Pollen of plants in urban areas as a bioindicator of industrial pollution (Transbaikalia).pdf Введение На сегодняшний день мы до сих пор недостаточно хорошо знаем и понимаем природные процессы, в том числе и те, в которых участвует человек. Особенно сложными являются отношения человека и природы на урбанизированных территориях, и крайне важна здесь возможность давать объективные и достоверные оценки и прогнозы качества не только воздуха, воды и почв, но и биологической составляющей окружающей среды. Известно, что на условия экологической нестабильности растения реагируют морфозами листьев, некрозами корней, а также мутациями семенного потомства [Гладков, 2007; Позолотина и др., 2010; Антонова и др., 2013]. Кроме этого, в условиях экологического неблагополучия растения производят уродливые пыльцевые зерна [Дзюба, 1995; Глазунова, 1996; Третьякова, Носкова, 2004; Решетова и др., 2015], поэтому важное место в биологической оценке занимает палиноиндикация, т.е. изучение морфологических особенностей пыльцы растений и их реакции на экологическую дестабилизацию без применения дорогостоящего оборудования [Дзюба, 2006]. Пыльца - это клетки генеративной сферы растений, которые сравнимы с клетками животных, в том числе и человека. В связи с этим, изучение их с указанной точки зрения может приблизить человека к пониманию, а может быть, и к решению многих проблем, связанных с его здоровьем. Известно, что большое количество тератоморфных (с патологиями в развитии) пыльцевых зерен - от 45 до 100% - зафиксировано на территориях с высоким уровнем загазованности транспортными выхлопами, наличием большого количества промышленных предприятий и превышением в почвах ПДК цинка, кадмия и свинца. В то время как процент естественного полиморфизма пыльцевых зерен у растений в благоприятных экологических условиях обычно не превышает 510, реже 20% [Дзюба, 2006]. При этом, чем хуже экологическая обстановка, тем выше процент содержания патологически развитой пыльцы и наоборот. Палиноморфологические исследования в Чите с целью биоиндикации окружающей среды в пределах города ранее не проводились. По оценке экологов, Чита входит в число самых грязных городов России по уровню загрязнения воздуха [Захаров, 2018; Баландина, 2019]. Три года подряд город попадает в антирейтинг. Краевой центр занимает второе место в стране после Владивостока по количеству автомобилей на душу населения, что является одним из источников загрязнения атмосферного воздуха в черте города. Веществами, определяющими очень высокий уровень загрязнения атмосферы города, являются: бенз(а)пирен, формальдегид, взвешенные вещества, диоксид азота и фенол [Отчет... 2011]. Основной «вклад» в загрязнение воздуха вносят предприятия топливно-энергетического комплекса и автотранспорт. В связи с этим объектом данного исследования послужила пыльца растений городской территории Читы в районе комплекса «Мегаполис Спорт» - месте пересечения и оживленного движения на автодорогах улиц Комсомольская и Генерала Белика. Целью исследования являлось изучение пыльцы растений как биоиндикаторов условий техногенного воздействия. Материалы и методы Для проведения исследования была выбрана территория оживленного автотранспортного дви- © Решетова С. А., Сумарокова И.Е., 2019 DOI: 10.17223/25421379/13/2 жения как одного из факторов техногенного воз- одном месте разнообразия одномоментно цветудействия на пересечении двух автодорог по ули- щих растений разной таксономической принадцам Комсомольская и Генерала Белика (рис. 1). лежности, находящихся в зоне повышенной техно- Выбор территории обусловлен сосредоточением в генной нагрузки. Рис. 1. Точки отбора пыльцы растений в районе «Мегаполис Спорт», г. Чита (по Google Earth Pro) Fig. 1. Fact map with pollen sampling points in Megapolis Sport (according to Google Earth Pro) Изучена пыльца яблони ягоднойMalus baccata (L.) Borkh. (см. рис. 2), одуванчика лекарственного Taraxacum officinale (L.) Webb ex F.H.Wigg. (см. рис. 3), клаусии солнцепечной Clausia aprica (Stephan ex Willd.) (см. рис. 4), остролодочника тысячелистного Oxytropis miriophylla (Pall.) DC. (см. рис. 5), касатика молочно-белого Iris lactea Pall. (см. рис. 6). Большинство растений располагалось предметно на распланированных газонах и клумбах, за исключением одуванчика, который рос повсеместно. Хаотичное местонахождение одуванчика позволило собрать образцы его пыльцы в трех точках: непосредственно у дороги, на