Принципы эколого генетического тестирования, особенности

СОСТАВ, МЕХАНИЗМЫ ЕСТЕСТВЕННОГО ВОСПРОИЗВОДСТВА И ПУТИ СОЗДАНИЯ АДАПТИВНЫХ БИОГЕОЦЕНОЗОВ И ЛАНДШАФТОВ
Изменения структуры населения почвенных
беспозвоночных при увеличении пастбищной
нагрузки в условиях разнотравноковыльной
степи на темнокаштановых супесчаных почвах.
CевероТургайская провинция
Состав
беспозвоночных
С возрастанием уровня пастбищной нагрузки
условия существования почвенной фауны ухуд
шаются: большинство видов в нарушенных био
топах снижали свою численность. На ранних ста
диях уменьшалось число мягкопокровных видов
и видов с длительным периодом развития в личи
ночной стадии, в то же время повышалась роль
видов, предпочитающих более сухие условия
обитания, и поверхностно обитающих жизнен
ных форм. На выпасаемых участках появились
новые виды, характерные для более сухих усло
вий обитания, не отмечаемые в исходном вари
анте целинной степи, например, жуки Cymindis
sp., некоторые чернотелки (Platyscelis hypolithos
Pall.). В целом на выпасаемых участках с усиле
нием антропогенной нагрузки постепенно про
исходит обеднение видового состава сообществ,
увеличивается доля ксерофилов, меняется соот
ношение доминантов. Таким образом, антропоген
ный перевыпас отрицательно влияет на сообще
ства почвенных беспозвоночных, являющихся
важным звеном в процессе восстановления и под
держания плодородия и устойчивости природных
экосистем.
Численность (экз,/м2,
к % от общего числа)
целина
ARANEI
1,5/4,0
COLEOPTERA
23,2/63,5
– Carabidae, imago
0,7/1,8
larvae, pupa
0,4/1,1
– Elateridae
1,5/4,0
– Scarabaeidae, imago
1,1/2,9
larvae, pupa
15,9/43,4
– Tenebrionidae, imago 0,9/2,6
larva, pupa
0,3/0,7
– Alleculidae
0,7/1,8
– Chrisomelidae
0,1/0,4
– Curculionidae
1,5/4,0
– Другие
0,3/0,7
жесткокрылые
HETEROPTERA
3,6/9,9
LEPIDOPTERA
2,5/6,9
HYMENOPTERA
3,1/8,4
DIPTERA
1,5/4,0
Другие
1,2/3,3
беспозвоночные
ВСЕГО:
36,5/100
Экз, / 0,25 м2 (M±m)
9,1±1,3
умеренный выпас
перевыпас
1,5/5,9
12,8/51,9
5,3/21,6
1,2/4,9
0,8/3,2
0,1/0,5
2,0/8,1
0,5/2,2
0,7/2,7
–
0,7/2,7
0,9/3,7
0,5/2,2
0,5/ 2,7
7,9/ 39,6
3,3/ 16,8
1,3/ 6,7
1,5/ 7,4
–
0,1/0,7
0,3/1,3
0,1/0,7
–
0,4/2,0
–
0,5/2,7
7,3/29,7
0,9/3,8
1,2/4,9
0,7/2,7
0,3/1,1
8,9/45,0
1,2/6,0
0,4/2,0
0,1/0,7
0,8/4,0
24,7/100
6,2±0,9
19,9/100
5,0±0,6
1. Курочкина, Л.Я. Состояние пастбищносенокосных уго
дий / Л.Я. Курочкина, Г.Б. Макулбекова, К.Н. Карибаева
// Трансформация природных экосистем при опустынива
нии. Алматы: ГРИДАН, 1999. С. 22–25.
2 . Томас, Д. Опустынивание: чем определяется дискуссион
ность проблемы? // Опустынивание и деградация почв:
мат. межд. науч. конф., Москва: 11–15 ноября 1999 г. / под
ред. Г.В. Добровольского, Г.С. Куста. М.: Издво МГУ, 1999.
