (р<0,001).
Проведение нагрузочного теста в ранние сроки ХТПП (6 недель)
показало, что на фоне хронической интоксикации отмечался заметный рост НА нуклеазы (в 3,8 раза, р<0,05). Дополнительная нагрузка
детергентом сопровождалась смещением подъема НА резко влево, в
сторону наименьших концентраций детергента (0,005-0,01%), при
этом степень максимального превышения над исходным уровнем
приходилась на концентрацию, равную 0,01%, и составила 160,0% по
отношению к исходному значению (р<0,01). Колебания уровня НА
при более высоких концентрациях детергента (0,02-0,5%) находилсь в
диапазоне 62,7-70,2% от исходного (р<0,05).
Дальнейшее проведение эксперимента (срок ХТПП 10 недель)
вело к снижению исходного значения НА кислой РНК-азы в супертнатанте. Тем не менее, имело место превышение над контрольным
значением в 2,2 раза (р<0,01). Тенденция к снижению уровня НА кислой РНК-азы косвенно отражает прогрессирующее развитие процесса компенсации и начало использования функциональных резервов
пораженной ткани. Проведение теста с ТрХ-100 в этом сроке ХТПП
характеризовалась смещением максимума НА вправо, в сторону
211
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
больших концентраций Тр Х-100. Пик активности при этом приходился на концентрацию, равную 0,05%, второй подъем – на концентрацию 0,5% (соответственно превышение над исходным значением в
2,1 раза, р<0,01 и в 1,8 раза, р<0,01). По сравнению с предыдущим
сроком ХТПП отмечалось повышение устойчивости мембран к низким концентрациям ТрХ-100, что косвенно свидетельствует об улучшении связи нуклеазы с мембранами, и гораздо более выраженная реакция на воздействие высоких концентраций детергента, чем в
контроле и при ХТПП в сроке 6-недель.
Двадцатая неделя ХТПП – срок, когда на фоне выраженных компенсаторных реакций в ткани печени экспериментальных животных
выявляются начальные признаки формирования цирротических изменений, – характеризовалась тенденцией к незначительному снижению
уровня НА кислой РНК-азы по сравнению с предшествующим сроком
ХТПП (10 недель). При этом имело место превышение уровня НА над
значением в контроле в 1,9 раза (р<0,01). Проведение теста с неионным детергентом продемонстрировало, что реакция Лз мембран на
данном этапе ХТПП претерпевает заметные изменения. Кривая НА
сохранила двухпиковый характер с максимальным подъемом уровня
НА нуклеазы при концентрации ТрХ-100, равной 0,05% (в 3,1 раза,
р<0,001), второй подъем регистрировался при концентрации 0,5% (в
2,1 раза, р<0,001). При низких концентрациях неионного детергента
уровень НА фермента колебался в диапазоне 88,2-115,7%.
Проведение теста с ТрХ-100 в сроке 36 недель ХТПП сопровождалось дальнейшим ухудшением стабильности Лз мембран гепатоцитов. Исходный уровень НА кислой РНК-азы практически не отличался от значения, регистрируемого на
этапе 20 недель ХТПП.
Регистрировалось достоверное превышение в 1,9 раза над уровнем
интактного контроля. Кривая НА при нарастающих концентрациях
неионного детергента сохраняла двухпиковый характер, с максимумами выхода фермента в супернатант при концентрациях, равных
0,1% и 0,5% (соответственно превышение над исходным уровнем
произошло в 2,1 раза, р<0,001 и в 2,9 раза р<0,001). При низких концентрациях ТрХ-100 (0,005-0,02%) НА кислой РНК-азы составляла от
55,2 до 104,8% по отношению к исходному уровню. При концентрации, равной 0,05%, уровень активности вырос в 1,7 раза по отношению к исходному значению (р<0,05). На позднем этапе ХТПП имело
место сочетание обоих типов нарушений состояния Лз мембран (повышение проницаемости и повреждаемости мембран органелл и ослабление связи кислой РНК-азы с мембраной органелл).
212
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Применение в указанные сроки эксперимента семидневного курса ЭС вауленом (интрагастрально зондовым методом, в дозе 400 мг/кг
массы в виде 2,5 % водной взвеси) оказывало заметное влияние на
оцениваемые параметры.
На этапе 6-недельного ХТПП после ЭС отмечалось заметное (более чем на 38,0%) снижение уровня НА нуклеазы. Проведение теста с
детергентом после курса ЭС характеризовалось повышением связи
фермента с мембранами лизосом, проявляемом снижением НА в супернатанте при крайне низких концентрациях ТрХ-100 (0,005-0,01%)
и смещением максимума выхода фермента в супернатант вправо на
одну позицию (0,02% концентрации детергента). Колебания НА кислой РНК-азы при более высоких концентрациях ТрХ-100 составили
от 56,4% до 88,7%.
Положительный эффект ЭС на фоне 10-недельного ХТПП также
характеризовался снижением НА гидролазы (на 32,0%). Снижалась
чувствительность Лз мембран к низким концентрациям детергента с
сохранением высокой чувствительности к высоким и средним концентрациям, с максимумом НА при значении, равном 0,1% (превышение над исходным уровнем в 1,8 раза, р<0,01).
Проведение ЭС в сроке ХТПП 20 недель незначительно влияло
на исходное значение НА кислой РНК-азы (снижение на 18,0%), при
этом отмечалась благоприятная динамика НА нуклеазы по данным
теста с неионным детергентом. Геометрия кривой НА приближалась к
аналогичной у интактного контроля. Максимум выхода фермента в
супернатант отмечался при концентрации ТрХ-100, равной 0,1% (в
контроле 0,2%), отсутствовала двухпиковая кривая. Пиковое значение
НА превышало контрольное в 1,7 раза. Улучшилась реакция Лз мембран на обработку детергентом в концентрации 0,01-0,05%, что косвенно свидетельствует об улучшении связи гидролазы с мембранами.
Проведение ЭС на позднем сроке ХТПП (36 недель) сопровождалось некоторым снижением исходного значения НА кислой РНК-азы.
Однако, на фоне проведения ЭС, тест с ТрХ-100 выявил ухудшение
состояния Лз мембран, повышение чувствительности мембран органелл к низким концентрациям детергента, смещение пика НА гидролазы влево, в сторону более низких концентраций (0,01%). Превышение над контрольным значением составило 1,7 раза, р<0,01.
Анализ результатов теста с нарастающими концентрациями детергента, оцениваемого по уровню НА кислой РНК-азы при различных
сроках ХТПП, показал, что состояние Лз мембран претерпевает фазные
изменения. Наиболее неблагоприятные сдвиги (ухудшение связи нук213
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
леазы с мембраной, повреждение мембран органелл и повышение их
проницаемости) выявлялись на начальном этапе ХТПП (6 недель), соответствующем конечному этапу стадии повреждения. Повторное нарастание негативных изменений со стороны Лз мембран имело место на
завершающих этапах ХТПП (20 и 36 недель моделируемой патологии),
соответствующих периоду развития стадии декомпенсации. Относительно благоприятная динамика выявлялась в сроке 10 недель ХТПП,
соответствующей стадии устойчивой компенсации.
Применение ЭС способствовало заметному улучшению состояния мембран органелл в сроки 6 и 10 недель ХТПП, а также некоторому положительному эффекту на начальном этапе стадии декомпенсации – 20 недель ХТПП. Применение эфферентного метода на
заключительной стадии патологического процесса (36 недель) вело к
разнонаправленным изменениям изучаемых параметров, усугубляло
нарушение состояния Лз мембран гепатоцитов.
Таким образом, состояние Лз мембран в ходе развития моделируемой патологии носит фазный, стадийный характер, а эффективность эфферентного воздействия зависит от стадии патологического
процесса и может усугублять негативные проявления основного поражения в стадии декомпенсации. Это требует дифференцированного
подхода к назначению и использованию лечебных воздействий, в том
числе эфферентных методов детоксикации.
ЭМБРИОГЕНЕЗ ОПОРНО-ДВИГАТЕЛЬНОГО АППАРАТА
АМФИБИЙ В НОРМЕ И ЭКСПЕРИМЕНТЕ
И.П. Комарова, М.В. Егорова, А.И. Соколова, М.И. Жукова
Ярославский государственный университет им.П.Г.Демидова,
е-mail:komarova@bio.uniyar.ac.ru
Лягушка – наиболее распространённый объект экспериментальных исследований, который используют практически во всех областях биологии (физиологии, биохимии, биофизике, зоологии), медицине, ветеринарии и др. Лягушки обитают в водной и наземной средах.
Однако, в литературных источниках очень мало внимания уделяется
деталям развития отдельных структур скелета лягушки. Их личинки –
головастики абсолютно не похожи на взрослых особей [6,7,8,], являются уязвимым объектом для токсикантов водной среды.
Поэтому уточнение сроки появления отдельных скелетных элементов, особенностей нормального развития и развития при действии
токсикантов и гормонов является актуальным. Следовательно целью
214
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
работы было: показать особенности развития скелета черепа, позвоночного столба, задних и передних конечностей в эмбриогенезе лягушки травяной Rana temporaria, выявить возможные изменения в
развитии личинок при наличии в водной среде кадмия и тиреоидных
гормонов.
Материалы и методы исследования
Исследования проводились методом лабораторной обработки.
Выборка носит случайный характер. Объем выборки составил 624
особей. Вылавливались из естественных водоемов на территории города Ярославля и области. Обрабатывались по стандартным гистологическим методикам.
Результаты и их обсуждение
В настоящее время агрессивность внешней среды, обусловлена
антропогенным загрязнением, в том числе микроэлементами и медицинскими препаратами. Некоторые промышленные районы могут
стать зонами экологического бедствия в результате накопления в них
кадмия, свинца и различных химических соединений. Организм амфибий может реагировать на их избыток в среде обитания не только
развитием болезней, но и появлением дисгармоничного развития и
полной деградацией отдельных структур [7, 2, 13]. Гормоны выполняют в организме разнообразные и очень важные функции. Так, гормон роста регулирует размеры тела. Гормоны щитовидной железы
необходимы для интегрированного развития организма. При их отсутствии головастик, например, не может превратиться в лягушку [8]/
В общебиологических и эмбриологических исследованиях показано, что тиреоидные гормоны способны регулировать не только развитие особей в популяции (рост, развитие, определение пола), но и
регулировать численность животных, их размеры и др. [3, 4, 6].
При анализе, сопоставлении и сравнении строения позвоночного
столба на разных стадиях развития лягушки травяной Rana temporaria
была замечена одна особенность. На ранних и средних стадиях развития позвонки представлены в основном в форме эллипса. На поздних же стадиях (49, 51) они представлены округлыми костными образованиями. Возможно, это можно объяснить следующим. Взрослая
особь отличается по внутреннему и внешнему строению от личинки.
Вместе с утратой хвоста в ходе морфогенеза видимо изменяется и
форма позвонков. Можно предполагать, что на развитии и строении
позвонков Anura сказались некоторые общие преобразования, в частности сильное укорочение туловища, а также появление личинки, обладающей относительно громадным кишечником. Находясь в ограни215
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ченном пространстве, этот кишечник оказывает большее, чем у личинок других животных, давление на окружающие структуры (в частности на миомеры и позвоночный столб) [7, 13, 2].
Позвоночник закладывается раньше 37 стадии, так как на этой
стадии позвонки уже представлены молодыми хрящами, и лишь частично мезенхимой, которая замещается хрящевой тканью. При анализе результатов исследования темпов развития позвоночного столба и
черепа мы пришли к следующему заключению (табл.).
Таблица
Последовательные стадии развития позвоночного столба и костей черепа Rana temporaria
Стадии гистогенеза
Скопление мезенхимы,
замещение хрящом
Молодой хрящ
Зрелый хрящ
Деструкция хряща
оссификация
Позвоночный
столб
36
Затылочная
кость
36
Переднеушная
кость
37
39-40
41-42
44-49
50
37-39
40-42
44-48
49
38-41
42-43
45-48
49
Как видно из таблицы, развитие костей черепа происходит быстрее, чем позвоночного столба. По нашим предположениям это можно
объяснить тем, что хрящевая и костная ткани черепа ткани позвоночного формируются быстрее, чем ткани позвоночника под влиянием
расположенного рядом головного мозга, который индуцирует более
активное развитие прилежащих тканей. Особенности охрящевения и
оссификации в черепе таковы: стартовые точки располагаются в латеральных массах затылочной кости, в позвоночном столбе – в дугах
позвонков, позднее появлялись в телах, в конечностях – в диафизах .
Большое значение в позвоночном столбе амфибий имеет пульпозное
ядро, разделяющее позвонки, сохраняющееся до самых поздних стадий развития, функцию стабилизатора позвоночного столба при движении выполняют мощные мышечные пучки. Кости конечностей последовательно проходит стадии развития : мезенхимная- 36-38 ,
молодого и зрелого хряща стадии-40-44-, оссификации-стадии-46-51.
Развитие эмбрионов под воздействием кадмия и гормона
Влияние кадмия, в небольшой концентрации (0,5 мг/л) менее заметно меняет развитие головастиков, чем при более высоких дозах.
Но в результате, даже такая доза вызывает остановку в развитии и
также приводит к гибели головастиков(49 стадия), размеры этих го216
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ловастиков были меньше, чем размеры головастиков, находившихся в
обычной воде, проявлялся общий токсический эффект.
У головастиков травяной лягушки изменение условий среды отражалось на изменение параметров двигательной активности. Поведенческая активность личинок была связана со снижением (в конце
опыта) или повышением уровня двигательной активности (в самом
начале эксперимента). Что касается траектории движения, то в начале
мы наблюдали стремление головастиков к поверхности и хаотичное
движение, а затем постепенно перемещение головастиков в нижние
слои водоема и снижении двигательной активности.
На развитие элементов позвоночного столба и черепа данная концентрация кадмия (0,5 мг/л) не повлияла. При анализе развития конечностей в тех же дозах была обнаружена десинхрония в развитии головастиков, уменьшение размеров конечностей (в среднем на 20%), хвоста
и общей длины тела головастиков под воздействием кадмия (в дозе 0,5
мг/л и ниже санитарной – 0,00033 мг\л). Показано также торможение
гистогенеза закладки передних и задних конечностей в высоких дозах
кадмия. Кроме того, отсутствовали процессы элиминации хвоста, что
свидетельствует о продлении личиночной стадии развития, следовательно, о замедлении процессов развития всего организма.
В среде с кадмием замедляется замена хряща костной тканью или
останавливается на стадии хряща, кроме того отмечены элементы
разрушения костной ткани в центральной и дистальной частях задней
конечности, и разрушение элементов сустава .
Тиреоидные гормоны играют ведущую роль в регуляции развития бесхвостых амфибий, и в частности, в формировании их скелета.
Нами было обнаружено, что развитие скелета конечностей у бесхвостых зависит от участия тиреоидных гормонов. При всех выбранных
нами концентрациях мы наблюдали общее ускорение развития, включая и более ранние сроки появления окостенений в конечностях.
К настоящему времени известно, что естественно низкий или искусственно пониженный уровень тиреоидных гормонов у бесхвостых
амфибий не препятствует дифференцировке конечностей, однако блокирует их дальнейший рост, нормальное формирование дефинитивных
конечностей требует непременного участия тиреоидных гормонов.
При этом показано, что искусственное повышение уровня тиреоидных гормонов у личинок лягушки травяной вызывает ускоренное
формирование элементов костного скелета – окостенений. Эти факторы предполагают влияние тиреоидных гормонов на процессы онтогенеза [5, 2, 12, 13].
217
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В отличии от кадмия, тиреоидные гормоны ускоряют скелетное
вытяжение, при этом общий размер личинки не увеличивается. Однако возрастает размер передних и задних конечностей, замедляется
гистогенез, замещение хрящевой ткани костной тоже замедляется. Но
в результате длительной экспозиции, даже такая доза вызывает остановку в развитии и также приводит к гибели головастиков .
Таким образом, результаты исследования установлены особенности развития отдельныех элементов скелета амфибий, показаны особенности воздействия кадмия и тиреоидных гормонов на эмбриогенез
личинок, кроме того такие исследования могут дать возможность быстрой оценки качества водоема только по морфологии личинок лягушки, могут быть использованы в биомониторинге водоема (по удлинению конечностей и хвоста), могут быть моделями возможных
нарушений эмбриогенеза позвоночных животных, обитающих в загрязненной среде. Результаты могут использоваться экологическими
службами города и области в экспресс-оценке водных объектов города и природных водоемов.
Литература
1. Вопросы герпетологии. Научное издание. Материалы III съезда герпетологического общества А.М. Никольского. СПбГУ, Санкт-Петербург, 2008.
2.Дмитриева Е.В. Влияние плотности икры на темпы развития и смертности
серой жабы в лабораторных условиях // Зоологический журнал, 2007, февраль, Т.
86, № 2, с.229.
3. Борхвард В. Г. Морфология и эволюция осевого скелета (теория скелетного сегмента). – Л.: Изд-во Ленингр. Ун-та, 1982г. – 144с.
4. Борхвард В.Г. Закономерности развития хрящевых элементов в онтогенезе позвоночных // Журнал общ. биол., 1991, Т.52, №5, с. 746 – 758.
5. Вершинин В. Л. Морфологические аномалии амфибий городской черты.//Экология, 1989г.№3. – 58-66с.
6. Вершинин В.Л., Топоркова Л.Я. Амфибии городских ландшафтов
//Фауна Урала и Европейского севера. – Свердловск, 1981. -С.48-56.
7. Заварзин А.А. Основы сравнительной гистологии. – М., 1985г. – 201203с.
8. Киреева Е.П., Кацнельсон Б.А, Дегтярева Р.Д, Привалова Л.И, Валамина
И.Е., Береснева О.Ю., Макаренко Н.П., Денисенко С.А. Нефротоксическое действие свинца, кадмия и его торможения комплексом биопротекторов // Токсикологический вестник, 2006, май – июнь, № 3, с.26 – 32.
9. Киреева Р.А. Влияние ионов кадмия на свободнорадикальные процессы и
активность Na-K-ATΦ-азы в тканях самок крыс // Токсикологический вестник,
2005, июль – август, № 4, с. 12 – 15. Е.Е.
10. Коваленко Е.Е. Аномалии позвоночника бесхвостых амфибий. С.- П.;
1982г. – 142с.
218
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
11. Коваленко Е.Е. Массовые аномалии конечностей у бесхвостых амфибий. / Журнал общей биологии, 2000. Т. 61, №4. с. 412 – 425.
12. Линник П.Н., Искра И.В. Кадмий в поверхностных водах: содержание,
формы нахождения, токсическое действие // Гидробиологический журнал Т33,
№6, 1997, с 72-87.
13. Мисюра А.Н., Марченковская А.А. Влияние тепловых электростанции
на накопление тяжелых металлов в органах и тканях различных видов земноводных // Вестник Днепропетровского университета. Биология. – 2002. – Вып. 10, Т.