расстоянии 20 и 70 м от нее - в глубине территории ближе к набережной р. Чита (см. рис. 1), в то время как остальные растения были собраны по одной пробе из представителей каждого семейства. Перед микроскопированием пыльцу подготавливали с помощью методики обработки рецентной пыльцы [Пыльцевой анализ, 1950]. Пыльцевые зерна рассматривали с разных сторон с помощью биологического микроскопа Axiolab 2000 (Германия). Их размеры определяли при помощи окулярного микрометра. Просмотр и описание пыльцы осуществляли при увеличении в 400 и 630 раз. Для исследования пыльцы и выявления морфологических отклонений в ее строении изучали не менее 150 зерен из 3-5 бутонов каждого растения. Фотографирование пыльцы производили на фотоаппарате Canon PC 1089 (Япония). Статистический расчет осуществляли путем подсчета процентного содержания тератоморфных и нормально развитых (типичных) пыльцевых зерен. Типичные пыльцевые зерна исследуемых растений предварительно изучены с помощью определителей [Пыльцевой анализ, 1950; Куприянова, Алешина, 1972, 1978; Дзюба, 2005]. Результаты и обсуждение Яблоня ягодная. В поле зрения микроскопа преобладали типичные (нормально развитые) зерна (рис. 3, a, b) 3-бороздно-поровые бледно-желтого цвета. Преобладали зерна продолговатой формы, встречались продолговато-округлой и округлой. Замеры диаметра пыльцевых зерен произведены по полярной оси. Средний диаметр зерен составлял 28,6 мкм. Минимальный не превышал 17,6 мкм, максимальный - 33,0 мкм. Помимо типичных зерен в препарате установлены уплощенные зерна без внутреннего содержимого (протоплазмы), которые ство зерен имели симметричную форму, за исклю-отнесены к тератоморфным (рис. 3, с, d). Болыпин- чением тератоморфных. Рис. 2. Растения, пыльца которых послужила объектом исследования a - яблоня ягодная, b - одуванчик лекарственный, c - клаусия солцепечная, d - остролодочник тысячелистный, e - касатик молочно-белый Fig. 2. Plants, the pollen of which was the object of study a - Malus baccata, b - Taraxacum officinale, c - Clausia aprica, d - Oxytropis miriophylla, e - Iris lactea Одуванчик лекарственный 1. В препарате преобладали типичные 3-поровидные зерна ярко-желтого цвета (см. рис. 4, a). Встречены бесцветные формы. Замеры размеров осуществлялись по экваториальному диаметру. Средний диаметр составил 30,2 мкм, минимальный - 13,8, максимальный - 42,2 мкм. Помимо типичных зерен выявлено значительное количество тератоморфных зерен с отклонениями: утолщенными верхними оболочками (рис. 4, b), с разрывами (рис. 4, c), со сросшимися и разорванными лакунами (рис. 4, d). Все зерна, кроме зерен с отклонениями, симметричны. По форме зерна округлые и продолговатые. Одуванчик лекарственный 2. В поле зрения микроскопа преобладали типичные 3-поровидные зерна ярко-желтого цвета. Средний экваториальный диаметр составил 30,0 мкм, минимальный - 13,2, максимальный - 44,0 мкм. Установлены зерна со сросшимися апертурами, утолщенными оболочками и зерна, заполненные воздухом (рис. 4, e). Все зерна, кроме зерен с отклонениями, симметричны. По форме все зерна округлые. Одуванчик лекарственный 3. В препарате преобладали типичные 3-поровидные зерна ярко-желтого цвета. Средний диаметр составил 29,8 мкм, минимальный - 15,4, максимальный - 46,2 мкм. Были установлены редкие зерна со сросшимися лакунами и утолщенной верхней оболочной. Все зерна, кроме зерен с отклонениями, симметричны. По форме все зерна округлые. Клаусия солнцепечная. Под микроскопом все зерна с типичными признаками морфологии пыльцы (см. рис. 5, a). Зерна шаровидной, округлой формы мелких размеров от 11 (рис. 5, b) до 22 мкм со средним диаметром 15,6 мкм. Тератоморфных пыльцевых зерен в препарате не установлено. Остролодочник тысячелистный. В препарате преобладали типичные 3-бороздно-оровые зерна светло-желтого цвета (см. рис. 6, a). Диаметр зерен измерен по полярной оси и экваториальному диаметру. Средняя длина полярной оси составила 23,6 мкм, минимальная - 19,8, максимальная - 30,8 мкм. Средний экваториальный диаметр составил 20,3 мкм, минимальный -15,4, максимальный - 24,2 мкм. Помимо типичных зерен установлено значительное количество уплощенных и смятых без внутреннего содержимого зерен, отнесенных к тератоморфным (см. рис. 6, b). Все зерна, кроме зерен с отклонениями, являлись симметричными. По форме зерна зафиксированы округлые, продолговатые и округло-продолговатые. Касатик молочно-белый. Под микроскопом преобладали типичные