С. 38–52.
3 . Базилевич, Н.И. Трансформации травяных биогеоценозов
умеренного пояса под влиянием антропогенных факторов
/ Н.И. Базилевич, Р.И. Злотин, А.А. Титлянова // Чтения
памяти В.Н. Сукачева. Вып. IV. Вопросы динамики биоге
оценоза. М.: Наука, 1987. С. 28–59.
4 . Гвоздецкий, Н.А. Казахстан / Н.А. Гвоздецкий, В.А. Нико
лаев. М.: Мысль, 1971. 295 с.
5 . Гиляров, М.С. Зоологический метод диагностики почв. М.:
Наука, 1965. 276 с.
На выпасаемых участках снизилось видовое
богатство фауны: в 30 почвеннозоологических
пробах в целинной степи было зарегистрировано
62 вида беспозвоночных, в таком же числе проб
при умеренном выпасе обнаружено только 38 ви
дов (снижение в 1,6 раз) и 33 вида – на участке
перевыпаса (снижение в 2 раза по сравнению с
целиной).
Принципы эколого"генетического тестирования,
особенности действия слабых доз мутагенов и
перспективы использования их фенотипических
эффектов при комплексной оценке опасности
загрязняющих веществ
Р.Ф. Гарипова, к.биол.н.,
Оренбургский ГАУ
источник мутагенного загрязнения. Способов эк
спрессанализа отдаленных последствий воздей
ствия малых доз мутагенов не разработано, от
сюда возможно ошибочное отклонение агента
среды, недооценка его опасности.
Активность физических и химических мута
генов в слабых дозах проявляется в виде положи
тельных модификаций. Впервые стимуляция,
Система генетического мониторинга предус
матривает накопление материала по специфичес
ким экспресстестсистемам, оценивающим ве
щество как потенциальный мутаген на всех уров
нях живого, и ставит целью оценить фактор как
33
БИОРЕСУРСЫ СУШИ
Все виды ионизирующих излучений и некото
рые химические мутагены вызывают значитель
ную химерность у растений М1. В практике изу
чения мутагенов обычно исследуются хлорофиль
ные химеры.
Химерные организмы известны и среди расте
ний, и среди животных, и людей. Индуцируются
химеры тератогенными факторами. Порок разви
тия при этом может быть связан или не связан с
нарушением генетического аппарата. Считается,
что тератогенным фактором может оказаться лю
бой экологический фактор, если интенсивность
его оказывается больше оптимальной [5]. Среди
тератогенных факторов, помимо канцерогенов
различных классов, некоторых углеводородов, со
единений серы, амидов, аминов, альдегидов, фос
фороорганических ядохимикатов, пестицидов и
прочих агентов, отмечается ряд металлов и их со
единений – ртуть, метилхлорид ртути, теллур, хло
рид лития, соли кадмия, сульфат меди, нитрат
свинца, цинк, барий [6].
По И.М. Нейману (1979) [7], химические ве
щества, способные повышать чувствительность
тканей, способствуют созданию благоприятных
условий для индукции опухолей. В целостном
организме многочисленные процессы на тканевом
и системном уровнях оказывают существенное
влияние на развитие отдаленной патологии, в том
числе, вызывают нарушения нейроэндокринной
регуляции у животных и человека, снижающие
адаптивные возможности организма, провоциру
ющие стресс и приводящие к ускоренному старе
нию и истощению.
Основу отдаленной лучевой патологии на кле
точном уровне составляют три типа нарушений,
возникающих в результате непосредственного
воздействия радиации. К ним относятся клеточ
ная гибель, консервация наследственных наруше
ний и нелетальные наследственные изменения, то
есть нарушения, которые стойко репродуцируют
ся при размножении соматических клеток. Отсю
да следует, что одним из механизмов формирова
ния отдаленных последствий облучения является
накопление повреждений в генетическом аппара
те соматических клеток [8]. В связи с проблемой
радиационного загрязнения окружающей среды
в литературе чаще рассматриваются отдаленные
эффекты малых доз мутагенов на примере влия
ния на организмы ионизирующего излучения.