1. – с. 56 – 60.
ВЛИЯНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ
НА ГЕМОРЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ КРОВИ КРЫС
В.Н. Казин1, К.В. Калагаева1, Е.А. Гузов1,
В.В. Макарьин2, Ю.В. Карева3, А.Г. Гущин3
1
Ярославский государственный университет им. П.Г. Демидова,
е-mail: kaz@bio.uniyar.ac.ru
2
Ярославский государственный технический университет,
3
Ярославский государственный педагогический университет
им. К.Д. Ушинского
Актуальной проблемой физиологии, медицины, а так же молекулярной биологии является изучение реакции организма на воздействие экстремальных факторов. Одним из видов таких факторов является электромагнитное загрязнение окружающей среды. Окружающая
среда пронизана излучением, которое генерируется различными источниками и имеет совершенно разную физическую природу. К ним
относится геомагнитное поле земли и поле, создаваемое человеческой
деятельностью. На нынешнем этапе развития научно-технического
прогресса человек вносит существенные изменения в естественное
магнитное поле, придавая геофизическим факторам новые направления и резко повышая интенсивность своего воздействия. Установлено, что в процессе эволюции живые организмы приспособились к определённому уровню электромагнитного поля, однако, его резкое и
значительное повышение (в историческом аспекте) вызывает напряжение адаптационно-компенсаторных возможностей организма, а
долговременное действие этого фактора может привести к их истощению, что повлечёт необратимые последствия на системном уровне
[1]. Необходимость изучения в современной экологии исследуемого
вопроса о влиянии электромагнитных полей на организм обусловлена
тем, что в течение нескольких последних десятилетий уровень электромагнитного поля (ЭМП) в окружающей среде катастрофически
219
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
вырос [2]. К тому же, роль и влияние электромагнитных полей изучены несопоставимо мало по сравнению с той ролью, которую они играют в нашей жизни [3].
Воздействие электромагнитных и магнитных полей на организм
человека и животных приводит к серьёзным нарушениям в жизнедеятельности различных органов. Кровь, это та организменная среда, которая в наибольшей степени подвержена влиянию негативных факторов внешней среды [4]. Защита организма человека от действия
электромагнитных излучений предполагает снижение их интенсивности до уровней, не превышающих предельно допустимые. Защита
обеспечивается выбором конкретных методов и средств, с учетом их
экономических показателей, простотой и надежностью эксплуатации.
Экранирование – наиболее эффективный способ защиты. Электромагнитное поле ослабляется экраном вследствие создания в толще его
поля противоположного направления.
Эритроциты крови традиционно используют в качестве объекта
изучения при различных экстремальных воздействиях и дают объективную оценку степени стрессорных повреждений клеточных мембран.
Поскольку крысы относятся к тому же классу млекопитающих, что и
человек, то данные, полученные в результате проведенных исследований, могут быть в некоторой степени перенесены и на человека.
Исходя из актуальности проблемы, целью исследования явилось
изучение изменения гемореологических показателей крови крыс (гемоглобина, гематокрита, индекса деформируемости эритроцитов, индекса агрегации эритроцитов, показателя общего белка плазмы) под
влиянием магнитного поля и оценка защитных свойств железосодержащего материала, изготовленного на основе гальваношламов – образованных при очистке сточных вод гальванических производств. Необходимо отметить, что проведенные исследования направлены
также на решение задачи вторичного использования многотоннажных
промышленных отходов [5].
Экспериментальная часть
Исследования проведены на 12 половозрелых белых беспородных крысах – самцах массой 280-330 г. Все крысы находились в одинаковых условиях содержания и кормления. Забор крови производили
из хвостовой вены. Объем пробы (1,5 мл) не превышал 4% от объема
циркулирующей крови, а масса ее составляла не более 0,3% массы тела. В качестве стабилизатора использовали гепарин в микродозах.
Кровь от одного и того же животного делили на три пробы, которые
помещались в пробирки. Одна из проб являлась контрольной, две
220
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
другие помещались на 10 мин. в магнитное поле (магнит) напряженностью 200 мTл, причем одна из проб находилась в футляре из защитного материала. Опыты проводились при температуре +370 С.
Для определения гемореологических параметров использовали
различные микрометоды. Оценка показателей гематокрита определена путем центрифугирования крови в микрокапилярах в течение 30
мин. (n=3000 об/мин.). Количество гемоглобина определяли гимиглобинцианидным методом на спектрофотометре при длине волны 540
нм. Индекс агрегации рассчитывали по отношению числа агрегатов к
количеству неагрегированных эритроцитов при исследовании в камере Горяева. Деформируемость эритроцитов анализировали по скорости фильтрации суспензии эритроцитов в физиологическом растворе
с геамтокритным показателем 2% через фильтр фирмы ВЛАДИПОР
(Владимир) с диаметром пор 2- 4,5 мк. Индекс агрегации эритроцитов
(ИАЭ) рассчитывается по формуле:
ИАЭ = кол-во агрегированных эритроцитов /число неагрегированных эритроцитов
Обсуждение результатов
Нами исследовано изменение гемореологических показателей
крови крыс под влиянием постоянного магнитного поля по сравнению с контролем, а также экранирующие или нейтрализующие свойства железосодержащего материала.
А. Изменение показателя гематокрита
Гематокрит – это отношение суммарного объема эритроцитов к
объему плазмы крови, в котором они содержатся. Изменение данного
показателя, вероятно, происходит вследствие изменения объема эритроцитов. Магнитное поле воздействует на мембранный потенциал,
нарушая работу К, Na – каналов. Бесконтрольное проникновение ионов во внутрь клетки приводит к необратимому процессу – разрыву
клеточной мембраны. Следствием данного процесса будет являться
уменьшение объема эритроцитов.
В результате воздействия магнитного поля отмечено уменьшение
показателя гематокрита на 8,1% (рис.1). Снижение гематокрита ведёт
к уменьшению концентрации гемоглобина в крови при одновременном уменьшении числа эритроцитов, изменению их качественного
состава, т.е. является результатом развития анемии. Любая анемия
приводит к снижению дыхательной функции крови и развитию кислородного голодания тканей.
221
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
37
37
36,5
36
36
35,5
35
34,5
Гематокри…34
34
33,5
33
32,5
Исходное состояние
После воздействия
магнитного поля
После воздействия
магнитного поля через
защитный материал
Рис.1. Средние значения показателя гематокрита крови крыс
в контроле и образцах при воздействии магнитного поля,
а также при использовании защитного материала
В присутствии защитного материала показатель гематокрита
уменьшается по отношению к контролю на 2,7%, т.е. защитный материал обладает экранирующим действием.
Б. Изменение индекса агрегации эритроцитов (ИАЭ)
Индекс агрегации эритроцитов – это показатель, определяющий
морфо-функциональные свойства и характеризующий продвижение
крови по кровяному руслу. Под влиянием магнитного поля индекс агрегации эритроцитов в образце увеличился на 8,3 % (рис.2). Это, вероятно, носит негативный характер, приводящий к затруднению продвижения крови по кровяному руслу. По своим физическим
свойствам кровь обладает электропроводностью и магнитными моментами своих элементов. Форменные элементы крови заряжены отрицательно, также заряжены и стенки кровеносных сосудов. Происходит электростатическое отталкивание, и величина зарядов сильно
влияет на процессы свертывания и скорость оседания эритроцитов.
Свертывание крови – это электростатическое притяжение клеток крови к поврежденному участку, потерявшему естественный отрицательный заряд. При движении крови по сосудам возникают также электродинамическое,
электромагнитное
и
гидродинамическое
взаимодействия потока заряженной жидкости со стенками сосуда.
Вероятно, магнитное поле меняет величину зарядов эритроцитов и
тем самым нарушает тонкую систему электростатического отталкива222
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ние. Данные изменения приводят к агрегации эритроцитов. В случае
защитного материала, он обладает экранирующим свойством, ослабляющим действие магнитного поля. При этом показатель индекса агрегации эритроцитов увеличивается на 2% по сравнению с контролем,
что свидетельствует о не полном экранировании.
0,625
0,63
0,62
0,61
0,6
0,589
0,59
0,58
0,577
ИАЭ(отн.ед.)
0,57
0,56
0,55
Исходное состояние
После воздействия
магнитного поля
После воздействия
магнитного поля через
защитный материал
Рис.2. Средние значения показателя индекса агрегации эритроцитов до и после
воздействия магнитного поля, при использовании защитного материала
В. Изменение показателя общего белка
Показатель общего белка отражает содержание белков в сыворотке крови. Под влиянием магнитных полей на макромолекулах
происходит возникновение зарядов и изменение их магнитной восприимчивости. В связи, с чем магнитная энергия макромолекул может превышать энергию теплового движения, а поэтому магнитные
поля вызывают ориентационные и концентрационные изменения биологически активных макромолекул, что отражается на кинетике биохимических реакций и скорости биофизических процессов. Вероятно,
следствием данных изменений явилось уменьшение показателя общего белка на 25,7 % (рис.3). В присутствии защитного материала показатель общего белка изменяется на 11,6% по отношению к контрольному образцу.
223
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
7
6
6,109
5,396
4,537
5
4
Общий белок(г/л)
3
2
1
0
Исходное состояние После воздействия
магнитного поля
После воздействия
магнитного поля
через защитный
материал
Рис 3. Средние значения показателя общего белка до и после
воздействия магнитного поля, при использовании защитного материала
1,2
1,166
0,98
1
0,84
0,8
0,6
Гемоглобин(г/л)
0,4
0,2
0
Исходное
состояние
После воздействия После воздействия
магнитного поля
магнитного поля
через защитный
материал
Рис 4. Средние значения показателя гемоглобина до и после воздействия
магнитного поля, при использовании защитного материала
224
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Г. Изменения показателя гемоглобина
Гемоглобин – железосодержащий белок эритроцитов, способный
обратимо связываться с кислородом, обеспечивая его перенос в ткани.
Под действием магнитного поля данный показатель снизился на 28 %
(рис.4). Это явление носит негативный характер, так как гемоглобин
является основным переносчиком кислорода в крови, а снижение его
концентрации неблагоприятно влияет на поступление кислорода в
ткани и органы. При нахождении образца крови в защитном материале, показатель гемоглобина изменяется на 16%.
Заключение
1. Проведено комплексное исследование влияние постоянного
магнитного поля на гемореологические показатели крови крыс и дана
оценка экранирующим и магнитонейтрализующим свойствам защитного материала.
2. Влияние магнитного поля напряженностью 200 мТл в течение
10 мин. во всех случаях носило негативный характер. Гемореологические показатели крови крыс (гематокрит, индекс агрегации эритроцитов, общий белок, гемоглобин) в образце изменялись на 8-28% по отношению к контролю.
3. В присутствии железосодержащего материала гематокрит и
индекс агрегации эритроцитов изменяются 2- 2,7% по отношению к
контрольному образцу, а общий белок и гемоглобин на 11-16%.
4. Данный магнитозащитный материал, изготовленный на основе
гальваношламов, обладает эффективными экранирующими и магнитонейтрализующими свойствами и может быть предложен для практического применения.
Литература
1. Аристархов В.М., Пизурян Л.А., Цыбышев В.П. Физико-химические основы первичных механизмов биологического действия магнитных полей//Реакции биологических систем на магнитные поля. М.: Наука, 1987. С.41-48
2. Холодов Ю.А. Реакция нервной системы человека на электромагнитные
поля. М.: Наука, 1992. C. 187.
3. Григорьев Ю.Г., Григорьев О.А., Степанов В.С., Пальцев Ю.П.Серия
докладов по политике в области охраны здоровья населения. М. 1997. 91 с.
4. Боголюбов В.М., Пономаренко Г.Н. Общая физиотерапия. – СПб., 1998. –
174 c.
5. Соколов Э.М., Макаров В.М., Володин Н.И. Комплексная утилизация
гальваношламов машиностроительных предприятий /Монография. – М: Машиностроение, 2005. – 288 с.
225
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
РАЗДЕЛ 5. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ
ПРОБЛЕМЫ И ЗДОРОВЬЕ НАСЕЛЕНИЯ
ОСОБЕННОСТИ УРОВНЕЙ ГОРМОНОВ СИСТЕМЫ
ГИПОФИЗ-ЩИТОВИДНАЯ ЖЕЛЕЗА
И СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ СИСТЕМЫ У ЖЕНЩИН г. ВОЛОГДА
К.Н. Дубинин, О.Н. Старикова*, И.Н. Молодовская, Е.В. Типисова
Институт физиологии природных адаптаций УрО РАН,
e-mail: konstantin-dubinin@yandex.ru
*ГОУ ВПО «Северный государственный медицинский университет Росздрава»
Актуальность. Тесная зависимость метаболических процессов в
организме человека от различных гормональных влияний общеизвестна и не вызывает сомнений. В тоже время остается много неясного
в состоянии и взаимодействии эндокринных систем. В 20-х годах
XX столетия клиницисты разных стран обратили внимание на частое
сочетание сердечно-сосудистых заболеваний, нарушений углеводного
обмена, ожирения и изменении функции щитовидной железы. Доказана роль гормонов щитовидной железы в регулировании основных
метаболических процессов (в частности участие тиреоидных гормонов в регуляции липидного спектра крови) и функционировании сердечно-сосудистой системы [1,5]. Отмечено развитие дислипопротеинемиии в сочетании с артериальной гипертензией преимущественно
диастолического характера при субклиническом варианте гипотиреоза [2]. Поэтому представляется актуальным исследовать как уровни
гормонов системы гипофиз-щитовидная железа, так и проследить их
взаимосвязь с сердечно-сосудистой системой.
Цель исследования: изучение эндокринного статуса и состояние
сердечно-сосудистой системы женщин г. Вологда, выявление между
ними взаимосвязей.
Материалы и методы. Объектом исследования явились практически здоровые лица женского пола, постоянно проживающие в г.
Вологда. Обследовано 47 сотрудниц ГУЗ «Вологодская областная
станция переливания крови № 1» от 21 до 68 лет, разделённых на возрастные группы 21-35 лет (10 женщин), 36-55 лет (27 женщин), 56 лет
226
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
и старше (10 женщин). Было проведено первичное анкетирование обследуемых для проведения дальнейшего анализа, физикальный осмотр и первичная обработка крови (кровь забиралась с помощью вакутайнеров, откручивалась на центрифуге, сыворотка и плазма
расфасовывались в эпиндорфы). Физикальный осмотр включал в себя: измерение веса при помощи больничных весов, измерение роста
при помощи ростомера KaWe (Германия), измерение артериального
давления (АД) и частоты сердечных сокращений (ЧСС) автоматическим прибором для измерения АД и частоты пульса MicrolifeBPA100
(Швейцария). АД и ЧСС измерялись трижды с интервалом 1 минута.
На базе лаборатории эндокринологии им. проф. А.В. Ткачёва проведены исследования уровней гормонов щитовидной железы: тироксина
общего (Т4), тироксина свободного (Т4 своб.), трийодтиронина (Т3) и
тиреотропина (ТТГ). Основным методом исследования являлся конкурентный иммуноферментный анализ (ИФА). Исследования проводились на автоматическом планшетном анализаторе для ИФА ELISYS
Uno на 1 планшет (HumanGmbH, Германия). Количественное определение гормонов щитовидной железы проводили с использованием наборов фирмы Human (Германия). Систолическое (САД) и диастолическое (ДАД) АД и ЧСС бралось как среднее значение из трёх
произведённых измерений. Индекс массы тела (ИМТ) рассчитывался
по формуле: ИМТ=масса (кг)/длина тела (м²). Норма ИМТ 19 -25; дефицит массы <19; избыточная масса >25; ожирение: 1 ст. >30, 2
ст.>34, 3 ст.>40 [4]. Весо-ростовой индекс (ИВР) рассчитывался по
формуле: ИВР=масса (кг)/рост (м³). ИВР у женщин: 14,1 и более – дигестивный тип; 12,6-14,0 – мышечный тип; 12,5 и менее – астеноторакальный тип конституции [3]. Индекс функционального состояния
(ФС или адаптационный потенциал АП) рассчитывался по формуле:
АП (ФС)= 0,011 * ЧСС + 0,014 * САД + 0,008 * ДАД + 0,014 * В (возраст) + 0,009 * М (масса, кг) – 0,009 * Р (рост, см) – 0,27. Величина
АП меньше 2 свидетельствует о хорошем уровне адаптации. Величина АП, не превышающая 2,1 соответствует удовлетворительной адаптации. Величина АП в диапазоне от 2,1 до 3,0 указывают на напряжение адаптации. Неудовлетворительная адаптация выражается
показателями от 3,0 до 4,1. Величина АП превышающая 4,1, является
показателем срыва процесса адаптации [3]. Вегетативный индекс
Кердо (ВИК) отражает степень влияния на сердечную деятельность
парасимпатической иннервации. ВИК = (1 – ДД / ЧСС)* 100. Положительное значение ВИК говорит о преобладании симпатических
влияний, отрицательное – преимущественно парасимпатических. Ста227
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
тистическая обработка результатов проведена с помощью программы
“SPSS,release 13.0”c использованием методов непараметрического
анализа. Сравнение различий средних в стратификационных выборках проводили с помощью двустороннего метода Стьюдента для непарных последовательностей (по t-критерию).
Результаты: Средние уровни Т4 (81,4 нмоль/л при норме 56-139
нмоль/л), Т4 свободного (16,9 пмоль/л при норме 10,29-25,7 пмоль/л),
Т3 (1,2 нмоль/л при норме 1,06-3,1 нмоль/л) и ТТГ (2,1 мМЕ/л при
норме 0,3-6,2мМЕ/л) не выходят за пределы физиологической нормы.
Отчётливо прослеживается связь возраста испытуемых и уровней
гормонов. Отмечается повышение уровня Т4 с увеличением возраста
от 78,5 нмоль/л до 83,6 нмоль/л (различия значений недостоверны,
p=0,536); снижение уровня Т4 свободного с 18,7 нмоль/л до 16,4
нмоль/л с увеличением возраста в возрастных группах 21-35 и 36-55
(различия значений недостоверны, p=0,384); снижение уровня Т3 с
1,44 нмоль/л до 1,005 нмоль/л с увеличением возраста (различия недостоверны, p=0,15); снижение уровня ТТГ с 2,95 мМЕ/л до 1,37
мМЕ/л с увеличением возраста (различия недостоверны, p=0,102).
Кроме того выявлено, что в возрастной группе 56 лет и старше уровень Т3 составил 1,005 нмоль/л, что меньше нижней границы физиологического предела (1,06 нмоль/л). В табл. 1 приведены результаты
исследования уровней гормонов щитовидной железы в зависимости
от возраста.
