Предварительные данные по изучению воздействия ионов кадмия на морфофункциональные характеристики политенных хромосом Glyptotendipes glaucus Mg. (Diptera, Chironomidae)
Резюме
Проанализированы результаты эксперимента по влиянию ионов кадмия различных концентраций на морфофункциональные характеристики политенных хромосом Glyptotendipes glaucus и проведено сравнение полученных результатов с результатами по воздействию тяжелых металлов на хромосомы Chironomus plumosus. Установлено, что полученные данные по G. glaucus согласуются с данными по Ch. plumosus, поэтому личинки G. glaucus также подходят в качестве тест-объекта для анализа влияния солей тяжелых металлов на морфофункциональные характеристики политенных хромосом.
Ключевые слова
Статья
ВВЕДЕНИЕ
Тяжелые металлы относятся к наиболее распространенным поллютантам водной и почвенной среды, по токсичности занимая второе место после пестицидов. В настоящее время существует множество методов выявления и оценки генотоксичности химических веществ. Методика определения уровней токсичности вещества предусматривает проведение токсикологических исследований на тест-организмах — представителях различных трофических звеньев экологической системы, развитие и размножение которых связано с донными грунтами. В качестве тест-объектов используют бактерии, водоросли, простейших, ракообразных, моллюсков, бентосоядных рыб, а также личинки насекомых [1]. Личинки хирономид обладают несколькими особенностями, благодаря которым они являются удобным тест-объектом для исследования генотоксичности: имеют крупные политенные хромосомы; легче, чем другие водные организмы, способны накапливать тяжелые металлы и другие вещества внутри своего тела, благодаря высокой проницаемости покровов. В свяли с этим, актуально проводить оценку воздействие тяжелых металлов при использовании в качестве тест-объекта личинок хирономид, таких как Chironomus dorsalis, Ch. plumosus, Ch. thummi, Ch. riparius и др. [1, 2].
Цель данной работы — изучить влияние ионов кадмия различных концентраций на функциональную активность политенных хромосом фитофильного вида хирономид –Glyptotendipes glaucus.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
В качестве модельного объекта был выбран G. glaucus, личинки которого являются более удобными для экспериментальных исследований по сравнению с видами Chironomus, такими как Сh. plumosus, использовавшимися ранее (Табл.1).
Личинок G. glaucus, собранных в природе, помещали в растворы нитрата кадмия трех концентраций (0,01; 0,02; 0,5 мг/л) и в дехлорированную воду (контроль). Рабочие растворы готовили непосредственно перед началом исследований разведением стандартного 1М раствора нитрата кадмия. Емкости с личинками и фиксирующим раствором хранили при пониженной температуре (+4°С). Экспозиция составила 12 часов, по окончании времени эксперимента в течение одной минуты личинок высушивали на фильтровальной бумаге, а затем фиксировали в смеси этанола, уксусной кислоты в соотношении 3:1. Из клеток слюнных желез (у каждой особи исследовалось по 10 клеток) готовили давленые препараты политенных хромосом и анализировали их с помощью микроскопа PrimoStarCarlZeiss с использованием фотокамеры AxioCamERc5s при увеличениях 16×40 и 16×100. Для анализа была использована фотокарта политенных хромосом G. glaucus [5].
Функциональную активность (ФА) политенных хромосом оценивали посредством вычислений: индекса компактности хромосом (CR) — отношения абсолютной длины плеча F хромосомы III к ширине её центромеры [6] [7]; коэффициента генетической активности ядрышкового организатора (NOR) — отношения максимального диаметра ядрышка к ширине интактного района 6 хромосомы IV; коэффициента генетической активности кольца Бальбиани (BRR) — отношение максимального диаметра кольца Бальбиани к ширине интактного района 6 хромосомы IV [8].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
При увеличении концентраций раствора Cd(NO3)2 по сравнению с контролем происходили незначительные изменения морфофункциональных характеристик политенных хромосом G. glaucus.
- Значение коэффициента CR: при концентрации 0.01 мг/л от 4,2 до 10,3 (±6,953); при концентрации 0.02 мг/л от 3,33 до 10,7 (±7,126); при концентрации 0.5 мг/л от 5,26 до 11,33 (±8,144). Возрастание значений CR (рис. 2 а), наблюдаемое в ходе эксперимента, свидетельствует об увеличении длины плеча F хромосомы III под влияние ионов кадмия.