По Н.П. Дубинину и Ю.Н. Пашину (1979) [9],
малый эффект мутагена для целей скрининга наи
более важен, поскольку он реально обладает воз
можностью увеличивать спонтанный мутацион
ный уровень как у отдельных индивидуумов, так
и целых популяций, в то время как воздействию
больших концентраций реально могут подвергать
ся сравнительно небольшие контингенты людей.
Малые дозы мутагенов (химической или фи
зической природы) склонны индуцировать насле
«+» – модификация по Рапопорту И.А. (1984) [1],
была открыта Н.С. Эйгес (1962) [2] и С.И. Мака
ровой (1966) [3]. Стимулирующий эффект исполь
зованных мутагенов подтвердили многие ученые
на самых различных культурах растений, а так
же, практически параллельно, накапливался ма
териал о позитивном влиянии малых доз мутагена
на животных и микроорганизмы. С повышением
дозы стимулирующий эффект сменялся ингиби
рующим. Причем граница перехода колебалась в
ряду концентраций, зависела от сопутствующих
немутагенных факторов.
Среди первичных изменений, наблюдаемых у
растений при воздействии мутагенов от малых до
летальных доз, известны морфозы – отклонения в
физиологических и формообразовательных про
цессах, наступающие в ответ на необычные раз
дражения, к которым данный вид не мог вырабо
тать приспособительной реакции на протяжении
своего филогенеза (Н.Д. Тарасенко, 1980) [4].
Наиболее сильно морфозы выражены в начале
развития растений, полученных от обработанных
мутагеном семян (М1). К концу развития М1 их
число снижается. У сеянцев морфозы наблюда
ются на стадии семядольных листьев и первых на
стоящих листочков. Листья срастаются частично
или полностью, или, наоборот, отщепляют от себя
дополнительные листовые пластинки, наблюда
ются различные деформации семядольных листь
ев, примечательных мясистостью, хрупкостью,
более темной зеленой окраской. В качестве про
чих первичных нарушений чаще встречаются
«слепые» побеги с толстыми, жесткими деформи
рованными листьями, имеющими большое число
вторичных листочков. У таких побегов в резуль
тате гибели терминальных точек роста наблюда
ется торможение верхушечного роста и анормаль
ное развитие нижних листьев.
Химические мутагены вызывают морфозы ме
нее часто, чем радиационные. Стимулирующие
дозы мутагенов увеличивают частоту морфозов.
Так, обработка семян картофеля 0,1%ным раство
ром этиленимина приводит к превышению по
сравнению с контролем максимального веса над
земной массы в 4,4 раза и увеличение частоты
морфозов на 0,4% [4]. Кроме того, стимулирую
щие дозы увеличивают вариабельность полиген
ных признаков, как, например, урожайность или
содержание крахмала в клубнях. Средние значе
ния по этим признакам превосходят контроль. Но
часто обнаруживается чувствительность к неко
торым вирусам. Причина разнообразия и непред
сказуемости последствий воздействия заключа
ется в множественности признаков, представля
ющих иммунитет, и полигенности каждого из этих
признаков.
Таким образом, малые дозы мутагена даже в
стимулирующем режиме расшатывают относи
тельное постоянство генома.
34
СОСТАВ, МЕХАНИЗМЫ ЕСТЕСТВЕННОГО ВОСПРОИЗВОДСТВА И ПУТИ СОЗДАНИЯ АДАПТИВНЫХ БИОГЕОЦЕНОЗОВ И ЛАНДШАФТОВ
стности мембран. По нашему мнению, степень
проявления наследуемой клеточной летальности
характеризует способность клеток противостоять
ряду факторов с общим механизмом воздействия
на клеточную мембрану. Вещество, способное ин
дуцировать такую летальность, разрушает уни
версальную систему защиты клетки, основанную
на избирательности проникновения веществ че
рез мембрану.