Таблица 1
Средние уровни гормонов щитовидной железы
в зависимости от возраста
Возраст, лет Т4, нмоль/л
(колич.; %)
(ДИ*;медиана)
Все (47; 100) 81,4(76,3-86,5;
81,5)
21-35
(10; 78,5(69,5-87,6;
21,3)
83,1)
36-55
(27; 81,6(74,64-88,5;
57,4)
81,5)
56 и старше 83,6(70,8-96,35;
(10; 21,3)
77,9)
Т4 св., пмоль/л
(ДИ*;медиана)
16,9(15,2-18,64;
15,8)
18,7(14,2-23,3;
17,4)
16,4(13,9618,75; 15,55)
16,56(14,3618,75; 15,8)
Т3, нмоль/л
ТТГ, мМЕ/л
(ДИ*;медиана) (ДИ*;медиана)
1,2(1,1-1,4; 1,2) 2,1(1,6-2,6; 1,9)
1,44(0,94-1,94;
1,25)
1,25(1,03-1,5;
1,3)
1,005(0,75-1,26;
0,93)
2,95(1,3-4,6;
1,95)
2,04(1,4-2,6;
2,1)
1,37(0,86-1,9;
1,15)
*ДИ – доверительный интервал
Средний возраст обследуемых составил 46,2±1,7 года. САД составило в среднем 139±3 мм. ртутного столба, ДАД – 89±2 мм. рт. ст. Вес
в среднем равнялся 70,2±1,9 кг, рост составил 162,1±0,95 см. ИМТ со228
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ставил в среднем 26,8±0,8, что говорит об избыточной массе тела обследуемых. ИВР составил в среднем 16,6±0,5. Это указывает на преобладание дигестивного типа конституции у испытуемых. Отмечается
напряжение адаптации – АП составил в среднем 3,1±0,1. ВИК составил
в среднем -15,9±3,1, что говорит о преобладании парасимпатических
влияний у испытуемых. При анализе данных антропометрического обследования выявляется взаимосвязь с возрастом. Отмечается увеличение ИМТ 24,8 до 27,5 с увеличением возраста в возрастных группах
21-35 и 36-55 (различия значений недостоверны, p=0,342); увеличение
ИВР 15 до 16,9 с увеличением возраста в возрастных группах 21-35 и
36-55 (различия значений недостоверны, p=0,2480); увеличение АП с
2,7 до 3,4 с увеличением возраста (различия значений достоверны,
p=0,01); уменьшение ВИК с -5,9 до -20,7 с увеличением возраста (различия значений недостоверны, p=0,1). В табл.2 приведены антропометрические показатели в зависимости от возраста.
Таблица 2
Данные антропометрического обследования
в зависимости от возраста
Возраст, лет ИМТ
(колич.; %)
(ДИ*; медиана)
Все (47; 100)
26,8
(42,949,5; 46)
21-35
24,8 (20-29,7;
(10; 21,3)
22,2)
36-55
27,5
(25,6(27; 57,4)
29,3; 27,3)
56 и старше 27 (25,4-28,6;
(10; 21,3)
27,5)
ИВР
(ДИ*; медиана)
16,6
(15,517,6; 16,3)
15 (12-18,1;
13,7)
17,1
(15,818,4; 16,6)
16,9
(15,817,9; 16,9)
АП
(ДИ*; медиана)
3,1(2,9-3,2;
3,0)
2,7(2,3-3,1;
2,4)
3,1(2,9-3,2;
3,0)
3,4(3,2-3,7;
3,6)
ВИК
(ДИ*; медиана)
-15,9(-22 –
-9,8; -9,6)
-5,9(-14,9 –
-3,1; -2,8)
-17,9(-26,4 –
-9,4; -14,9)
-20,7(-34,6 –
-6,8; -12,1)
*ДИ – доверительный интервал
Обсуждение результатов: В целом значения гормонов системы
гипофиз-щитовидная железа не выходят за границы физиологической
нормы. При анализе возрастных групп отмечена связь: с увеличением
возраста на фоне снижения уровней Т4 свободного, Т3 и ТТГ а также
повышения уровня Т4 наблюдается увеличение адаптационного потенциала, то есть напряжение адаптации в возрасте 36-55 лет и неудовлетворительная адаптация в возрастной группе 56 лет и старше
(различия значений достоверны, p=0,01). Увеличение медианы ИМТ и
ИВР на фоне повышения уровня Т4 и снижения уровней Т4 свободного, Т3 и ТТГ с увеличением возраста также прослеживается чётко.
229
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вегетативный индекс Кердо уменьшается с ростом возраста испытуемых, что указывает на рост преобладания преимущественно парасимпатических влияний (различия значений недостоверны, p=0,1).
Заключение
У сотрудниц ГУЗ «ВОСПК № 1» на фоне избыточной массы тела,
преимущественно дигестивного конституционального типа отмечается напряжение адаптации с преобладанием парасимпатических влияний на фоне особенностей гормонов щитовидной железы – в целом
нормальных средних значений Т4, Т4 свободного, Т3 и ТТГ со средним уровнем Т3 в возрастной группе 56 лет и старше ниже нормы
(1,005 нмоль/л при норме 1,06-3,1 нмоль/л). Кроме того, с увеличением возраста наблюдается рост среднего значения Т4, уменьшение
средних значений Т4 свободного, Т3 и ТТГ на фоне увеличения медианы ИМТ и ИВР, среднего значения АП и уменьшения среднего
значения ВИК.
Литература
1. Строев Е.А., Дубинина И.И. Полиэндокринопатии: сахарный диабет и
заболевания щитовидной железы. Рязань, 1995. – С.103
2. Левченко И.А., Фадеев В.В. Субклинический гипотиреоз // Пробл. эндокринол.-2000.-№ 2.-С. 13-22.
3. Копосова Т.С., Морозова Л.В. Лабораторный практикум по экологии человека. Учебно-методическое пособие. Архангельск, 2002 – С. 18-20.
4. Совершаева С.Л., Бондаренко Е.Г., Зиновьева С.С. Руководство к практическим занятиям по физической культуре. Часть 1. Архангельск, 2007 – С. 3.
5. Staub J.-J. Minimal thyroid failure: effects on lipid metabolism and peripheral
target tissues. // Europ.J.Endocrinol. 1998. – Vol.138. – P.137-138.
МОДЕЛЬ ХРАНЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ В НЕЙРОННОЙ СЕТИ
И.Ю. Мышкин, В.В. Майоров
Ярославский государственный университет им. П.Г. Демидова
В середине 60-х годов прошлого века было установлено, что колебания медленных электрических потенциалов, регистрируемых в
виде электроэнцефалограммы, закономерно связаны с изменениями
интервалов между импульсами отдельных нейронов в коре мозга. Колебания частоты импульсации зеркально отражают волны вызванных
потенциалов. Был сделан вывод, что вызванные потенциалы и электроэнцефалограмму (ЭЭГ) можно использовать для расшифровки
нейронных кодов. Найденную связь между волнами импульсации и
волнами ЭЭГ А.Н. Лебедев и В.А. Луцкий выразили дифференциаль230
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ным уравнением первого порядка с запаздывающим аргументом [1].
Решение уравнения при значениях его параметров, найденных из
опытных данных, показало, что узоры из волн ЭЭГ, во-первых, многообразны, и, во-вторых, каждый из узоров, поддержанный активностью минимум десятков и сотен нейронов, способен, не угасая, сохраняться в течение всей жизни индивида. Десятки и сотни
миллионов таких нейронных ансамблей могут хранит информацию о
внутреннем мире человека.
Впервые идея о волновых, циклических кодах памяти, обеспечивающих функционирование психики человека, его переживания была
высказана автором учения об ассоциациях, английским врачом Д.
Гартли в 18-веке, задолго до работ Г. Бергера, М.Н. Ливанова, Г.
Уолтера, Р. Джона, К. Прибрама, Н.А. Аладжаловой, Е.Н. Соколова,
В.Д. Небылицына, Э.А. Голубевой, В.М. Русалова и многих других
сторонников идеи о функциональной значимости ритмов ЭЭГ.
Модели хранения информации в нервной системе, частично отражающие работу реального мозга, строятся на биологических предпосылках, которые в большей или меньшей степени отражены в существующих моделях. В.С.Доценко с соавт. выделяют ряд постулатов
используемых при моделировании нейроных сетей:
- минимальным структурным элементом является формальный
нейрон с двумя состояниями; процесс кодирования и декодирования в
сети осуществляется через параллельную нейронную динамику;
- информация в системе определяется свойствами межнейрональных взаимодействий, прежде всего это сила синаптической связи,
которая может модифицироваться при обучении;
система должна обладать свойством ассоциативной памяти, т.е.
полный образ может быть восстановлен при предъявлении его фрагмента;
- исключение небольшой части нейронов не влияет на возможность извлечения записанной информации;
- выход модели является сложной функцией входа ввиду многообразия взаимодействия между элементами.
Из этого следует, что свойства модели определяются, главным образом, характером и величиной связей между элементами, т.к. нейрон
выполняет лишь функцию порогового устройства с двумя устойчивыми
состояниями. При этом не учитывается реальное свойство нейрона периодически спонтанно быть активным, т.е. изменять свой пороговый
уровень. Учет этой особенности во многом изменяет и расширяет свойства системы, а также, в ряде случаев, дает возможность упростить мо231
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
дель в отличие от существующих. А.В. Чернавский выделил следующие
свойства, влияющих на ритмику нейронных сетей:
1. Пороговый мембранный потенциал возникновения импульсации.
Это критическая разность зарядов внутри и снаружи мембраны. Если
разность меньше или равна критической, нейрон генерирует импульсы.
2. Адаптация частоты при длительной деполяризации, влекущая
за собой удлиннение периодов импульсации, что связано с работой
калиевых каналов.
3. После пачки импульсов, как правило, наступает гиперполяризация с замедлением частоты импульсации, и, наоборот, после торможения – деполяризация, вплоть до возникновения пачки импульсов.
4. Возможность задержки импульса до нескольких секунд при
пороговой деполяризации за счет специальных ионных механизмов.
5. Наличие нейронов, иногда безимпульсных, в которых деполяризация вызывает возникновение длительных плато-потенциалов.
Кроме указанных клеточных, на характер ритмики влияют синаптические и сетевые свойства. Синаптические – сила и временное течение процесса. Сетевые – связи парные, циклические, влияние афферентации – адаптация и настройка ритма на внешние условия,
интеграция с другими частями ЦНС.
Одним из свойств нервных элементов является их способность к
спонтанной импульсации, во многом хаотичной, но вместе с тем у
значительной части нейронов распределение разрядов не подчиняется
закону Пуассона. Для большинства нейронов характерны также вариации импульсации в ответ на поступающие стимулы, что было отмечено нами ранее. Тот факт, что импульсацию нейрона нельзя объяснить одними лишь внешними воздействиями, усложняет ее
моделирование. Между тем, общепринятая модель Ходжкина-Хаксли
построена на допущении лишь о рефлекторных изменениях мембранного потенциала. Для объяснения этих фактов А.Н. Лебедевым и В.А.
Луцким [1] была предложено дифференциальное уравнение с запаздывающим аргументом. Уравнение объясняет возникновение незатухающей активности в системе нейронов при объединении их некоторого количества. С определенными допущениями, модель может быть
использована и для описания отдельного нейрона. Таковы исходные
предпосылки для создания модели, описывающей организацию периодических процессов мозга, как основу для объяснения обработки
информации. Нами была разработана достаточно простая модель авторитмичности нейрона, имеющую биологические предисточники [2].
232
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Примем уровень наибольшей поляризации мембраны за начало
отсчета. Положительное отклонение мембранного потенциала от этого уровня обозначим через u. Для обоснования предлагаемого ниже
уравнения потребуются некоторые детали классической калиевонатриевой гипотезы. Согласно гипотезе, в состоянии гиперполяризации из клетки откачиваются ионы натрия и закачиваются внутрь ионы
калия. При этом в клетку поступает чуть больше ионов калия, чем откачивается из нее ионов натрия. В результате, в силу равенства зарядов ионов натрия и калия разность потенциалов на мембране начинает медленно снижаться (мембрана деполяризуется), а интересующая
нас величина u медленно растет. При достижении определенного
уровня деполяризации мембраны, активируются натриевые каналы и
возникает ток ионов натрия уже внутрь клетки. Это еще больше деполяризует мембрану и усиливает ток ионов натрия внутрь. Процесс
приобретает лавинообразный характер – u быстро растет. Наряду с
этим появляется ток ионов калия из клетки, который со временем
усиливается и приводит к инактивации натриевых каналов. В итоге
мембрана снова поляризуется. Общепринято, что калиевая проводимость запаздывает относительно натриевой.
Для величины u предлагается следующее уравнение с запаздыванием:
C
du
= (γ Na (u) + γ K (u(t – h))u ,
dt
(1.1)
где C – емкость мембраны, γ Na (u) и γ K (u(t – h)) – коэффициенты, характеризующие натриевую и калиевую проводимости. Последняя, в
соответствии с биологическим смыслом, запаздывает на величину h .
Коэффициенты проводимости представим в следующем виде: γ Na (u)
= a – f Na (u) ; γ K (u) = f K (u) – b, где a > 0, b > 0 – константы; f Na (u) и f
K (u) – положительные функции, достаточно быстро стремящиеся к
нулю при u → ∞. Для убывания величины u после достижения ее максимума необходимо b > a, т.к. при этом значение f Na и f K малы. Положим f Na и f K пропорциональным exp(-u2 ). В результате, принимая
за масштаб времени величину задержки h , для u приходим к уравнению вида:
du
= λ [ -1 – R1 exp(-u2) + R2 exp(-u2(t -1))] u
dt
(1.2)
Анализ уравнения, которым описывается модель показал, что она
обладает специфическими свойствами: наблюдаются периодические
233
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
флюктуации уровня потенциала, циклически генерируются спайки. В
зависимости от параметров, период активности варьировал в широких
пределах.
Таким образом, предложенная модель нейрона качественно
функционирует так же, как реальные нейроны. При этом имитируется
как сама форма электрической активности нейрона, так и состояние
абсолютной и относительной рефрактерности, явление задержки реакции. Главное, выводится аналитически способность нейронов к авторитмичным колебаниям активности. Рассмотрим возможности модели в плане хранения информации.
Проблема хранения информации относится не к отдельному нейрону, а ко всей сети в целом, поскольку общая особенность нейронных сетей – коллективная работа их элементов – нейронов. Нервная
сеть – это популяция нейронов, функционально связанных друг с другом. Выделяют два основных преимущества сетевой организации
нейронных структур. Во-первых, за счет сети наиболее экономно решается проблема организации связи между элементами. Во-вторых,
наличие сети дает возможность длительно удерживать в ней следы
активности, и это, по нашему мнению, самое главное.
Существуют различные модели организации нейронных. Все они,
являясь биологически оправданными, несут, однако, те или иные ограничения. Межнейронное взаимодействие элементов сети обусловлено наличием синапсов – функциональных контактов между ними.
Группы импульсов в ансамблях нейронов, по данным Н. П. Бехтеревой, различны в зависимости от физических и смысловых значений
воспринимаемых сигналов. Это же соответствует нашим представлениям, разработанным ранее вместе с А.Н. Лебедевым, согласно которым информация может храниться в виде системы волновых пакетов
[5]. Волновые пакеты представляют собой своеобразные циклические
коды, которые во времени периодически повторяются, подобно повторению рисунка электрокардиограммы, и обновляются в процессе
взаимодействия с сигналами извне. Близкая точка зрения была высказана Т. Кохоненом, который полагает, что нейронные сигналы передаются в виде серий или пачек импульсов, распространяясь по аксонам в виде волновых фронтов. Идеология волновых кодов
существенно отличается от ставшей уже классической точки зрения
Хопфилда. Согласно Хопфилду нейронная сеть хранит информацию в
виде состояний равновесия, которые либо потенциально заложены в
ней, либо формируются по определенным правилам (модель Хебба) в
результате внешнего воздействия.
234
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таким образом, существует несколько подходов в понимании
природы входящих в пакеты волн у представителей разных школ. Либо волна связана с функционированием отдельного нейрона, либо
речь идет о волнах так называемой медленной активности. В формировании медленных волн принимают участие сотни или тысячи нейронов, а также и другие механизмы нервной деятельности. Первая
точка зрения согласуется с принципом экономности природы в своих
творениях, а вторая отвечает принципу надежности. Сформулированные различия подходов для нас, однако, несущественны в том плане,
что общим для них является кодирование информации в виде волновых пакетов. Есть еще одно важное свойство нашей модели, которое
сглаживает противоречия. Уравнение (1.2) можно понимать и так, что
оно описывает волны медленной активности. При этом, естественно,
меняются величина и смысл коэффициентов и времени задержки.
Среди других подходов, отметим предложенную Д. Элконом модель локального взаимодействия для объяснения ассоциативной памяти. По этой гипотезе память в системе реализуется в виде “перемычек”
между парами близко расположенных синапсов на постсинаптическом
нейроне. Для образования этих “перемычек” не нужно срабатывания
постсинаптического нейрона, а достаточно лишь поступления сигналов от пресинаптических нейронов. Акт запоминания связан с процессами интенсивного локального взаимодействия между постсинаптическими участками. Для создания модели постулируются три
необходимых принципа. Во-первых, передача сигналов между элементами. Относительный вес синаптического взаимодействия изменяется
локально между ближайшими входами в зависимости от временного
соотношения поступающих сигналов и от повторения тех сигналов,
которые сочетаются во времени. Во-вторых, представление о прямых и
коллатеральных путях в нервной системе. Прямые пути жестко
встроены в систему, а коллатеральные формируются в ходе обучения,
под влиянием индивидуального опыта. Их роль различна. Для эффективной передачи информации вес взаимодействия в прямых путях
должен быть постоянен и высок, чтобы обеспечивать представление
образов в реальном времени. Вес взаимодействия в коллатеральных
путях должен быть исходно минимален и зависим от сочетания входных сигналов во времени. В-третьих, модель предполагает слоистое
строение и возможность передачи сигналов от одного слоя к другому.
Если рассматривать другие точки зрения на организацию нейронных сетей, то можно отметить модель Берла, где распространение
возбуждения в большой популяции беспорядочно соединенных друг с
235
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
другом нейронов связано с особенностью их организации: каждый
элемент сети связан со многими из своих ближайших соседей и с
меньшим числом дальних элементов. Однако, эффективность случайной популяции со случайными связями маловероятна. По мнению А.
Фессара, внутренние черты организации системы обусловлены не
сложным и разнообразным соединением отдельных цепей, а наличием немногих типов элементарных связей, которые реально существуют между нейронами. С другой стороны, Дж.Эделмен и В.Маункастл
рассматривают модульный принцип организации мозга, когда нейроны распадаются на ансамбли, динамически связанные между собой.
В последнее время развивается подход, в котором свойства ансамбля нейронов моделируются с помощью специально синтезированных нелинейных динамических систем. Вектором состояния в
этих моделях является вектор в фазовом пространстве системы, а память определяется числом и типом устойчивых многообразий в этом
пространстве – аттракторов. “Запоминание” новой информации осуществляется путем умножения (по определенным алгоритмам) структуры аттракторов в фазовом пространстве динамической системы.