зерна крупных размеров желто-коричневого цвета (см. рис. 7, a, b). Размер зерен произведен по полярной оси. Средний диаметр составил 62,6 мкм, минимальный - 26,4, максимальный 88,0 мкм. Помимо типичных зерен установлены тератоморфные уплощенные зерна без внутреннего содержимого (рис. 7, с) и смятые (рис. 7, d). Все зерна симметричны. По форме зерна продолговатые, округлые и округло-продолговатые. Рис. 3. Пыльцевые зерна яблони ягодной (Malus baccata) под световым микроскопом a - типичное пыльцевое зерно, вид с полюса; b - типичное пыльцевое зерно, вид с экватора; c - тератоморфное уплощенное пыльцевое зерно; d - тератоморфное уплощенное и смятое пыльцевое зерно Fig. 3. Pollen grains of a Malus baccata under a light microscope a - a typical pollen grain of a Malus baccata, polar view; b - typical pollen grain of Malus baccata, equatorial view; c - teratomorphic flattened pollen grain of Malus baccata; d - teratomorphic flattened and crushed pollen grain of Malus baccata Рис. 4. Пыльцевые зерна одуванчика лекарственного (Taraxacum officinale) под световым микроскопом a - типичное пыльцевое зерно, вид с экватора; b - тератоморфное пыльцевое зерно с утолщенной оболочкой; c, d - тератоморфные пыльцевые зерна, сросшиеся и разорванные лакуны; e - тератоморфные пыльцевые зерна, заполненные воздухом Fig. 4. Pollen grains of Taraxacum officinale under a light microscope a - a typical pollen grain, equatorial view; b - teratomorphic pollen grain with a thickened shell; c, d - teratomorphic pollen grains. Fused and torn gaps; e - teratomorphic pollen grains filled with air / V j L'j .,nu Рис. 5. Пыльцевые зерна клаусии солнцепечной (Clausia aprica) под световым микроскопом a - типичное пыльцевое зерно, вид с полюса; b - мелкое пыльцевое зерно, вид с полюса Fig. 5. Pollen grains of Clausia aprica under a light microscope a - a typical pollen grain, polar view; b - small pollen grains, polar view Рис. 6. Пыльцевые зерна остролодочника тысячелистного (Oxytropis miriophylla) под световым микроскопом a - типичное пыльцевое зерно, вид с экватора; b - тератоморфное уплощенное пыльцевое зерно Fig. 6. Pollen grains of the Oxytropis miriophylla under a light microscope a - typical pollen grain, equatorial view; b - teratomorphic flattened pollen grain lOjim ч _ vl - 4V ■ Шр с d Рис. 7. Пыльцевые зерна касатика молочно-белого (Iris lactea) под световым микроскопом a - типичное пыльцевое зерно, вид с экватора; b - типичное пыльцевое зерно, вид с полюса; c - тератоморфное уплощенное пыльцевое зерно; d - тератоморфное смятое пыльцевое зерно Fig. 7. Pollen grains of Iris lactea under a light microscope a - typical pollen grains, equatorial view; b - typical pollen grain, polar view; c - teratomorphic flattened pollen grain; d - teratomor-phic crushed pollen grain По итогам наблюдения морфологических особенностей 1 050 зерен пыльцы пяти растений: яблони ягодной, одуванчика лекарственного, клаусии солце-печной, остролодочника тысячелистного и касатика молочно-белого, произрастающих на территории комплекса «Мегаполис Спорт» установлено, что в пыльниках всех растений, за исключением клаусии, содержались тератоморфные зерна. Тератоморфные проявления касались в основном изменения скульптуры верхней оболочки пыльцы, которая в нормальных естественных условиях является стабильным признаком, позволяя относить зерна к таксонам определенного семейства, рода или вида. Выделенные отклонения в развитии пыльцы объединены в шесть групп: - уплощенные; - смятые; - разорванные; - со сросшимися апертурами; - с утолщенной оболочкой; - заполненные воздухом (таблица). Результаты тестирования пыльцевых зерен растений в условиях загрязнения транспортными выхлопами в районе «Мегаполис Спорт» (г. Чита) Test results of pollen grains of plants under pollution by transport exhaust in the area of Megapolis Sport (Chita) Доля пыльцевых зерен, % № Таксон Нормально Пыльца с отклонениями п/п развитая (типичная) пыльца уплощенная смятая разорванная сросшиеся апертуры утолщенная оболочка заполненная воздухом 1 Яблоня ягодная 94 6 - - - - - 2 Одуванчик лекарственный 1 59 - - 7 27 7 - 3 Одуванчик лекарственный 2 81 - - - 15 3 1 4 Одуванчик лекарственный 3 91 - - - 6 3 - 5 Клаусия солнцепечная 100 - - - - - - 6 Остролодочник тысячелистный 67 28 5 - - - - 7 Касатик 96 3 1 молочно-белый Размеры пыльцевых зерен (наличие очень мелкой и очень крупной пыльцы) в число признаков терато-морфоза не