- Значения коэффициента BRR: при концентрации 0.01 мг/л от 1,0 до 3,0 (±1,624); при концентрации 0.02 мг/л от 1,12 до 2,72 (±1,798); при концентрации 0.5 мг/л от 5,26 до 11,33 (±8,144). Наблюдалось увеличение средних значений BRR (рис. 2 б), что может свидетельствовать об увеличении диаметра кольца Бальбиани.
- Значения коэффициента NOR: при концентрации 0.01 мг/л варьировали от 1,24 до 2,7 (±1,939); при концентрации 0.02 мг/л варьировали от 1,71 до 3,3 (±2,399); при концентрации 0.5 мг/л варьировали от 1,45 до 3,8 (±2,512). Наблюдалось увеличение средних значений NOR (рис. 2 в), что может свидетельствовать об увеличении диаметра ядрышка.
В целом произошло незначительное уменьшении компактности ПХ и увеличение ФА хромосом, что может указывать на генотоксичность раствора нитрата кадмия. Согласно динамике биоаккумуляции личинками хирономид металлов, наименьшая компактность наблюдалась при максимальном уровне содержания ионов металлов в тканях.
Сравнение результатов влияния тяжелых металлов на Ch. plumosus и G. glaucus показало, что эти данные согласуются, поэтому можно сделать вывод о том, что личинки G. glaucus также подходят в качестве тест-объекта для анализа влияния солей тяжелых металлов на морфофункциональные характеристики политенных хромосом. Однако по сбору в живой природе и постановке эксперимента этот фитофильный вид более удобен для использования в качестве тест‑объекта по сравнению с бентосным Ch. plumosus.
Литература
- Михайлова Л. В., Князева Т. С. Временное методическое руководство по нормированию уровней содержания химических веществ в донных отложениях поверхностных водных объектов (на примере нефти). // НИА - Природа. Москва, 2002. 4 с.
- Белоногова Ю.В. Экологические последствия влияния тяжелых металлов на гидробионтов.: Автореф. дисс. … канд. биол. наук. Волгоград, 1999. 23 с.
- Белянина С.И., Кузьмина К.А., Сигарева Л.Е. Гигантские хромосомы хирономид как тест-объект для оценки токсических эффектов пестицидов на гидробионтов // «Оценка и классификация качества поверхностных вод для водопользования»: Тез. сообщ. Всес. конф. Харьков, 1979. С. 103.
- Федорова И.А., Полуконова Н.В. Оптимизация методов анализа токсикологических и цитогенетических эффектов лекарственных препаратов на Chironomus (Diptera) in vivo в остром эксперименте. Материалы II Международной научно-практической конференции «экология биосистем: проблемы изучения, идентификации и прогнозирования». 25-30 августа 2009. Астрахань. 2009. С. 67-74.
- Белянина С.И., Дурнова Н.А. Морфология и хромосомы фитофильного Glyptotendipes glaucus (Diptera, Chironomidae) из водоемов Саратовской области. II. Кариотипический анализ // Зоологический журн. Т.77, №2 . 1998. C. 243-251.
- Ильинская Н.Б. Характеристика политенных хромосом различной степени компактности у личинок природной популяции хирономуса // Цитология. 1984. Т. 26. № 5. С. 543-551.
- Ильинская Н. Б. Согласованность изменений компактности политенных хромосом и их плеч в клетках слюнных желез при акклимации личинок мотыля к различным температурам // Цитология. 1990. Т. 32. № 10. С. 993- 1001.
- Фёдорова И. А., Полуконова Н. В. Цитогенетические эффекты холинотропных препаратов при комбинированном действии на личинок Chironomus plumosus (Diptera) in vivo // Цитология, 2009. Том 51, № 10. С. 849 – 855.
Таблицы
Таблица 1. Сравнение личинок Chironomus plumosus и Glyptotendipes glaucus
Характеристика |
Chironomusplumosus (бентосный вид) |
Glyptotendipes glaucus (фитофильный вид) |
Место обитания |
Обитают на дне водоема, поэтому при проведении хронического эксперимента (месяц и более) необходимо добавление грунта к анализируемому раствору ксенобиотика [3, 4]. |
Заселяют прибрежно-водную растительность и любые погруженные субстраты, поэтому добавление грунта в тестируемый раствор ксенобиотика не требуется, что делает результаты эксперимента более достоверными. |
Доступность для массового сбора |
Доступен для массового сбора только в определенный период времени (с января по март). |
Доступен для массового сбора практически круглогодично. |