Коллективное поведение нейронов в этих моделях описывается уравнениями “изображающей” динамической системы.
Таким образом, помимо структурной, синаптической организации нейронных взаимосвязей, возможно динамическое более быстрое
взаимодействие, устойчиво сохраняющихся паттернов активности
множества элементов. В связи с этим мы предлагаем модель системных динамических взаимосвязей в нейронной сети, указывающую на
возможность хранения информации в виде системы нелинейных колебаний. В целях упрощения в данном варианте будем смотреть на
нейронную сеть как на аналогию электрической цепи, для которой
справедливы законы Киргофа, т.е. связи устроим обычным диффузионным образом.
Пусть сеть из N элементов, в которой каждый нейрон потенциально взаимодействует с каждым. u – отклонение мембранного потенциала i-го нейрона от уровня максимальной поляризации. Будем
считать соответствующие параметры всех нейронов одинаковыми. В
силу сказанного придем к следующей системе уравнений:
du i
= λ [ -1 – R1 exp(-u2) + R2 exp(-u2i (t -1))] ui + 1/(N -1)
dt
(i = 1,......,N)
236
N
∑
j=1
Gij (uj – ui)
(1.3)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Коэффициенты Gij характеризуют силу воздействия j-го нейрона на
i-ый. Если Gij > 0, то связь возбуждающая, если Gij < 0, то связь тормозная, при Gij = 0, связь или нейтральная, или отсутствует. Распределение
коэффициентов Gij определяет организацию нейронной сети.
Процесс запечатления информации сводится к модификации коэффициентов силы связей Gij так, чтобы среди возможных установившихся режимов система (1.3) имела волновые пакеты наперед заданной структуры. На основе нейрофизиологического постулата
Д.Хебба, в модели мы положили, если спайк j-го нейрона совпадает
во времени с началом спайка i-го нейрона, то после нескольких периодических повторений коэффициент Gij увеличивается. Величина
прироста меняется так, что с течением времени коэффициент Gij выходит на некоторое предельное значение. Рассмотрим, какими свойствами может обладать предложенная система нейронов.
Система уравнений (1.3) для сети из десяти нейронов (N=10) исследовалась численно при значениях параметров: λ=3, R1 =1, R2 =2,2.
Все коэффициенты связи Gij = G выбирались одинаковыми, что по
нашему мнению, соответствует структуре локальной нейронной сети.
Величина G, в свою очередь, вариировалась. Выяснилось, что при
больших значения G однородный периодический режим (u1 = u2 = ...
=uN ) системы (1.3) устойчив. При уменьшении G однородное решение либо теряет устойчивость, либо, область его притяжения уменьшается. При этом появляются колебательные режимы нового качества, рождение которых происходит, по-видимому, при относительно
больших значениях G и не локально. Для таких решений характерен,
во-первых, гораздо меньший период, т.е. интервал между соседними
по времени спайками каждого из нейронов, а во-вторых, значительно
большая амплитуда пиков. Данные режимы можно назвать режимами
самоорганизации В зависимости от заданных начальых условий возникают режимы колебаний, различающиеся количеством групп синхронно функционирующих нейронов, численностью этих групп, распределение пиков во времени. Такие режимы самоорганизации можно
трактовать как нейронный шум. Мы выявили, если на нейронную
сеть, находящуюся в режиме шума, воздействовать последовательностью импульсов извне, то происходит синхронизация разрядов групп
нейронов. Более менее одновременно реагируют те нейроны, для которых в момент поступления внешнего импульса, такого воздействия
оказывается достаточно для генерации спайка. Пакет из группы спайков некоторое время существует в системе, а затем “размывается”.
Нам представляется, что такой процесс можно трактовать как кратко237
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
временное запоминание и последующее забывание волновых кодов.
При этом, реализуется принцип безадресности хранения информации,
поскольку важна структура волнового пакета, а не номера нейронов,
его образующих.
Процесс кратковременного запоминания моделировался системой уравнений (1.3) путем добавления в правые части всех уравнений
одного и того же слагаемого ϕ(t), где ϕ(t) представляло последовательность прямоугольных импульсов. Рассмотрим результаты моделирования стимуляции. Каждый внешний импульс оказывал деполяризирующее воздействие на все нейроны. Однако, после окончания
его действия нейроны распадались на два класса. Графики активности одних шли на подъем (генерировались спайки), другие же снова
стремились к состоянию гиперполяризации. Это происходило из-за
того, что для первых прошло уже достаточное время после предыдущего спайка и они расторможены. Вторые же недавно сгенерировали
спайки и находились в состоянии рефрактерности, поэтому в момент
воздействия в принципе не могли дать новый спайк. Таким образом,
результат активности каждого нейрона определялся предысторией его
развития, т.е. потенциалом мембраны. Отметим, что в результате достаточно сильного внешнего воздействия, т.е. после сигнала с большим произведением длительности на амплитуду, в системе долгое
время не наблюдается спайков. Это явление известно в эксперименте
как состояние рефрактерности системы в целом.
При уменьшении в системе уравнений (1.3) коэффициента G = Gij
(i,j = 1,....,10) режимы самоорганизации вырождаются: увеличивается
время между соседними во времени спайками каждого из нейронов,
уменьшается амплитуда колебаний. При этом имеет место определенная закономерность: чем многочисленнее группа синхронно работающих нейронов, тем стабильнее колебания и амплитуда пиков.
Итак, модельная система обладает важнейшим свойством – самоорганизацией, т.е. взаимодействием групп элементов ее составляющих. В результате внешнего воздействия или спонтанно в системе
возникают постепенно затухающие колебания или автоволны. Характер автоволн может быть различный в зависимости от количества
объединенных нейронов, характера воздействия, его интенсивности.
Чем сложнее система, тем богаче и разнообразнее автоволны. Каждая
представляет собой своеобразный волновой код. Анализ уравнений,
которыми описывается модель, показал, что она обладает специфическими свойствами: наблюдаются периодические флюктуации уровня
потенциала, циклически генерируются спайки. После спайка мем238
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
бранный потенциал медленно изменяется, и модельный нейрон находится в рефрактерной фазе. Период активности варьировал в зависимости от параметров, в широких пределах.
Таким образом, нами предложена математическая модель нейронной сети. Ее элементы (модельные нейроны), описываемые уравнениями с запаздыванием, качественно функционируют так же как и
центральные нейроны мозга. При этом имитируется форма электрической активности нейронов, состояние абсолютной и относительной
рефрактерности, явление задержки реакции. Объединенные в сеть, модельные нейроны оказывают друг на друга воздействие, вполне аналогичное наблюдаемому в нервной системе. Модельная система характеризуется большим количеством колебательных режимов, которые
можно трактовать как циклические коды. Внешнее воздействие консолидирует спайки групп нейронов. В результате на внешний стимул
возникает пачка спайков в нейронной сети. Рожденный волновой пакет
кратковременно хранит информацию и со временем разрушается.
Предложенная модель хранения информации в виде системы периодических нейронных процессов, обладает следующими свойствами:
1. При функционировании в устойчивом периодическом режиме,
система не восприимчива к внешней стимуляции, т.е. не способна запоминать и хранить информацию;
2. Для обеспечения возможности запоминания информации система должна иметь достаточное число степеней свободы колебательных режимов, т.е. обладать разнообразием периодических процессов;
3. Информационная емкость системы зависит от разнообразия
периодических процессов. Чем больше разнообразие колебательных
режимов, тем больше информационная ее емкость.
Последующая задача исследований состояла в том, чтобы выяснить роль ограниченного числа биоэлектрических паттернов ритмичной активности мозга в процессах обработки информации, а именно в
ограниченности объема кратковременной памяти.
В качестве рабочей гипотезы мы приняли положение о том, что
разнообразие, «сложность» периодических электрических процессов
мозга и определяет продуктивность и успешность когнитивной деятельности. Мерой сложности исследуемого процесса, в частности
ЭЭГ, может быть ее корреляционная размерность. Метод корреляционной размерности позволяет получить количественную оценку разнообразия процесса и по величине корреляционной размерности
можно судить о разнообразии, «сложности» периодических режимов
мозгa. Наиболее уникальной и важной функцией мозга является па239
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
мять. Память это системное свойство и по логике он может быть связано с другим и системным свойством – разнообразием, «сложностью» биоэлектрических процессов мозга [3].
Наши исследования показали, что между величиной корреляционной размерности ЭЭГ и объемом кратковременной памяти действительно существует зависимость. Индивидуумы, имеющие более высокие величины корреляционной размерности ЭЭГ демонстрировали
более высокий объем кратковременной памяти. Коэффициент линейной корреляции при (р < 0,05) и находился в пределах +0,3÷ +0,4 для
разных зон отведений [4].
Таким образом, моделирование волновых нейронных процессов,
указывает на возможность хранения в них информации в виде систем
автоколебательных режимов в течение определенного времени. Информационная емкость системы определяется количеством колебательных режимов, которыми она обладает. Ограниченность объема
кратковременной памяти объясняется, согласно нашей модели, ограниченностью числа нелинейных осцилляторов, способных хранить
информацию в виде системы незатухающих волн нейронной активности. Разнообразие периодических электрических характеристик мозга
отражает особенности когнитивных процессов личности, в частности,
информационные характеристики деятельности.
Литература
1. Лебедев А.Н., Луцкий В.А. Ритмы электроэнцефалограммы – результат
взаимосвязанных колебательных нейронных процессов. – Биофизика, 1972, т.17,
т.17, вып. 3, с. 556-558.
2. Майоров В.В., Мышкин И.Ю. М-машина – модель кратковременной памяти. В кн.: Нейрокомпьютер как основа мыслящих машин. М.: Наука. 1993, с.
137-145.
3. Мышкин И.Ю., Майоров В.В. Психофизиологический подход к диагностике ментальных способностей / Современная психология: состояния и перспективы ч.1. М.:ИПРАН 2002.
4. Мышкин И.Ю. Нейрофизиологические предпосылки ментальных способностей // Ярославский психологический вестник. Вып.7.с.78-83. МоскваЯрославль, 2009.
5. Lebedev A.N., Myshkin I.Yu., Mayorov V.V. The wave model of memory. In:
Neurocomputers and attention. Vol.1. Neurobiology, synchronization and chaos. Eds.
A.V. Holden and V.I. Kryukov. Manchester: Manchester University Press., 1990, p.
53-59.
240
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ФОРМИРОВАНИЕ ВНУТРИЖЕЛУДОЧКОВЫХ
ОБРАЗОВАНИЙ СЕРДЦА В РАННЕМ ЭМБРИОГЕНЕЗЕ ЧЕЛОВЕКА
А.Р. Ромбальская
Белорусский государственный медицинский университет, Минск
Формирование и строение внутрижелудочковых образований
сердца человека интересует не только эмбриологов и анатомов, но и
клиницистов, так как при нарушении развития и формирования мясистых трабекул, сосочковых мышц, сухожильных нитей возможно появление сердечной патологии. Значительную работу по изучению
развития сердца в эмбриогенезе человека выполнили Куртусунов Б.Т.,
1995, Михайлов С.С., 1987, Новиков И.И., 1990, Пэттен Б.М.,1959,
Grzybiak M., Szostakiewicz-Sawicka H., 1981.
Цель работы – установить источники формирования и исследовать строение мясистых трабекул, сосочковых мышц и сухожильных
нитей, их взаимосвязь со створками атриовентрикулярных клапанов и
между собой в раннем эмбриогенезе человека.
Материал и методы. Для установления источников формирования сосочковых мышц и мясистых трабекул изучены серии сагиттальных, фронтальных и поперечных срезов 60 зародышей человека
от 6 до 70мм ТКД (теменно-копчиковой длины), что соответствует
сроку от 4 до 12 недель внутриутробного развития [1], из эмбриологической коллекции кафедры нормальной анатомии Белорусского государственного медицинского университета. Серийные срезы исследовались с помощью микроскопа МБС-2, МБИ-3 и на аппаратнопрограммном комплексе «Axioskop 2 plus». Наиболее информативные
случаи фотографировались.
Изучив строение сердца на серийных срезах эмбрионов человека,
в отличие от данных литературы [2;3;4], мы не нашли в миокарде
расположения пучков кардиомиоцитов, формирующих отдельные
слои. Мы считаем, что кардиомиоциты и пучки, ими образованные,
по своему ходу переплетаются, имея в определённых участках миокарда соответствующую ориентацию, формируя массив миокарда и
мясистые трабекулы, которые в свою очередь, участвуют в образовании сосочковых мышц. Это значит, что не только мясистые трабекулы образованы пучками кардиомиоцитов из всей толщи миокарда, но
и сосочковые мышцы. Таким образом, по-нашему мнению, выделять
наружный (поверхностный), средний и внутренний (глубокий) слои
241
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
миокарда, вряд ли обоснованно, тем более что нет выраженных границ разделяющих миокард на слои.
В эмбриогенезе мясистые трабекулы в составе трабекулярной сети имеют различную ориентацию. Это является следствием того, что
сердце, которое развивается из сердечной трубки, имеет в своём составе аналогичное расположение пучков кардиомиоцитов. Следовательно, ориентация мясистых трабекул в желудочках сердца находится в зависимости от того, из какого слоя стенки сердечной трубки они
формируются (продольные, поперечные и спирально ориентированные трабекулы).
В литературе мы не встретили детального описания ярусов трабекулярной сети сердца в эмбриогенезе и подчёркиваем, что уже на
ранних этапах эмбриогенеза (20мм ТКД, что соответствует 6,5 – 7 неделям внутриутробного развития [1]) формируются признаки, характерные для дефинитивного состояния – большее количество ярусов
трабекулярной сети в левом желудочке по сравнению с правым.
Мы наблюдали связь сосочковой мышцы непосредственно со
створкой атриовентрикулярного клапана. Вместе с тем нами выявлены и другие особенности этой связи. Существует следующая закономерность: со свободным краем створки сосочковая мышца связана
непосредственно (плотно примыкает к створке), а с желудочковой поверхностью створки – с помощью мышечных перемычек (будущих
сухожильных хорд), отходящих преимущественно от средней и верхней трети сосочковой мышцы. Помимо этого, к створкам атриовентрикулярного клапана, особенно к желудочковой поверхности, могут
присоединяться и мясистые трабекулы, исходящие непосредственно
из трабекулярной сети. Возможно, это происходит потому, что свободный край створки более подвижен и для контроля его работы необходима большая сила (сосочковая мышца), чем для желудочковой
поверхности створки (нити из трабекулярной сети).
По данным литературы [4;5] в процессе развития клапаны истончаются, и с их вентрикулярных поверхностей исчезает сердечная мускулатура, присутствовавшая ранее, а мышечные трабекулы, которые
были прежде прикреплены к развивающимся створкам клапанов, замещаются фиброзными образованиями. Те части трабекул, которые
соединены со стенкой желудочка, остаются и образуют сосочковые
мышцы. С нашей точки зрения трабекулы, формирующие трабекулярную сеть, имеют определённую ориентацию и создают ярусы. Далее мясистые трабекулы, выпячиваясь в полость желудочка и сливаясь друг с другом преимущественно на уровне средней трети
242
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
желудочка, формируют сосочковые мышцы, непосредственно связанные со створками атриовентрикулярных клапанов, имеющих в своём
составе мышечный компонент. По мере увеличения размеров сердца
створки и мышцы отдаляются друг от друга и между ними формируются тяжи – будущие сухожильные хорды. Помимо этого, сухожильные хорды выходят непосредственно из мясистых трабекул. Они отделяются от трабекулярной сети и прикрепляются к створкам
предсердно-желудочкового клапана. В процессе демускуляризации
мышечная ткань в некоторых трабекулах, сухожильных хордах и
створках атриовентрикулярных клапанов замещается соединительной
тканью и внутрижелудочковые образования по своему строению приближаются к дефинитивному строению.
Таким образом, изучение строения внутрижелудочковых образований сердца человека на определённых этапах эмбриогенеза позволило выявить особенности рельефа внутренней поверхности желудочков сердца и установить источники формирования мясистых
трабекул, сосочковых мышц и сухожильных нитей, а также подтвердить отсутствие отдельных слоёв в миокарде.
Литература
1. Лобко П.И. Физиологическая атрезия / Лобко П.И., Петрова Р.М., Чайка
Е.Н. – 1983. – С. 7-8.
2. Михайлов С.С. Клиническая анатомия сердца / Михайлов С.С. – 1987. –
С. 13-18, 136.
3. Большая медицинская энциклопедия: в 29 т. / под ред. Петровского Б.В. –
T.23. – 1984. – С. 447.
4. Пэттен Б.М. Эмбриология человека / Пэттен Б.М. – 1959. – С. 650.
5. Hamilton W.J. Embriologia humana / Hamilton W.J., Boyd J.D., Mossman
H.W. // La Habana, 1967. – Ed. Revolucionaria – P. 165 – 206.
ОЦЕНКА БИОЛОГИЧЕСКОГО ВОЗРАСТА
У РАБОТНИКОВ РАЗНЫХ ПРОФЕССИОНАЛЬНЫХ ГРУПП
Н.Н. Тятенкова, А.Н. Воронцова
Ярославский государственный университет им. П.Г. Демидова
Оценка биологического возраста человека может существенно
отличаться от возраста хронологического и имеет важное значение
для многих областей биологии человека, для геронтологии и гериатрии, для решения вопросов трудоустройства людей пенсионного возраста и пр. (Шахбазов В.Г., 1986). Длительное воздействие на организм человека вредных факторов может привести к истощению
243
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
резервных возможностей и развитию состояния перенапряжения, а
затем и к срыву адаптаций (Баевский Р.М.,1979). Поскольку длительное функциональное напряжение приводит сначала к истощению
компенсаторных механизмов, а затем к их поломке, эти явления, в
свою очередь способствуют преждевременному и (или) ускоренному
старению организма работающих (Башкирёва А.С.,2002).
В связи с вышесказанным цель проведенного исследования состояла в оценке биологического возраста у работников разных профессиональных групп.
В ходе работы обследованы 325 мужчин в возрасте от 22 до 60
лет. Все испытуемые были разбиты на 5 профессиональных групп:
медицинские работники (МР), рабочие литейного (ЛИТ) и сборочного
(СИМ) цехов моторного завода, работники строительно-монтажного
управления (СМУ) и рабочие шинного завода (ШЗ). В каждой профессиональной группе выделяли две возрастные подгруппы, согласно
общепринятой возрастной периодизации онтогенеза человека (первая – мужчины в возрасте от 22 до 35 лет, вторая – от 36 до 60 лет). У
испытуемых проводилось определение биологического возраста (БВ)
по методике, предложенной В.А.Войтенко (1991):
БВ = 44,3 + 0,68*СОЗ + 0,4*АДС – 0,22*АДД – 0,004*ЖЕЛ –
0,11*ЗДв +0,08*ЗДвыд–0,13*СБ.