включены, так как часто уровень естественного полиморфизма растений достаточно высок. Особенно это касается пыльцы одуванчика, для которого даже в условиях экологического благополучия характерны значительные вариации в размерах пыльцевых зерен и количестве апертур [Дзюба, 2005]. Особенных отклонений в изменении формы пыльцевых зерен изученных растений не выявлено. В пыльниках преобладали зерна с формами, присущими типичным зернам. Наибольшим разнообразием выделенных терато-морфных отклонений, касающихся нарушений скульптуры оболочки пыльцевого зерна, характеризовались выборки пыльцы одуванчика и полным отсутствием таковых - пыльцы клаусии. Полученные данные о морфологических особенностях пыльцевых зерен растений, произрастающих не территории комплекса «Мегаполис Спорт», обработанные в программе Excel, показали, что в пыльниках яблони преобладает до 94% нормально развитых зерен. Обилие тератоморфных зерен составляет 6%, которые представлены уплощенными разновидностями. Проба одуванчик 1 характеризуется преобладанием до 59% нормально развитых зерен. Процент тератоморфоза в его пыльниках составляет 41. Среди таких зерен - разорванные, зерна со сросшимися апертурами и зерна с утолщенной оболочкой. В пыльниках одуванчика 2 преобладают нормально развитые зерна до 81%. Процент тератомор-фоза небольшой и не превышает 19. Проба одуванчик 3 характеризуется преобладанием нормально развитых зерен до 91%. Процент тератоморфоза составляет лишь 9. По результатам исследования пыльцевых зерен трех проб одуванчика установлена прямая зависимость содержания в его пыльниках тератоморфной пыльцы от расстояния до автомагистрали (рис. 8). В пыльниках остролодочника тысячелистного установлено 67% нормально развитых зерен. Процент тератоморфоза довольно велик и составляет 33. Пыльцевые зерна касатика характеризуются преобладанием до 96% нормально развитых зерен. Процент тератоморфоза не превышает 4. Статистическая обработка полученных данных показала, что наибольшее количество отклонений в морфологических особенностях пыльцы изученных растений установлено в пыльцевых зернах одуванчика (41%) и остролодочника (33%). Среди нарушенной пыльцы одуванчика преобладают зерна со сросшимися апертурами. Кроме того, выявлено, что по мере удаления от автомобильной дороги в пыльниках одуванчика прямо пропорционально уменьшается обилие нарушенной пыльцы, свидетельствуя о том, что чем меньше растение испытывает техногенную нагрузку, тем лучше себя чувствует. Среди тератоморфной пыльцы остролодочника преобладают уплощенные пыльцевые зерна без внутреннего содержимого (протоплазмы), не обеспечивая растению возможность оплодотворения и размножения. Клаусия, яблоня и касатик чувствуют себя вполне комфортно в месте пересечения автодорог с интенсивным движением. Заключение В результате проведенных исследований выполнено тестирование морфологических особенностей пыльцы яблони, одуванчика, клаусии, остролодочника и касатика. Тестирование показало различную реакцию растений на уровне генеративной сферы на условия загазованности транспортными выхлопами. Ярче реагируют одуванчик и остролодочник. Многочисленные отклонения в морфологии пыльцевых зерен одуванчика и повсеместное его распространение на урбанизированной территории позволяет использовать его пыльцу в качестве биоиндикатора для дальнейшего мониторинга окружающей среды в пределах города. Известно, что в почвах г. Читы, в том числе на пришкольных участках и больничных парках, обнаружен бенз(а)пирен, превышающий предельно-допустимые концентрации и относящийся к токсичным веществам 1-го класса опасности [Отчет... 2011], что может создавать угрозу здоровью населения. Биоиндикация с помощью пыльцы одуванчика в комплексе с геохимическим опробованием на территориях дошкольных учреждений, средних школ и учреждений здравоохранения могут послужить составной частью недорогостоящего мониторинга состояния почв и растений, а по его результатам - разработке мероприятий по снижению уровня загрязнения. Рис. 8. Содержание нормально развитых пыльцевых зерен и зерен с отклонениями в пыльниках одуванчика лекарственного (Taraxacum officinale) в зависимости от местонахождения на территории комплекса «Мегаполис Спорт» Fig. 8. The content of normally developed pollen grains and grains with deviations in the anthers of Taraxacum officinale, depending on the location in the territory of the Megapolis Sport complex

Скачать электронную версию публикации