Для оценки биологического возраста у испытуемых измеряли артериальное давление систолическое (АДС, мм рт. ст.) и диастолическое
(АДД), жизненную емкость легких (ЖЕЛ, мл), задержку дыхания на
вдохе (ЗДВ, с) и выдохе (ЗДВыд, с), статическую балансировку (СБ, с) и
проводили анкетирование с целью самооценки здоровья (СОЗ).
Полученные результаты обрабатывали при помощи программ
Microsoft Excel и STATISTICA. Рассчитывали средние величины,
ошибку среднего, был проведен T-тест, т.е. расчет коэффициентов
Стьюдента, а также проводился корреляционный анализ Пирсона.
Результаты физиометрического обследования выявили достоверные различия между группой медицинских работников и рабочими
вредных производств по таким показателям, как артериальное давление,
жизненная емкость легких, задержка дыхания на вдохе, задержка дыхания на выдохе, статическая балансировка и сила руки. Установлено,
что у 39-78 % рабочих заводов и строительных организаций жизненная
емкость легких снижена по отношению к должной величине, у 57-67 %
обследуемых наблюдается достоверное увеличение АДС. По результатам функциональных проб обнаружено, что неудовлетворительную
оценку по задержке дыхания на вдохе и выдохе имеют 22-48 % и 81244
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
98% работников соответственно. Установлена тенденция ухудшения
показателей респираторной системы, а также результатов статической
балансировки в ряду: медицинские работники → сборочный цех →
шинный завод → литейный цех/строительные организации.
Все вышеперечисленные показатели использовались для расчета
биологического возраста. Согласно полученным результатам, у рабочих
литейного цеха среднее значение показатель БВ составил 63,3±1,2 лет.
Средние значения БВ у первой исследуемой возрастной группы (22-35
лет) составили – 58,4±1,6 лет, а у рабочих этого же цеха второй исследуемой возрастной группы (35-60 лет) – 66,4±1,4 лет. Для работников
сборочного цеха среднее значение БВ оказалось равным 62,3±1,8 лет. У
рабочих сборочного цеха средние значения БВ первой возрастной группы – 56,4±2,1 лет, а у сборщиков второй возрастной группы – 68,9±2,1
лет. Среднее значение БВ работников СМУ в целом по группе составляет 64,8±0,8 лет. В среднем значения БВ у строителей первой исследуемой возрастной группы – 60,5±0,8 лет, а у второй исследуемой возрастной группы строителей – 68,7±1,2 лет. Во всех возрастных группах
работников шинного завода среднее значение БВ равно 52,1±1,8 лет. У
первой возрастной группы рабочих среднее значение БВ – 46,9±3,1 лет,
а у второй возрастной группы – 56,4±1,9 лет. В целом по группе медработников среднее значение БВ оказалось равным 49,9±2,0 лет. В первой
и второй возрастных группах этот показатель составил соответственно –
42,2±2,9 лет и 57,4±1,7 лет.
Для оценки степени постарения (ранга) находили разницу между
фактическим и должным биологическим уровнем. Принадлежность к
третьему рангу свидетельствует, о соответствии фактического биологического возраста должному, замедленные темпы постарения соответствуют первому и второму рангам, ускоренные – к четвертому и
пятому. Результаты проведенного обследования и расчета степени
постарения представлены в табл. 1.
В выделенных возрастных группах обнаружены достоверные
различия значений показателя БВ: между работниками литейного цеха моторного завода и остальными исследуемыми группами, а также
у врачей с группами сборщиков и строителей. Выявлены достоверные
различия между рабочими сборочного цеха моторного завода и рабочими шинного завода.
Наибольшая скорость старения отмечена для работников строительных организаций первой возрастной группы. В среднем она составила 24,1 года, что расценивается как ускоренный тип старения и
245
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
соответствует пятому рангу. Это позволяет отнести их в угрожаемый
по состоянию здоровья контингент.
Таблица 1
Оценка темпов старения (количество испытуемых, %)
Цех
ЛИТ
СИМ
СМУ
ШЗ, 2 цех
МР
Возрастные
группы
I (22-35 лет)
II (36-60 лет)
Все
I (22-35 лет)
II (36-60 лет)
Все
I (22-35 лет)
II (36-60 лет)
Все
I (22-35 лет)
II (36-60 лет)
Все
I (22-35 лет)
II (36-60 лет)
Все
Ранг постарения
1
2
17,9
3,6
14,7
16,1
3,2
12,5
8,3
6,1
4,1
3
1,4
0,7
3,6
5,9
3,2
8,3
16,0
12,2
4
14,8
9,1
5,3
2,8
8,6
4,5
7,1
8,8
8,1
20,9
28,0
24,5
5
100,0
85,2
90,9
94,7
100,0
97,2
100,0
90,0
94,8
67,8
70,6
69,4
50,0
56,0
53,1
По результатам корреляционного анализа было выявлено, что
наибольшую степень сопряженности с биологическим возрастом
имеют показатели ЖЕЛ (при коэффициенте корреляции r = 0,60) и СБ
(r = 0,60), значительную корреляцию имеет показатель СОЗ (r = 0,55)
и ЗДВ (r = 0,50), умеренную корреляцию имеет профессия (r = 0,41) и
АДС (r = 0,37).
Поскольку показатель БВ является интегральным, то на его значения оказывают влияние все составляющие его величины, на которые, в свою очередь, влияют условия труда. Высокая скорость старения работников вредных производств, по сравнению с медицинскими
работниками, говорит о негативном воздействии условий труда на организм. Практически на всех машиностроительных заводах рабочие
подвергаются воздействию интенсивного шума и локальной вибрации, содержание пыли на рабочих местах превышает ПДК в 10-50 раз,
концентрации химических вредных веществ – до 5 раз. Как правило, в
машиностроительной промышленности и ряде других широко используется устаревшее и виброопасное оборудование. На многих
предприятиях стройиндустрии остается очень высоким процент ручного труда, технологическое оборудование повсеместно на 50 – 65 %
246
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
изношено, уровень шума выше допустимого на 10-20 дБА, температура воздуха ниже нормируемой на 5-15оС, уровень механизации
трудоемких процессов составляет лишь 30-40% (Гусейнов А.А., 1993;
Триль Б.Г., 2006).
Таким образом, в ходе проведенной работы установлено, что для
70 – 97% рабочих вредных производств и 53% обследованных в группе медработников характерен резко ускоренный темп старения. По
степени старения исследуемые группы расположены следующим образом: рабочие моторного завода и строительных организаций (характерны высокие темпы старения) → рабочие шинного завода → медицинские работники. По данным корреляционного анализа
обнаружено, что основными маркерами биологического возраста являются такие показатели как артериальное систолическое давление,
жизненная емкость легких, задержка дыхания на вдохе, профессия и
статическая балансировка.
Литература
1. Баевский Р.М. Прогнозирование состояния на грани нормы и патологии. – М.: Медицина,1979. – 295 с.
2. Башкирева А.С. Влияние БВ на профессиональную работоспособность.
Сообщение 2. БВ и физическая работоспособность // Физиология человека. –
2002. –Т.28. – №5. – С.92 – 102.
3. Гусейнов А.А. Интегральная количественная оценка условий труда в
строительном производстве // Медицина труда и промышленная экология. –
1993. – № 11-12. – С.25-27.
4. Шахбазов В.Г., Колупаева Т.В., Набоков А.Л. Новый метод определения
биологического возраста человека // Лабораторное дело. – 1986. – № 7. – С. 404407.
МИКРОЭЛЕМЕНТНЫЙ СТАТУС ДЕТЕЙ В УСЛОВИЯХ
АНТРОПОГЕННОЙ НАГРУЗКИ ЯРОСЛАВСКОЙ ОБЛАСТИ
А.Л. Фираго
Ярославский государственный университет им. П.Г. Демидова
В последнее время экологические проблемы все больше привлекают внимание ученых и специалистов различных направлений, поскольку, в результате технического прогресса и нерационального использования природных ресурсов, антропогенное загрязнение
окружающей среды приобрело огромные масштабы и стало угрожать
здоровью человека [1, 6, 14]. Развитие промышленности и широкой
сети автотранспорта привело к возникновению искусственных био247
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
геохимических районов, сосредоточенных вокруг крупных городов,
где в объектах окружающей среды выявляются повышенные уровни
таких микроэлементов как свинец, кадмий, цинк, медь. Известно, что
как избыток, так и недостаток микроэлементов в окружающей среде
оказывает влияние на химический гомеостаз организма человека и
может приводить к возникновению различных патологий, в том числе
эндемических. Дети, находясь в процессе роста и развития, функциональной неустойчивости регуляторных систем организма, наиболее
чувствительны к изменениям условий окружающей среды [1, 6]. Химические элементы, поступая в организм человека, аккумулируются в
биосубстратах, которые, т.о., можно использовать в качестве биологических маркеров экспозиции химического загрязнения и в диагностике микроэлементных дисбалансов и экологически обусловленных
заболеваний у населения.
Материалы и методы
Для исследования были выбраны: 1. городская территория (г.
Ярославль, Фрунзенский р-н) основными источниками загрязнения
окружающей среды являются предприятия машиностроительного
комплекса, нефтехимической промышленности, ж/д- и автотранспорт;
2. сельская территория (Даниловский и Некрасовский р-ны Ярославской области) удалена от крупных промышленных зон, однако испытывает транспортную нагрузку вследствие эксплуатации железной и
автодорог, также на изучаемой сельской территории функционирует
несколько сельхозпредприятий.
В ходе исследования нами была осуществлена оценка микроэлементного статуса детей и состояния их здоровья. Родители обследуемых детей были проинформированы о цели и задачах исследования,
получено их добровольное письменное согласие на проведение диагностических мероприятий. Содержание цинка (Zn), меди (Cu), свинца
(Pb) и кадмия (Cd) было определено в волосах и ногтях детей (n=230).
Все обследуемые дети с момента рождения проживали на изучаемых
территориях. Сбор биосубстратов и подготовка проб к анализу производили согласно методическим рекомендациям [3,8]. В качестве метода исследования была выбрана анодная инверсионная вольтамперометрия,
поскольку
данный
метод
обладает
высокой
чувствительностью и селективностью [8, 10, 15].
Определение физического развития детей осуществлялось по антропометрическим показателям (длина тела, масса тела, окружность
головы (ОГ), окружность грудной клетки (ОГК)), полученные данные
сравнивались с нормативами, разработанными для Ярославской об248
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ласти [7]. Проводилось изучение медицинских карт детей формы
№026/у, из которых были выкопированы данные о частоте ОРИ,
группе здоровья и нервно-психического развития (НПР) детей. Статистическая обработка полученных данных проводилась с помощью пакета прикладных программ Microsoft Office Excel 2003 и Statistica 5.5.
Результаты и обсуждение
В результате настоящего исследования было выявлено, что микроэлементный состав биосубстратов городских и сельских детей различается (таблица). При анализе данных, по химическому составу
биосубстратов детей, проживающих в г. Ярославль и сельской местности Ярославской обл. были выявлены достоверные различия. Средняя концентрация цинка в ногтях и меди в волосах детей, проживающих в городе, достоверно повышена (р<0,01 и р<0,05 соответственно)
по сравнению с сельскими детьми, что безусловно является следствием значительной антропогенной нагрузки в условиях промышленного
города (машиностроение, химическая и нефтехимическая промышленность) [2, 5, 12].
Кроме того, достоверные различия были выявлены при сравнении уровней кадмия в биосубстратах сельских и городских детей.
Средние концентрации кадмия в волосах (р<0,05) и ногтях (р<0,001)
последних были достоверно выше, чем у детей из изучаемых сельских
районов (таблица) [11], что вероятно, связано с влиянием промышленного окружения, где в производстве используются процессы кадмирования металлов [2, 5, 12].
Таблица
Содержание микроэлементов в биосубстратах детей
(в возрасте от 1 до 3 лет)
биосубстрат
волосы
ногти
волосы
ногти
(M±m)
min-max
(M±m)
min-max
(M±m)
min-max
(M±m)
min-max
микроэлемент, мг/кг
Zn
Cu
город (n=144)
136,42±6,36
20,00±0,81*
17,82-329,73
4,12-47,41
254,08±9,66**
30,28±1,23
20,44-533,84
4,38-63,75
село (n=86)
121,70±8,37
17,13±1,16*
14,39-335,26
2,64-42,23
198,74±15,81**
27,87±2,15
27,25-477,75
1,56-67,08
Pb
Cd
3,36±0,23
0,19-11,81
4,88±0,41***
0,00-17,19
0,46±0,04*
0,00-2,07
1,90±0,17***
0,00-5,42
2,70±0,25
0,00-11,36
7,30±0,65***
0,00-16,38
0,31±0,05*
0,00-1,68
0,95±0,25***
0,00-5,09
Примечание: *– р<0,05; **– р<0,01; ***– р<0,001
249
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
На фоне относительного экологического благополучия и отсутствия явного промышленного загрязнения в исследуемой сельской местности, у детей, проживающих в Даниловском и Некрасовском р-нах
Ярославской обл., содержание свинца в ногтях значительно превышает (р<0,001) соответствующее значение для детей из г. Ярославля.
Пролегающие через исследуемые населенные пункты (Дмитриевское
с.п. и пос. Бурмакино) крупные транспортные потоки – автотрасса
федерального значения (М-8 «Холмогоры») и железная дорога (ОАО
«РЖД») проходящие вблизи ДОУ и ДОУ-школ – д. Туфаново около
150м от автотрассы М-8; с. Дмитриевское около 400м от ж/д путей
ОАО «РЖД»; пос. Бурмакино около 500м от ж/д путей ОАО «РЖД»,
могут являться источниками поступления свинца в окружающую среду [4, 9, 13], а, следовательно, и причиной его повышенного содержания в ногтях детей.
В результате нашего исследования также было выявлено, что наибольший процент детей с отклонениями в физическом развитии был
показан для г. Ярославль – дефицит массы тела здесь зарегистрирован
у 25% детей, избыток у 16%; дефицит длины тела был отмечен у 7%
детей, избыток у 2%. Более благополучная ситуация наблюдалась в
изучаемой сельской местности, где дефицит массы тела зарегистрирован у 18% детей, а избыток у 6%; показатели длины тела у 100% обследованных детей соответствовала норме. Сходная картина была показана и для показателей ОГ и ОГК: в г. Ярославль в среднем у 30% и
32% детей эти показатели находятся в норме, в сельских районах у
93% и 89% соответственно. Следует отметить, что наибольший процент детей, как с первой (7%), так и с третьей (11%) группой здоровья
был отмечен на изучаемой сельской территории; менее 1% из обследуемой городской выборки детей имели первую и 5% третью группу
здоровья. Наибольший процент детей с аллергопатологией был обнаружен в г. Ярославль – 42%, в сельских районах в среднем – 25%.
Заключение
Микроэлементный статус детей, проживающих в городе, характеризуется более высоким содержанием цинка, меди и кадмия, что диагностируется выявленными повышенными уровнями этих элементов в
волосах и ногтях обследуемых детей и, вероятно, является следствием
антропогенной нагрузки, оказываемой на данной территории. Содержание свинца в ногтях детей, проживающих на исследуемой сельской
территории, было достоверно выше, что возможно является следствием высокой транспортной нагрузки – вследствие близкого расположения дошкольных учреждений к крупным магистралям. При оценке со250
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
стояния здоровья детей, проживающих в г. Ярославль, был выявлен
значительный процент детей имеющих отклонения по антропометрическим показателям и по выбранным показателям состояния здоровья.
Более благополучная ситуация наблюдалась на изучаемой сельской
территории, однако, выявленное высокое содержание свинца в ногтях
детей из этого района может способствовать снижению темпов физического развития, угнетению функций иммунной системы, и в целом
способствует развитию эколого-зависимых заболеваний.
Литература
1. Барвинко Н.Г. Состояние здоровья детского сельского населения, проживающего в условиях разной степени загрязнения воздушного бассейна // Экология человека. – 2007. – № 1. – С. 34–38.
2. Вальков В.Ф., Казеев К.Ш., Колесников С.И. Экология почв: Учебное пособие для студентов вузов. Часть 3. Загрязнение почв. Ростов-на-Дону: УПЛ
РГУ, 2004. – 54 с.
3. Иванов С.И., Подунова Л.Г., Скачков В.Б., Тутельян В.А., Скальный
А.В., Демидов В.А., Скальная М.Г., Серебрянский Е.П., Грабеклис А.Р., Кузнецов В.В. Определение химических элементов в биологических средах и препаратах методами атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной
плазмой и масс-спектрометрией: Методические указания (МУК 4.1.1482-03,
МУК 4.1.1483-03). М.: Федеральный Центр Госсанэпиднадзора Минздрава России, 2003. – 56 с.
4. Исааков А.Ж., Перминова Л.А., Засорин Б.В., Зеленина Л.В. Региональные особенности биологической реакции детей на воздействие факторов внешней среды // Гигиена и санитария. – 2009. – № 4. – С. 49–52.
5. Карапетьянц М.Х., Дракин С.И. Общая и неорганическая химия. М.: Химия, 1992. – 592 с.
6. Корчина Т.Я. Биотический обмен веществ и элементный портрет человека. Экология человека. – 2007. – № 3. – С. 32–36.
7. Нормативы основных антропометрических и функциональных показателей детей и подростков г. Ярославля. // Методические рекомендации для врачейпедиатров. Ярославль, 2006. – 96 с.
8. Олихова С.В., Табачников М.М., Геворкян А.М., Жошкун Э., Киреев Г.В.
Содержание кадмия, свинца и меди в организме жителей Ташкента и Ташкентской области // Гигиена и санитария. – 2000. – № 3. – С. 11–12.
9. Ревич Б.А. Биомониторинг токсичных веществ в организме человека //
Гигиена и санитария. – 2004. – № 6. – С. 26–31.
10. Текуцкая Е.Е., Софьина Л.И., Бендеp Л.В., Онищенко Н.П. Методы и
практика контроля содержания тяжелых металлов в биосpедах // Гигиена и санитария. – 1999. – № 4. – С. 72–74.
11. Шитова Е.В. Содержание тяжелых металлов в биосубстратах детей в
условиях промышленного города. Автореферат на соискание уч. степ. к.
биол.н. – Ярославль, 2005. – 18 с.
251
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
12. Greenwood N.N., Earnshaw A. Chemistry of the elements. Oxford: Butterworth, 1997. – 1359 р.
13. Kutle A., Orescanin V., Obhodas J., Valkovic V. Trace element distribution
in geochemical environment of the island Krk and its influence on the local population
// Journal of radioanalytical and nuclear chemistry. – 2004. – Vol. 259. – № 2. – Р.
271–276.
14. Nowak B., Kozlowski H. Heavy metals in human hair and teeth the correlation with metal concentration in the environment // Biological trace element research. – 1998. – Vol.62. – № 3. – Р. 213–228.
15. Raghunath R., Tripathi R.M., Kumar A.V., Sathe A.P., Khandekar
R.N., Nambi K.S.V. Assessment of Pb, Cd, Cu, and Zn exposures of 6- to 10-year-old
children in Mumbai // Environmental research. – 1999. – Vol. 80. –№ 3. – Р. 215–221.
ЭКОЛОГИЧЕСКИ ИНДИКАТОРНЫЕ ПАТОЛОГИИ
В НОЗОЛОГИЧЕСКОМ ПРОФИЛЕ ЗАБОЛЕВАЕМОСТИ
ДЕТСКОГО НАСЕЛЕНИЯ ЯРОСЛАВСКОЙ ОБЛАСТИ:
МЕДИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ
1
И.С. Синицын, 1Л.Н. Вдовина, 2Л.В. Саморокова
Российская Федерация, г. Ярославль, 1ЯГПУ им. К.Д. Ушинского,
2
ГУЗ ЯО «МИАЦ»
Состояние здоровья человека является результатом воздействия
комплекса различных факторов: генетических особенностей организма, образа жизни, социального уровня, природных условий среды
обитания [2]. Качество жизни человека и уровень его здоровья рассматриваются в качестве основных критериев экологического благополучия территорий. В связи с этим категория здоровья рассматривается в настоящее время как индикатор соответствия экологических
характеристик и научно-технического прогресса.
Ярославская область принадлежит к числу наиболее индустриально развитых субъектов Российской Федерации. Высокий индустриальный потенциал региона оказывает сильное влияние на изменение основных компонентов окружающей среды и прежде всего
атмосферного воздуха, питьевой воды и почвы.
Рост воздействия антропогенных факторов обуславливает увеличение частоты многих хронических патологических процессов. Наибольшее распространение получают хронические заболевания тех органов и систем организма, которые выполняют барьерные функции и
обеспечивают поддержание чистоты внутренней среды организма:
дыхательной, пищеварительной, лимфатической, выделительной, иммунной и эндокринной [1].
252
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Индикаторная экологическая патология отражает высокую степень зависимости состояния здоровья от загрязнения окружающей
среды. К числу данных заболеваний относятся профессиональные болезни, онкологические заболевания, перинатальная смертность, врожденная патология, генетические дефекта, аллергические заболевания
и реакции, токсилогические поражения.
Для исследований использовались данные по заболеваемости детей младшего и подросткового возраста (0-14 лет). Необходимо отметить, что дети – наиболее уязвимая часть населения. Кроме этого, они
ограничены в перемещениях по территории в пределах своего места
жительства, не подвержены воздействию вредных факторов, связанных с трудовой деятельностью, отличаются повышенной реактивностью по отношению к вредным факторам среды обитания. Именно
эти обстоятельства и определяют выбор детского контингента как
основного объекта исследований.
Общая заболеваемость детского населения Ярославской области
сохраняется на максимальном уровне – 2858,8 на 1000 населения
(2001 году – 2380,2 на 1000 населения).
Ярко выраженной тенденцией последнего десятилетия стало
ухудшение показателей заболеваемости практически по всем классам
болезней и всем возрастным группам детей (рис. 1).
Общая заболеваемость детей, на
1000 населения
3250
3200
3150
3100
3050
3000
2950
2900
2008 год
2009 год
Рис.1. Общая заболеваемость детей Ярославской области в возрасте
до 14 лет включительно (на 100000 детей, по данным Департамента
здравоохранения и фармации Ярославской области)
253
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
За 5 лет заболеваемость детей в возрасте до 14 лет увеличилась на
24,4%, детей подросткового возраста – на 31,4%. За этот период наиболее значительно возросла частота болезней эндокринной системы, врождённых аномалий, психических расстройств, болезней опорнодвигательного аппарата, органов пищеварения. Темпы прироста хронической патологии наиболее высоки среди подростков 15-18 лет – в 1,5
раза выше, чем среди детей более младших возрастных групп [7].
По-настоящему серьезной проблемой последних десятилетий является рост числа впервые выявленных злокачественных новообразований. Особую тревогу вызывает «омоложение» данной категории заболеваемости. При этом уровень онкологических заболеваний среди
детского населения значительно ниже, чем среди всего населения. Но
следует обратить на выраженную тенденцию увеличения уровня онкологических заболеваний среди подростков. С начала десятилетия этот
показатель возрос в 4 раза, достигнув своего пика в 2005 году [3–5].
Наиболее высокий уровень онкологических заболеваний среди
детей в возрасте до 14 лет отмечается в г. Ярославле, г. Рыбинске,
Ростовском, Тутаевском, Мышкинском и Любимском муниципальных районах. В указанных муниципальных образованиях показатель
заболеваемости злокачественными новообразованиями превышает
аналогичный по области в 1,4 раза. В таких районах области, как Угличском, Рыбинском, Гаврилов-Ямском и Переславском, уровень онкологических заболеваний подросткового населения остается существенным [3–5]. В Ярославле – в центре с развитой нефтехимической
промышленности – число случаев злокачественных опухолей на 44%
выше по сравнению со средним показателем по стране [6].
Особенности пространственного распределения заболеваемости
новообразованиями по территории области представлен на картосхеме (рис. 2), из которой видно, что распространение злокачественных
новообразований носит явно выраженный очаговый характер. Непосредственно в бассейне Волги сформировался полоса с высокой и
очень высокой степенью онкологической заболеваемости, а к северу и
к югу от нее – со средней и низкой степенью.
В возникновении и распространении заболеваний крови и кроветворных органов не последняя роль принадлежит экологическим факторам. Показатель заболеваемости по данной группе составляет 135
%. В г. Ярославле болезни крови и органов кроветворения чаще
встречаются у детей до 14 лет [7].
254
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 2. Общая заболеваемость новообразованиями
детского населения по районам Ярославской области
Среди заболеваний органов пищеварения во всех экологически
неблагополучных районах Ярославской области на первом месте стоит гастрит и дуоденит, на втором – язва желудка и двенадцатиперстной кишки [7]. Среди детского населения каждый пятый страдает
дискинезией желчевыводящих путей.
За последние два года значительно увеличился уровень заболеваемости эндокринной системы. Рост заболеваний эндокринной сис255
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
темы среди детского населения в период с 2004 по 2009 гг. составил
31%. Максимальных значений заболеваемость эндокринной системы
составила на территориях, являющихся кризисными в экологическом
отношении: г. Ярославль и Ярославская область, г. Рыбинск, г. Тутаев
и Тутаевский район [8].
Таким образом, следует заключить, что медико-географическая
обстановка в Ярославской области на основании анализа пространственной структуры и динамики экологически индикаторных патологий
является напряженной и характеризуется увеличением показателей
как в целом, так и по ряду нозологических форм, что можно рассматривать как следствие состояния окружающей среды.
Литература
1. Вдовина Л.Н. Эколого-гигиеническое состояние основных сред г. Ярославля и его влияние на здоровье населения / Л.Н. Вдовина, И.С. Синицын //
Безопасность городской среды: материалы международной научно-практической
конференции, посвященной 1000-летию г. Ярославль. – Ярославль, Изд-во ЯГПУ, 2010 г. – С. 215– 219.
2. Гичев, Ю. П. Экологическая обусловленность основных заболеваний и
сокращения продолжительности жизни / Ю. П. Гичев. – Новосибирск: Сибирский отдел РАМН, 2000. – 90 с.
3. Показатели деятельности лечебно-профилактических учреждений и состояния здоровья населения Ярославской области в 2008– 2009 гг.. – Ярославль
[б.и.]. – 130 с.
4. Показатели деятельности лечебно-профилактических учреждений и состояния здоровья населения Ярославской области в 2006–2007 гг.. – Ярославль
[б.и.]. – 130 с.
5. Показатели деятельности лечебно-профилактических учреждений и состояния здоровья населения Ярославской области в 2004–2005 гг.. – Ярославль
[б.и.]. – 130 с.
6. Синицын И.С., В.А. Беляев Медико-географическая обстановка в антропогенно-нагруженных районах Ярославского Верхневолжья // Естественнонаучное образования в школе и вузе: материалы межрегиональной научной
конференции. – Ярославль, Канцлер, 2010. – 162–165 с.
7. Синицын И.С., Вдовина Л.Н., Саморокова Л.В Медико-географическая
специфика экологозависимых заболеваний детского населения (на примере Ярославской области) / И.С. Синицын, Л.Н. Вдовина, Л.В. Саморокова // Вестник
Ярославского отделения РАЕН. – Ярославль, 2011. – №1. – С. 27–32.
8. Синицын И.С., Вдовина Л.Н., Зеркалина Е.И. Изучение влияния антропогенных факторов на распространение экологозависимых заболеваний населения
Ярославской области: пространственно-гигиенический анализ / И.С. Синицын,
Л.Н. Вдовина, Е.И. Зеркалина // Непрерывное географическое образование: новые технологии в системе высшей и средней школы: материалы конференции. –
Гомель: ГГУ им. Ф. Скорины, 2011. – С. 165–166.
256
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
РАЗДЕЛ 6. ПРОБЛЕМЫ
СОВРЕМЕННОГО ОРГАНИЧЕСКОГО
СИНТЕЗА И ФИЗИЧЕСКОЙ ХИМИИ
КВАНТОВО-ХИМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ПАРАМЕТРОВ РАВНОВЕСИЯ
В ПРОЦЕССАХ ФОРМИРОВАНИЯ 2,1-БЕНЗИЗОКСАЗОЛОВ
К.В. Андреева, В.Ю. Орлов, А.Д. Котов, А.В. Цивов
Ярославский государственный университет им. П.Г. Демидова
e-mail: alex_tsivov@mail.ru
Одним из примеров реакций нуклеофильного ароматического замещения водорода являются процессы взаимодействия нитроароматических соединений с арилацетонитрилами [1-4]. К подобному типу
процессов относится взаимодействие пара-замещенных нитроаренов,
а также нитроаренов, не имеющих заместителя в пара-положении, с
фенилацетонитрилом (схема 1). При взаимодействии паразамещенных нитроаренов с ФАН конечным продуктом реакции являются соответствующие 2,1-бензизоксазолы. При взаимодействии фенилацетонитрила с нитроаренами, не имеющими заместителя в параположении, продуктом реакции являются арилцианометилен-парахинонмонооксимы [5]. Указанные реакции протекают в среде низших
алифатических спиртов и в присутствии избытка гидроксида натрия
или калия, необходимого для формирования С-нуклеофила – карбаниона арилацетонитрила.
Специфика механизма процесса взаимодействия паразамещенных нитроаренов с арилацетонитрилами является весьма
дискуссионной. Особый интерес представляет установление природы
лимитирующей стадии данного процесса. Согласно имеющимся экспериментальным данным для аналогичного процесса, реакция образования арилцианометилен-пара-хинонмонооксимов является обратимой [5]. Это позволяет сделать предположение об обратимости стадий
процесса взаимодействия арилацетонитрилов с пара-замещенными
нитроаренами, за исключением последней стадии – циклизации, ведущей к образованию конечных 2,1-бензизоксазолов.
257
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
H-OR
CN
CH2
Ar
NO2
X
-
X=H
H2O OH-
O ON+ CN
CH Ar
H
RO
X
CN
+ CHAr
-
O OH
N
CN
CH
Ar
-
-
-
O O
N+
-
CN
C Ar
H
OR
O OH
N
RO
-
CH
Ar CN
ROH
-
C H
Ar
CN RO-
Ar
-CN
X
-H2O
+H2O
N O
Ar
CN
-
RO
O OH
N
OR
-H2O
+H2O
H-OR
-
-
O
N
-
X
X=H
H CH
Ar CN
-
O OH
N
ROH
X
H-OR
-
H-OR
OR
O
X
ROH
-
OR
HO
N
N
+
H
C
Ar CN
OH-
C
Ar CN
ROH
Схема 1
Для верификации сделанного предположения, в ходе данной работы был выполнен теоретический расчет констант равновесия для
всех стадий реакции различных пара-замещенных нитробензолов с
карбанионом фенилацетонитрила согласно схеме 2. Был рассмотрен
ряд пара-замещенных нитробензолов с такими заместителями, как
хлор, бром, COOH, фенил, оксифенил, диоксолан, метилдиоксолан,
метилфенилдиоксолан.
CN
CH2
Ar
NO2
X
H2O OHCN
+ CHAr
1
-
O ON+ CN
CH Ar
H
X
2
-
O OH
3
N
CN
-H
CH
2O
Ar
+H2O
-
O
N
X
X
Ar 4
CN
-CN-
N O
Ar
X
Схема 2
X=Cl, Br, СООН, Ph, OPh, СНОСН2СН2О, СОСН2СН2ОСН3,
СОСН2СН2ОСН3С6Н4
Квантово-химическое моделирование проводилось в программе
PC GAMESS / Firefly v. 7.0 [6]. Оптимизация геометрии и расчет
энергетических параметров исследуемых соединений выполнялись с
использованием неэмпирического метода расчета (неограниченное
258
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
приближение Хартри-Фока, UHF) и базисного набора 6-31G(d,p). Значения констант равновесия Кр вычислялись согласно формуле Кр =
е
− ∆G
RT
при Т = 298 К, при этом значения свободной энергии Гиббса определялись на основании расчета матрицы Гесса (hessian) – матрицы
вторых производных полной энергии по внутренним координатам
исследуемых соединений.
Полученные в результате расчета значения констант равновесия
приведены в табл. 1.
Таблица 1
Значения констант равновесия промежуточных стадий
процесса взаимодействия пара-замещенных нитробензолов
|с фенилацетонитрилом
X
Cl
Br
O
C
Кр(1)
0,0182
0,0374
Кр(2)
4,2322
3,4145
Кр(3)
31,6583
13,1471
Кр(4)
6,73·1012
1,08·1012
0,0026
12,7586
48,2437
1,89·1012
0,0081
3,1055
18,9236
5,32·1011
0,0083
18,6749
43,5426
6,02·1011
0,0068
8,2846
16,6095
1,56·1011
0,0077
1,3248
15,0173
2,21·1011
0,0016
6,4193
12,1874
1,06·1011
HO
O
O
H2C
CH
H2C
O
O
H2C
C
H2C
H2C
H2C
O
CH3
O
C
O
CH3
Таким образом, в результате квантово-химического моделирования, проведенного в данной работе, были установлены значения констант равновесия стадий процесса образования 2,1-бензизоксазолов
259
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
при взаимодействии пара-замещенных нитробензолов с фенилацетонитрилом.
Сравнение полученных значений констант равновесий подтверждает предположение о природе стадии циклизации, и позволяет сделать вывод, что стадия формирования 2,1-бензизоксазольного цикла
для всех рассмотренных структур необратима, и является определяющей в процессе образования 2,1-бензизоксазолов.
Литература
1. Chupakhin O.N., Charushin V.N., Plas van der H.C. Nucleophilic aromatic
substitution of hydrogen. San Diego; Academic Press. 1994. 367 p.
2. Makosza M., Winiarski J. // Account Chem. Res. 1987. V. 20, P. 282-289.
3. Davis R.B., Pizzini L.C. // J. Org. Chem. 1960. V. 25. N 11. P. 1884-1888
4. Орлов В.Ю., Базлов Д.А., Ганжа В.В., Котов А.Д., Коновалова Н.В. //
Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2007. Т. 50. Вып. 9. С. 16-18.
5. Коновалова Н.В. Синтез и свойства 2-[4 (гидроксиимино)-циклогекса2,5-диен-1-илиден]арилацетонитрилов // дис. …к.х.н. Ярославль, ЯрГУ им. П.Г.
Демидова. 2009. 117 c.;
6. Granovsky A.A. http://classic.chem.msu.su/gran/games/index.html
Работа выполнена в рамках проектов
по госконтрактам П841 и № 14.740.11.1185
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ 1-ХЛОР-2,2-БИС-(4-НИТРОФЕНИЛ)ЭТИЛЕНА
С НИТРИТОМ НАТРИЯ В ДМФА
В.Н. Казин1, С.Г. Сибриков1, М.Б. Кужин1, Н.Г. Сапожникова2
1
Ярославский государственный университет им. П.Г. Демидова,
е-mail: kaz@bio.uniyar.ac.ru
2
Ярославская государственная медицинская академия
В работах [1-3] изучено влияние природы растворителя и заместителя в бензольном кольце на реакционную способность 1,1,1трихлор-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 1,1дихлор-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 1,1-дихлор-2,2диарилэтилены или бензофеноны. Показано, что смена растворителя в
ряду апротонных диполярных растворителей (ДМФА, ДМАА, ДМСО,
260
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
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.
Целью данной работы является изучение влияния строения мостиковой группы на закономерности превращения 1-хлор-2,2-бис(4нитрофенил)этилена при взаимодействии с нитритами щелочных металлов в ДМФА.
Нами синтезирован 1-хлор-2,2-бис(4-нитрофенил)этилен согласно методике [1]. Реакцию взаимодействия последнего с нитритом натрия проводили в ДМФА при следующих концентрациях реагентов:
[субстрат]○ = 0,03 моль/л, [NaN02]○ = 0,6 моль/л. Отмечена высокая
скорость процесса. Проведение реакции при 100° С приводит к тому,
что она завершается за 5 минут. Методами тонкослойной и жидкостной хроматографии установлено, что в результате реакции образуется
смесь трех продуктов, одним из которых является 4,4’динитробензофенон.
Анализ
продуктов
методами
массспектрометрии, ПМР и ИК-спектроскопии показал, что в результате
реакции кроме 4,4’-динитробензофенона образуются оксим 4,4’динитробензофенона.
Осуществлен встречный синтез оксима 4,4’-динитробензофенона
взаимодействием 4,4’-динитробензофенона с гидроксиламином [2]. Результаты физико-химических методов исследования синтезированного
продукта идентичны данным анализа соединения, выделенного из реакционной смеси. Методом хроматомасс-спектрометрии проведено
разделение смеси на индивидуальные соединения и выделены фрагменты в масс-спектре, относящиеся к неизвестной структуре. Данные
261
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
масс-спектрометрии, ПМР и ИК-спектроскопии свидетельствуют, что
наряду с 4,4’-динитробензофеноном и оксимом 4,4’-динитробензофенона образуется 6-нитро-3-(4-нитрофенил)-2,3-дигидробензоизоксазол с выходами 50%, 30 % и 20 %, соответственно. Таким образом,
проведенное исследование реакционной способности 1-хлор-2,2-бис(4нитро-фенил)этилена в реакции с нитритом натрия в ДМФА выявило
ряд неочевидных моментов его превращений.
Экспериментальная часть
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.
Масс-спектры регистрировали на приборе МХ 1310. Элементный состав определяли на анализаторе СНN-1.
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 отдельной методике 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).
Масс-спектр 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
ЯМР 1Н, 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).
Литература
1. Казин В.Н., Сибриков С.Г., Копейкин В.В., Миронов Г.С. // ЖОрХ –
1991, 27, 380.
2. Казин В.Н., Сибриков С.Г., Копейкин В.В., ЖОрХ, 1994, 30, 1080.
3. Казин В.Н., Сибриков С.Г., Копейкин В.В., Орлова Т.Н., Известия вузов.
Химия и химическая технология. 1995, 38, вып. 6. 32.
262
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИЗУЧЕНИЕ СТРОЕНИЯ
2,5-ДИ(4-НИТРОФЕНИЛ)-1,3,4-ОКСАДИАЗОЛА
А.Д. Котов, Д.А. Базлов, М.А. Проказников, В.Ю. Орлов
Ярославский государственный университет им. П.Г. Демидов
e-mail: kot@bio.uniyar.ac.ru
2,5-Диарил-1,3,4-оксадиазолы играют важную роль в синтезе мономеров, лекарственных препаратов, красителей и т.д. [1-5]. В этой
связи необходимым представляется более внимательное рассмотрение их электронного и геометрического строения. Ранее в работе [6]
была исследована кристаллическая структура 2,5-ди(4-нитрофенил)1,3,4-оксадиазола методом рентгеноструктурного анализа (РСА). Мы
в данной работе осуществили квантово-химическое моделирование
строения указанного соединения методом функционала плотности
B3LYP [7-9] с базисным набором 6-311G(d,p) (программа Firefly v.
7.1.G [10]) и провели сравнительный анализ результатов расчетов с
данными РСА.
Экспериментальные и теоретические данные о длинах связей, валентных и двугранных углах в исследуемом соединении приведены в
табл. 1. Нумерация атомов в 2,5-ди(4-нитрофенил)-1,3,4-оксадиазоле
представлена на рисунке.
Таблица 1
Геометрические параметры 2,5-(4-нитрофенил)-1,3,4-оксадиазола
Геометрические
параметры
С1-С2
C1-C6
C5-C6
С5-С7
С7-О8
С7-N11
N10-N11
C2-N18
N18-O19
С1-С2-C3
C2-C3-C4
C3-C4-C5
C7-O8-C9
РСА [6]
DFT/B3LYP/
6-311G(d,p)
Длина связи (Å)
1.365
1.392
1.378
1.386
1.369
1.404
1.460
1.456
1.324
1.365
1.291
1.299
1.409
1.380
1.421
1.481
1.192
1.223
о
Валентный угол ( )
112.34
122.18
125.38
118.77
121.51
120.13
102.17
102.66
263
∆
0.027
0.008
0.035
-0.004
0.041
0.008
-0.029
0.060
0.031
9.84
6.61
1.38
0.49
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
O8-C9-N10
C9-N10-N11
C5-C7-N11
C1-C2-N18
O19-N18-O20
114.32
111.86
104.59
106.81
124.84
128.15
124.65
118.96
122.64
125.12
Двугранный угол (о)
8.42
0.09
11.67
0.11
C6-C5-C7-N11
C3-C2-N18-O20
10
17
16
22
O
N 21
O
N
15
8.33
11.56
11
N
6
7
9
12
2.46
2.22
3.31
5.69
2.48
O8
13
1
5
4
14
23
2
3
19
O
N 18
O
20
Рис. Нумерация атомов 2,5-ди(4-нитрофенил)-1,3,4-оксадиазола
Рассчитанные в результате квантово-химического моделирования
длины связей и валентные углы для выбранного соединения достаточно хорошо согласуются с экспериментальными данными РСА.
Длины связей внутри оксадиазольного и бензольного циклов практически не отличаются для обоих методов, тогда как для связи Сар-NO2
квантово-химическое моделирование (газовая фаза) дает существенно
завышенное значение в сравнением с данными РСА (конденсированная фаза). Гораздо большие отличия наблюдаются в значениях валентных углов, особенно это относится к бензольным кольцам и нитрогруппе.
Из анализа данных РСА видно, что молекула 2,5-ди(4нитрофенил)-1,3,4-оксадиазола не совсем плоская. Бензольные кольца
выведены из плоскости оксадиазольного цикла на угол около 8.5о, а
нитро группы повернуты на 12о от плоскости бензольного цикла. В то
же время оптимизированная методом B3LYP/6-311G(d,p) структура
совершенно плоская. Эти отличия связаны с влиянием на геометрические параметры молекулы 2,5-ди(4-нитрофенил)-1,3,4-оксадиазола
межмолекулярными взаимодействиями в конденсированной фазе.
Для изучения межмолекулярных взаимодействий в конденсированной фазе нами было исследовано распределение зарядов на атомах
(табл. 2) и определен дипольный момент 2,5-ди(4-нитрофенил)-1,3,4оксадиазола, который равен 0.077 Дб. Низкое значение дипольного
момента объясняется определенной симметрией молекулы и близки264
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ми электронакцепторными
оксадиазольного цикла.
свойствами
нитрогруппы
и
1,3,4-
Таблица 2
Малликеновские заряды
на атомах 2,5-ди(4-нитрофенил)-1,3,4-оксадиазола
Атом
C1
C2
C3
C4
C5
C6
C7
Заряд
-0.045
0.148
-0.050
-0.006
-0.186
-0.011
0.378
Атом
O8
C9
N10
N11
N18
O19
O20
Заряд
-0.293
0.377
-0.230
-0.231
0.187
-0.269
-0.272
Анализ распределения зарядов в молекуле 2,5-ди(4-нитрофенил)1,3,4-оксадиазола свидетельствует об участии в межмолекулярных
взаимодействиях, главным образом, атомов нитрогруппы и оксадиазольного цикла, так как для них наблюдаются наибольшие значения
зарядов. Это и приводит к нарушению компланарности структуры
2,5-ди(4-нитрофенил)-1,3,4-оксадиазола в конденсированной фазе.
Таким образом, сравнение результатов квантово-химических расчетов с результатами, полученными из эксперимента (РСА), показывает, что метод B3LYP/6-311G(d,p) обеспечивает достаточно надежные данные для рассмотрения геометрических параметров 2,5-ди(4нитрофенил)-1,3,4-оксадиазола и позволяет оценить межмолекулярные взаимодействия в конденсированной фазе.
Работа выполнена в рамках проекта по госконтракту П841.
Литература
1. Maria Bruma, Mariana-Dana Damaceanu. Polyimides Containing 1,3,4Oxadiazole Rings // Collect. Czech. Chem. Commun. 2008. – Vol. 73. – P. 1631-1644.
2. Akhilesh Kumar Saritha S. D’Souza ·Sachin Raj Mysore Nagaraj S. L. Gaonkar·Bharathi P. Salimath K. M. Lokanatha Rai Antiangiogenic and antiproliferative
eVects of substituted-1,3,4-oxadiazole derivatives is mediated by down regulation of
VEGF and inhibition of translocation of HIF-1_in Ehrlich ascites tumor cells // Cancer
Chemother Pharmacol. 2009. – Vol. 64: – P. 1221–1233.
3. Francesco A. Bottino, Anna Rosa Cinquegrani, Giovanna Di Pasquale, Alice
Orestano and Antonino Pollicino Synthesis and Characterization of New Copoly(ary1ene ether)s Containing Naphthalene or Naphthalene/l,3,4-Oxadiazole Units //
Polymer Bulletin. 2003. – Vol. 51. – P. 31-38.
265
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
4. Almasirad A, Vousooghi N, Tabatabai SA, Kebriaeezadeh A, Shafiee A. Synthesis, anticonvulsant and muscle relaxant activites of substituted 1,3,4-oxadiazole,
1,3,4-thiadiazole and 1,2,4-triazole // Acta Chim Slov. 2007. Vol. 54: – P. 317–324.
5. Boschelli D, Connor D.I., Hoefle M, Bornemeier D.A., Dyere R.D., Kennedy
J.A., Kupiers P.J., Okonkowo G.C., Schrier D.J., Wright C.D. 1,3,4-Oxadiazole, 1,3,4thiadiazole and 1,2,4-triazole analogus of the fenamates: in vitro inhibition of cyclooxygenase and 5-lipoxygenase activities // J. Med. Chem. 1993. – Vol. 36: – P.
1802–1810.
6. Orgzall I., Lorenz B., Mikat J., Reck G., Knochenhauer G., Schulz B. Phase
transitions in 1,3,4-oxadiazole crystals under high pressure // Journal of Physics and
Chemistry of Solids. 1999. – Vol. 60, I. 12. – P. 1949-1965.
7. A.D. Becke Phys. Rev., A38. 3098 (1988)
8. A.D. Becke J.Chem. Phys., 98. 5648 (1993)
9. C. Lee, W. Yang, R. G. Paar Phys. Rev., B37, 785 (1988)
10. Alex A.Granovsky, http://classic.chem.msu.su/gran/gamess/index.html
ФОРМИРОВАНИЕ ПЕРИФЕРИЙНЫХ
ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ГРУПП НА ПОВЕРХНОСТИ
МНОГОСЛОЙНЫХ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК
Д.А. Шибаев, В.Ю. Орлов
Ярославский государственный университет им. П.Г. Демидова,
e-mail: orl@bio.uniyar.ac.ru
Углеродные нанотрубки – один из перспективных классов нанообъектов, которые обладают широким набором ценных свойств и
имеют самые разнообразные области применения. Одним из способов
управляемой регулировки структуры (а соответственно и тонкого
варьирования свойств) является их химическая модификация как за
счет создания дополнительных ковалентных связей (формирование на
поверхности объекта гетероатомных функциональных групп, например, атомов галогена, карбоксильной группы и др.), так и нековалентных (π-π) взаимодействий. По сравнению с исходными структурами,
модифицированные разнообразными функциональными группами углеродные нанотрубки проявляют другие физические и физикохимические свойства, появляется возможность плотной сборки трубок в один упорядоченный массив со строго определёнными характеристиками. Существенной проблемой химической функционализации
является то, что углеродные нанотрубки весьма химически инертны,
условия проведения процессов далеки от оптимальных, а вопросы местоположения реакционных центров, конкурирующие процессы, спо266
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
собы очистки продуктов обсуждаются достаточно редко и носят в основном констатирующий характер.
Одним из путей химической функционализации является присоединение к атомам углерода поверхности нанотрубки незамещенного
или замещенного ароматического ядра, что позволяет при сохранении
базовых свойств нанообъекта, получить набор новых характеристик, а
также, делает возможной дальнейшую функционализацию по введенной функциональной группе. В качестве объекта исследования были
использованы многослойные углеродные нанотрубки (МУНТ). В качестве реагента нами был выбран п-нитроанилин, содержащий реакционноспособную нитрогруппу, различные пути преобразования которой можно реализовать в дальнейших превращениях.
Схема 1
38
35
30
970,11cm-1
25
1155,26cm-1
%T
721,90cm-1
20
1306,33cm-1
15
2725,99cm-1
10
5
0
-1
4000
1462,75cm-1
1377,11cm-1
2906,00cm-1
3500
3000
2500
cm-1
2000
1500
Рис 1 ИК- спектр исходных МУНТ
267
1000
450
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис 2 ИК- Спектр п-нитроанилина
Рис. 3. ИК- Спектр продукта взаимодействия МУНТ и п- нитроанилина
Реакция (схема 1) проводилась по следующей методике: 4,5 г
кристаллического п-нитроанилина растворяют в 100мл 10% раствора
серной кислоты и охлаждают до 5-10 градусов по Цельсию. Затем добавляют раствор 5 г нитрита натрия в 100 мл воды, охлажденного до
такой же температуры. Спустя 20 минут при постоянном перемешивании смесь перемещают в трехгорлую колбу и добавляют углеродные нанотрубки в количестве 2,5 г и нагревают до 60 градусов. Спус268
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
тя 1 час смесь охлаждают и фильтруют, отмывая от остатков пнитроанилина (до обесцвечивания промывных вод.)
Полученный образец анализировали методом ИК- спектроскопии.
На ИК- спектре продукта видно появление полос, характерных
для фрагмента п- нитрофенила, которые не имеются в исходном образце нанотрубок. В области 1342, 1554, 1602 и 1627 см-1 наблюдаются соответствующие сигналы. При этом в конечном продукте практически отсутствуют сигналы, характерные для аминогруппы. Это
позволяет сделать заключение о протекании процесса функционализации МУНТ и образовании продукта, представленного на схеме 1.
СИНТЕЗ ФТОРСОДЕРЖАЩИХ ПОЛИЯДЕРНЫХ МОНОМЕРОВ
ДЛЯ ПОЛИМЕРОВ С НИЗКОЙ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ
ПРОНИЦАЕМОСТЬЮ – МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ
Р.С. Бегунов, Ю.В. Розенталь
Ярославский государственный университет им. П.Г. Демидова
Пленочные материалы, обладающие низкой диэлектрической
проницаемостью (ДП), широко используются в качестве межслойных
диэлектриков в микроэлектронике [1-2]. Из анализа литературных
данных следует, что к таким полимерам относятся фторсодержащие
конденсационные органические полимеры. Введение фтора в макромолекулы конденсационных органических полимеров приводит к
увеличению их гидрофобности и свободного объема при одновременном уменьшении поляризуемости, что способствует уменьшению диэлектрической проницаемости полимерного материала [3-6]. Наиболее перспективными среди фторсодержащих ароматических
конденсационных полимеров являются фторированные полиимиды
поскольку помимо пониженной диэлектрической проницаемостью
они обладают высокими термическими и механическими характеристиками. Поэтому в настоящее время проводится большое количество
работ, посвященных синтезу фторсодержащих мономеров для ароматических полиимидов.
Исходя из литературных данных, молекула мономера для полимеров с низкой ДП – это полиядерная структура, не содержащая полярных заместителей и гидрофильных фрагментов, и имеющая в своем составе не менее двух аминогрупп. Обычно подобные соединения
получают в ходе реакции ароматического нуклеофильного замещения
при взаимодействии 1,1,1,3,3,3-гексафтор-2,2-бис(4-гидроксифе269
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
нил)пропана (ГФБГП) с галогеннитробензолами или декафторбифенила (ДФБФ) с нитрофенолами с последующим восстановлением.
Эта схема и была использована в данной работе для получения не
описанных в литературе фторсодержащих мономеров, с той лишь
разницей, что вместо малодоступных и дорогостоящих ГФБГП и
ДФБФ использовался более дешевый и легкодоступный 2-нитро-4трифторметилхлорбензол.
Согласно схеме превращения формирование 3-х ядерной структуры мономера происходит в результате реакции ароматического
нуклеофильного замещения. Поэтому на первом этапе работы были
изучены закономерности данного процесса. В качестве растворителя
применялся диметилсульфоксид.
В ходе исследований было установлено, что при использовании в
качестве бинуклеофила пиперазина, м-фенилен- и п-фенилендиамина
наибольший выход соединений 2 а-д наблюдается в условиях, где в
качестве депротонирующего агента выступает триэтиламин при температуре реакции 90º C. Понижение выхода продукта при повышенных температурах объясняется протеканием побочных процессов,
связанных, например, с участием конечного продукта в дальнейших
превращениях. Для О,О-бинуклеофила – резорцина и гидрохинона,
наиболее оптимальным является использование К2СО3 и при температуре процесса 110 ºC.
На второй стадии синтеза динитроаренов мономеров для полиимидов было осуществлено восстановление трехядерных нитросубстратов, полученных на первом этапе исследований.
2д
HN
3д
2 а-г
F
F F
2
N
N
F
O2N
NO2
F F
F F
Cl
XH
F
1
NO2
F
H2N
NH2
X
F
NO2
F F
F F
XH
XH
= a)
O2N
X
X
NH2
4 а-г
HO
OH
, б) HO
OH
, в)
Схема 1
270
H2N
F F
F
F
4д
где
X
MeCln
N
N
F F
F
F
F F
3 а-г
XH
NH
NH2
, г) H N
2
H2N
F F
NH2
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Восстановление нитрогруппы до амино- проходит через ряд стадий на каждой из которых возможно образование различных побочных продуктов. Поэтому для получения высокочистых полиядерных
диаминов необходимо проведение комплекса исследований, в ходе
которых нужно установить факторы, влияющие на протекание процесса восстановления. С этой целью было исследовано влияние таких
факторов как природа восстанавливающего агента, природа растворителя и температура процесса. Результаты исследований представлены
в таблицах 1-3.
Таблица 1
Влияние природы восстанавливающего агента выход (%)
продуктов реакции восстановления полиядерных нитросубстратов [50 0С, этанол-H2O-HCl1, уксусная кислота2,этанол3]
Соединение
TiCl3
4а
4б
4в
4г
4д
1
Восстанавливающий агент
SnCl2
FeCl21
VCl31
N2 H4 2
1
94
92
97
91
98
95
97
96
93
97
92
91
89
94
95
89
90
84
89
87
NaH3
76
79
73
69
81
85
82
76
71
84
Как видно из данных таблицы наиболее хорошие выхода целевых
полиядерных диаминов были получены при использовании в качестве
восстанавливающего агента SnCl2 и TiCl3. Эти два восстанавливающих агента и были использованы в ходе дальнейших исследований.
Таблица 2
Влияние температуры на выход (%) продуктов реакции восстановления [SnCl2, 0,5 ч, этанол-H2O-HCl]
Соединение
4а
4б
4в
4г
4д
20
25
30
87
85
87
86
91
89
86
88
87
91
94
89
90
87
92
Температура, ºC
35
40
93
92
91
89
94
95
94
93
90
96
45
50
55
94
96
96
92
98
95
97
96
93
97
96
96
95
93
97
Анализ полученных результатов (табл. 2) показал, что температура не оказывает существенного влияния на протекание процесса
восстановления. Некоторое снижение выходов целевых продуктов
при проведении реакции в интервале температур 20-30 ºC объясняет271
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ся, по-видимому, снижением растворимости исходных динитросубстратов, поэтому восстановление протекает частично в гетерофазных
условиях. Наиболее подходящей температурой для проведения процесса восстановления веществ 3 а-д SnCl2 является 50-55 ºC.
Таблица 3
Влияние температуры на выход (%) продуктов реакции
восстановления [TiCl3, 0,5 ч, этанол-H2O-HCl]
Соединение
4а
4б
4в
4г
4д
20
25
30
90
86
87
84
89
90
86
89
86
90
91
89
91
87
91
Температура, ºC
35
40
93
89
93
89
93
93
90
94
90
96
45
50
55
94
91
96
90
97
94
92
97
91
98
93
93
94
90
97
При использовании в качестве восстанавливающего агента TiCl3
температура оказывает еще меньшее влияние, по сравнению с применением SnCl2 (табл. 2 и 3). Наибольший выход наблюдается при температуре 45-50 ºC.
В качестве растворителя обычно при восстановлении нитроароматических продуктов хлоридами металлов переменной степени
окисления используются низшие алифатические спирты. Применение
других растворителей, таких как ДМФА, ДМСО, ацетонитрил часто
приводит к протеканию альтернативных восстановлению процессов.
Поэтому для исследований были использованы низшие алифатические спирты (табл. 4,5).
Таблица 4
Влияние природы растворителя на выход (%) продуктов реакции
восстановления [SnCl2, 0,5 ч, спирт-H2O-HCl, 50 ºC]
Соединение
4а
4б
4в
4г
4д
МеОH
96
97
96
94
94
EtOH
95
97
96
93
97
Растворитель
PrOH
i-PrOH
93
93
95
93
94
95
92
90
96
97
BuOH
86
87
85
84
91
i-BuOH
89
91
88
83
92
При восстановлении трехядерных динитросубстратов хлоридом
олова (II) наибольший выход диаминопродуктов был получен при использовании метилового и этилового спиртов (табл. 5). Однако следует отметить, что природа спирта не оказывала сильного влияния на
272
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
протекании реакции восстановления. Более низкий выход продуктов
при проведении реакции в изобутиловом и бутиловом спиртах связан
с плохой смешиваемостью последних с водным раствором восстанавливающего агента. Поэтому восстановление протекало в гетерофазных условиях, что значительно снижало скорость реакции.
Таблица 5
Влияние природы растворителя на выход (%) продуктов реакции
восстановления [TiCl3, 0,5 ч, спирт-H2O-HCl, 50 ºC]
Соединение
4а
4б
4в
4г
4д
МеОH
97
95
98
95
98
EtOH
94
92
97
91
98
Растворитель
PrOH
i-PrOH
90
90
89
88
93
94
89
89
96
95
BuOH
87
86
85
86
90
i-BuOH
88
86
87
86
91
В отличие от восстановления SnCl2 при использовании хлорида титана (III) природа спирта оказывала существенное влияние на выход целевых продуктов реакции восстановления. Данный факт, по-видимому,
связан с тем, что восстановление TiCl3 протекает по внешнесферному
механизму, а не по внутрисферному как при применении хлорида олова
(II), и не требует перестройки сольватной оболочки восстанавливаемого
субстрата, которую составляют молекулы спирта. В целом, анализируя
данные таблицы 5 лучше всего для осуществления процесса восстановления хлоридом титана (III) подходит метиловый спирт.
Таким образом, в результате исследований были установлены
факторы, влияющие на процесс восстановления полиядерных динитросоединений, содержащих фторсодержащие заместители. Показано,
что существенное влияние на выхода целевых продуктов оказывает
природа восстанавливающего агента. Наиболее подходящими из исследованных являются TiCl3 и SnCl2. Исходя из экономических соображений хлорид олова (II) представляется более перспективным для
использования в качестве восстанавливающего агента. В отличие от
хлорида титана (III) данный донор электронов в ходе восстановления
динитросубстрата отдает в два раза больше электронов и поэтому
требуется в меньшем количестве. Температура и природа растворителя не оказывают существенного влияния на выход продуктов восстановления, что позволяет варьировать условия процесса. Так, наиболее
хорошие результаты получаются при проведении процесса восстановления в метиловом или этиловом спиртах и при температуре 45 –
273
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
55 ºC. Поэтому для получения могут быть предложены следующие
условия: восстанавливающий агент – хлорид олова (II); растворитель – этанол и температура процесса – 50 ºC
Полученные в ходе восстановления трехядерных динитросубстратов полиядерные диамины были переданы в ИНЭОС им. А.Н. Несмеянова РАН для получения из них фторированных полиимидов
(схема 2) и исследования физико-химических свойств синтезированных полимерных материалов, которые могут быть использованы в качестве диэлектриков в микроэлектронике.
CF3
O
*
O
N
CF3
O
N
O
CF3
X
O
n
O
N
O
N
N
N
N
(ПИ-1),
(ПИ-4),
O
O
N
N
O
CF3
CF3
где Х=
N
CF3
(ПИ-2),
O
O
(ПИ-3),
(ПИ-5)
Схема 2
Предварительно, с помощью компьютерной программы CHEOPS
version 4.0 (MillionZillion Software Company), были произведены расчеты физико-химических свойств и диэлектрической проницаемости
получаемых фторированных полиимидов (табл. 6).
Как видно из данной таблицы все полученные полиимиды должны иметь высокую температуру стеклования. При этом их диэлектрическая проницаемость имеет значения от 2,79-2,88, что свидетельствует о возможности использования полиимидов в качестве
диэлектриков в микроэлектронике, т.к. значение
ε известных пол имерных изделий составляет 2,4-3,0.
В дальнейшем, полученные с помощью компьютерной программы данные, будут сравнены с экспериментальными. При этом полимер ПИ-1 может иметь даже более низкое значение диэлектрической
проницаемости, т.к. он содержит сильно гидрофобные пиперазиновые
фрагменты.
274
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 6
Физико-химические характеристики фторированных полимеров
Свойство
Температура стеклования, (Тg,°C)
Диэлектрическая проницаемость, ɛ
Поляризуемость, см3
Водопроницаемость
Коэффициент термического расширения
В стеклообразном состоянии
В эластичном состоянии
Эффективный дипольный момент, D
Поверхностное натяжение, 10-3∙Н/м
ПИ-1
207
2.79
ПИ-2
188
2.88
ПИ-3
180
2.88
ПИ-4
278
2.84
ПИ-5
252
2.86
199
374
209
207
209
207
199
374
209
207
2.00
5.02
1.24
34.3
2.08
5.22
1.37
33.6
2.12
5.32
1.37
33.6
1.74
4.37
1.24
34.3
1.83
4.59
1.37
33.6
Литература
1. J.Hedrick, J.Labadie, T.Russell, D.Hofar, V.Wakharker. Polymer, 34, 4717
(1993)
2. C.Pan, T.Ali, Y.Ling C.Chiang. Am. Chem. Soc. Polym. Prepr., 37(1),
152(1996)
3. R.R.Tummala, E.J.Rymaszewski. Microelectronics Packaging Handbook. Ch.
1. Van Nostrand Reinhold, New York, 1989
4. C.Chiang, A.S.Mack, C.Pan, Y.L.Ling, D.F.Fraser. In Low Dielectric Constant
Materials. Synthesis and Application in Microelectronics. Vol. 381 (Eds T.M.Lu,
S.P.Murarka, T.S.Kuan, C.H.Ting). 1995. P. 123
5. G.Hougham, G.Tesoro, A.Viehbeck. Macromolecules, 29,3453 (1996)
6. G.Hougham, G.Tesoro, A.Viehbeck, J.D.Chapple-Sokol. Macromolecules, 27,
5964 (1994)
Работа выполнена при финансовой поддержке ФЦП
«Научные и научно-педагогические кадры
|инновационной России» на 2009-2013 годы (контракт П 1151).
АНТИОКСИДАНТНАЯ АКТИВНОСТЬ
СТАБИЛЬНЫХ НИТРОКСИЛЬНЫХ РАДИКАЛОВ
ПРИ ОКИСЛЕНИИ 2-ВИНИЛПИРИДИНА
Е.С. Егорова, М.А. Казнина, И.В. Тихонов, А.В. Сирик
Ярославский государственный университет им. П.Г. Демидова
e-mail: physchem@uniyar.ac.ru
Исследования радикально-цепных реакций в течение уже более полутора веков вызывают неослабевающий интерес химиков [1–3]. Эти
работы затрагивают такие важные области как полимеризация, окисление и, что наиболее актуально в последние годы, – биохимические про275
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
цессы [4,5]. Кроме теоретических аспектов, которые при этом анализируются необходимо отметить, что рассматриваемые реакции
ют химическую основу многих технологических процессов, а так же играют важную в метаболизме живого организма [4,5]. Несомненно, что
решение комплекса этих задач является актуальным и своевременным.
В настоящей работе рассмотрены особенности окисления перспективных мономеров для химической технологии – винилпиридинов. Разработка технологии и организации производства винилпиридинов обусловлены высокой эффективностью использования их для получения
полимерных материалов, а также доступностью сырья для их производства. В России основным направлением применения винилпиридинов
является использование их для приготовления сополимеров с другими
мономерами, в частности, латексов. При этом, серьезная проблема, затрудняющая получение целевых продуктов из этих мономеров – нестабильность при хранении в присутствии воздуха.
Механизм неингибированного окисления 2-винилпиридина
(2-ВП) исследован ранее [6, 7] и описывается следующей кинетической схемой:
O2 , M
M•
(i)
Инициатор →
•
•
–→ MO2
(1)
M + O2
•
•
MO2 + M –→ MOOM (≡M•) (2)
MO2• + MO2•
–→ молекулярные продукты (3)
где М – молекула мономера. Для окисления винилпиридинов справедливо уравнение:
W =
k2
k3
[M] Wi
Целью настоящей работы явилось исследование детального механизма окисления винилпиридинов на примере 2-ВП в присутствии
4-гидрокси-2,2,6,6-тетраметилпиперидин-1-оксила (>NO•) и соответствующего
ему
гидроксиламина
1,4-дигидрокси-2,2,6,6тетраметилпиперидина (>NOH).
Экспериментальная часть
Мономер 2-ВП (фирма Sigma) очищался в атмосфере аргона активированным углем, пропусканием через колонку с активированной
окисью алюминия и перегонкой под вакуумом. Ингибиторы >NO• и
>NOH синтезированы и очищены В.Д. Сенем, за что авторы выражают ему глубокую благодарность. Инициатор – 2,2'-азо-бис-изо276
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
бутиронитрил (АИБН), очищался двукратной перекристаллизацией из
этанола. Растворитель – хлорбензол (фирма Fluka), использовался без
дополнительной очистки. Кинетика поглощения кислорода при окислении мономеров изучалась с помощью высокочувствительного капиллярного микроволюмометра по методике, описанной в работе [8].
Скорость инициирования Wi определяли методом ингибиторов по
времени окончания периода индукции τind с помощью соотношения
Wi = 2[InH]0/τind. В качестве ингибитора (InH) использовался
6-гидрокси-2,2,5,7,8-пентаметилбензохроман (фирма Aldrich).
Результаты и их обсуждение
На рис. 1 приведена кинетика поглощения кислорода окисляющимся 2-ВП в присутствии >NO•. Как видно из рисунка, кинетики в
начальный момент времени имеют линейный характер. Зависимость
начальной скорости окисления от [>NO•] представлена на рис. 2.
-∆O2∙103, моль/л
2,5
1
2
3
2
4
1,5
5
1
6
0,5
7
0
0
2
4
6
8
10 t, мин 12
Рисунок 1 – Кинетика поглощения кислорода 2ВП в присутствии >NO•;
Wi = 1·10-7 моль/(л·с); [2ВП]= 1,8 моль/л; кислород; [>NO•], моль/л: 1 – 0;
2 – 2·10-6; 3 – 5·10-6; 4 – 2·10-5; 5 – 5·10-5; 6 – 2·10-4; 7 – 5·10-4
277
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рисунок 2 – Зависимость скорости окисления 2ВП от [>NO•].
[2ВП] = 1,8 моль/л; Wi = 1⋅10–7 моль/(л⋅c); P(O2), кПа: 1 – 100; 2 – 20
Согласно классическому механизму ингибированного стабильными нитроксильными радикалами [2] окисления винильных соединений в режиме линейного обрыва цепей при замене кислорода на
воздух скорость окисления должна падать в 5 раз, чего на самом деле
не происходит. Более того, было установлено (рис. 3), что при введении в окисляющиеся винилпиридины как >NO•, так и соответствующего >NOH скорость окисления сохраняется ниже значения W0 в течение
длительного
времени,
значительно
превышающего
теоретический период индукции (200 с). Рассчитанные по данным
рис. 3 значения стехиометрического коэффициента ингибирования (f
> 26,2 для >NO• и >26,6 для >NOH) гораздо выше теоретических значений (1 для >NO• и 2 для >NOH). Параллельно методом спектроскопии ЭПР исследовалась кинетика накопления/расходования >NO• в
этом процессе (рис. 4). Из рисунка видно, что в условиях ингибированного окисления >NOH быстро превращается в >NO•, расходование
же последнего протекает очень медленно и обуславливает длительное
торможение процесса окисления.
278
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
-∆О2∙103
моль/л
50
40
30
20
1
10
3
2
0
0
50
100
150
200
t, мин
Рисунок 3 – Кинетика поглощения кислорода при окислении 2ВП:
1 – неингибированное окисление; 2 – [>NO•]0 = 2⋅10–5 моль/л;
3 – [>NOH]0 = 2⋅10–5 моль/л; воздух; [2-ВП] = 1,8 моль/л, Wi = 1⋅10–7 моль/(л⋅c)
Совокупность представленных данных позволяет заключить, что
стабильные нитроксильные радикалы, во-первых, тормозят окисление
винилпиридинов, реагируя не только с алкильными, но и пероксидными радикалами, и во-вторых, регенерируются в данном процессе.
Аналогичные результаты ранее были получены для стирола и ряда
других винильных мономеров [9]. Поэтому механизм ингибированного >NO• окисления винилпиридинов может быть описан следующей
схемой:
O2 , RH
Инициатор →
M• (i)
M• + O2
–→
MO2•
(1)
•
•
MO2 + M –→
M
(2)
•
•
M +M
–→
продукты (4)
•
•
M + MO2 –→
продукты (5)
•
•
MO2 + MO2
–→
продукты (6)
•
•
MO2 + >NO
–→
>NOH + продукты
(7.1)
•
•
MO2 + >NOH
–→
MOOH + >NO (7.2)
•
•
M + >NO –→
>NOR
(8)
•
•
M + >NOH –→
MH + >NO
(9)
Следует отметить, что регенерация >NO• в винилпиридинах более выражена, чем в стироле, о чем свидетельствует полученное в на279
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
стоящей работе значение f > 26, которое значительно превышает значения f (5 ÷ 7) в стироле [9].
[>NO.]
105, моль/л 2
1
1
2
0
0
100
200
t, мин
Рисунок 4 – Кинетика расходования (2) >NO• и накопления его
из соответствующего гидроксиламина (1) при окислении 2ВП; PO2 = 20 кПа;
[2ВП] = 1,8 моль/л; Wi = 1⋅10–7 моль/(л⋅c)
Литература
1. Denisov E., Afanas’ev I. Oxidation and Antioxidants in Organic Chemistry
and Biology. – CRC Press, 2005. – 982 c.
2. Могилевич М.М., Плисс Е.М. Окисление и окислительная полимеризация непредельных соединений. – М.: Химия, 1990. – 240 с.
3. Бучаченко А.Л., Вассерман А.М. Стабильные радикалы. – М.: Химия,
1973. – 408 c.
4. Wilcox C.S. // Pharmacol. Ther. – 2010. – V. 126. – P. 119.
5. Плисс Е.М. Стабильные нитроксильные радикалы как акцепторы лабильных радикалов в химических и биологических цепных процессах. Кинетика и
механизм элементарных реакций. // «Биоантиоксидант». Международная конференция и школа молодых ученых имени Н.М. Эммануэля. Лекции. – М.: РУДН,
2010. – С. 163.
6. Казнина М.А., Гробов А.М., Тихонов И.В., Плисс Е.М. // Башкирский
хим. журн. – 2011. – Т. 18, № 1. – С. 24.
7. Казнина М.А., Гробов А.М., Тихонов И.В., Плисс Е.М. // Башкирский
хим. журн. – 2011. – Т. 18, № 2. – С. 37.
8. Loshadkin D., Roginsky V., Pliss E. // Int. J. Chem. Kinet. – 2002. – V. 34. –
P. 162.
9. Плисс Е.М., Гробов А.М., Постнов М.Г., Лошадкин Д.В., Тихонов И.В.,
Русаков А.И. // Башкирский хим. журн. – 2010. – Т. 17, № 2. – С. 14.
280
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ХИМИЧЕСКАЯ МОДИФИКАЦИЯ ПОВЕРХНОСТИ
ПОЛИПРОПИЛЕНА И ЕЕ ТОПОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
В.Ю. Орлов, Е.Н. Максимова, А.В. Матвеева, Н.С. Швыркова
Ярославский государственный университет им. П.Г. Демидова,
e-mail: orl@bio.uniyar.ac.ru
Поверхностная активация полимеров различными органическими
структурами формирует новые возможности создания оригинальных
каталитических систем (аналогов ферментативных систем), материалов для медицины и биотехнологии.
Одним из наиболее интересных объектов для подобных исследований и разработок является полипропилен, характеризующийся высокой
химической стойкостью и механической прочностью. Так, полипропиленовые нити широко используются в хирургии, и их поверхностная
модификация открывает широкие возможности варьирования биологических свойств. Однако, именно химическая инертность полипропилена, связанная с отсутствием на поверхности активных групп, в значительной степени препятствует нанесению органических молекул.
Поэтому задачей исследования была активация исследуемого материала
путем внедрения химически деятельных фрагментов и оценка топологических характеристик поверхности, поскольку большая развитость
последней способствует более эффективной фиксации органических
молекул. При этом следует отметить, что именно изменение параметров, в том числе площади поверхности при ее активации для полипропилена в литературе практически не рассматривается.
В литературе описаны химические [1-3] и физические (например,
в растворно-плазмохимических системах) [4-6] активации поверхности полипропилена, приводящие к внедрению в молекулы полимера
гидроксильных, карбоксильных, аминогрупп. Нами была выбрана методика, основанная на бромировании полипропилена и последующем
его гидроксилировании, что ведет к формированию на поверхности
полимера гидроксильных групп. В качестве объекта модификации
использована полипропиленовая хирургическая нить.
Бромирование проводили молекулярным бромом в среде четыреххлористого углерода при добавлении перекиси бензоила (инициатора радикальных процессов), температуре 45-50 0С в течение 2-х часов. Реакционную массу подвергали воздействию ультрафиолетового
излучения. По завершении процесса образцы извлекали из реакционной массы и промывали четыреххлористым углеродом, а затем дистиллированной водой.
281
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Контроль прохождения процесса осуществляли методом ИК
спектроскопии на приборе Spectrum 60. Анализ инфракрасных спектров полученных образцов показал наличие сигналов связи C-Br (545
см-1) (отсутствующих в исходных пробах).
Гидролиз бромированного полипропилена проводили 12 % водным раствором гидроксида натрия при кипении раствора в течение 3х часов. После завершения реакции образцы извлекали из реакционной массы, промывали водой, 3-х % раствором уксусной кислоты и
затем дистиллированной водой. Анализ инфракрасных спектров полученных образцов показал наличие сигналов связи O-H (3401 см-1).
Таким образом, можно считать доказанным, что на поверхности
полипропилена были сформированы гидроксильные группы.
а
б
в
г
Рис.1. Вид поверхности полипропиленового волокна: а – до обработки,
б – профиль поверхности до обработки, в – после обработки,
г – профиль поверхности после обработки
Оценка характеристик поверхности полипропилена проводили
методом сканирующей зондовой микроскопии (СЗМ ФемтоСкан),
размеры площади сканирования 9 × 9 мкм. Результаты представлены
на рис. 1. Элементы ландшафта поверхности размеров свыше 1 мкм
282
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
сходны для образцов до и после химической активации (9а и 9в). Однако, сравнение профилей повер