Таким образом, биологическое тестирование,
основанное на использовании классических тест
систем для оценки мутагенности веществ, – это
первый и основной этап в прогнозировании опас
ности веществ, поступающих в окружающую сре
ду. Отклонение малых доз мутагена как несуще
ственных ошибочно, так как малые дозы создают
фон для развития патологических изменений на
всех уровнях организации живого. Биотестирова
ние должно учитывать не только повышение час
тоты мутаций, но морфофизиологические нару
шения, наличие «+»модификаций и депрессии у
растений; характер токсического воздействия ве
щества на рост, развитие индуцированных особей
и их потомство; проявление наследуемых клеточ
нолетальных эффектов на одноклеточных, так
как на этом уровне можно оценить первичную ре
акцию генома на внешнее воздействие и потен
циальную способность агента провоцировать от
даленные патологии.
дуемые клеточнолетальные эффекты, проследить
за которыми можно на одноклеточных организ
мах [10]. Рассматриваемое явление подразделяет
ся на стохастические и нестохастические измене
ния в ряду поколений.
Стохастические наследуемые клеточноле
тальные эффекты фиксируются как гибель кле
ток не только в первом поколении, но и после того
или иного числа клеточных делений, что проявля
ется в образовании абортивных колоний.
Кроме того, потомство выживших клеток спо
собно образовывать колонии, содержащие значи
тельную долю нежизнеспособных клеточных эле
ментов. Было установлено, что полученные по
вреждения обратимы как на клеточном, так и на
популяционном уровне. Отдельные «нестабиль
ные» линии, характеризующиеся повышенной
вероятностью гибели клеток в течение продолжи
тельного периода времени, можно поддерживать
селективно. Основными признаками стохасти
ческого летального повреждения являются: гра
дулярная зависимость от дозы мутагена, гетеро
генность поражения клеток в популяции и обра
тимость. Эти признаки не применимы при описа
нии нестохастических клеточнолетальных изме
нений. Отличительными признаками нестохасти
ческого клеточнолетального эффекта являются:
скачкообразность возникновения практически у
100% клеток; независимость (по степени прояв
ления) от дозы; низкие значения индуцирующих
доз; отсутствие в течение неопределенно долгого
времени репарации на уровне как клетки, так и
популяций; неспецифичность для мутагенных
агентов; особенности ядерноцитоплазматических
взаимоотношений при индукции и наследовании
эффекта и др. [10].
На многоклеточных организмах клеточноле
тальные эффекты выражаются в форме дистро
фических изменений в тканях, морфофизиологи
ческих аномалий, некрозов и других патологичес
ких изменений на более высоком организменном
уровне. Чем выше организация живого, тем раз
нообразнее наблюдаемые отдаленные эффекты.
Известно, что эффекты слабых концентраций му
тагенов, сверхоптимальных температур, старения,
дистрофических явлений в тканях сопровождают
ся общими для всех клеток явлениями: снижени
ем барьерной функции мембран, активации их пе
рекисного окисления, нарушением белковоли
пидных связей, повреждением структурной цело
1. Рапопорт, И.А. Действие генетически активных веществ на
фенотип и чистота генетического состояния // Химичес
кий мутагенез в повышении продуктивности сельскохо
зяйственных растений. М.: Наука, 1984. С. 85–97.
2 . Эйгес, Н.С. Мутагенный эффект этиленимина при воздей
ствии на сухие семена озимой пшеницы // Тезисы Моск.
конф. молодых ученыхбиологов. М.: МГУ, 1962. С. 267.
3 . Макарова, С.И. Некоторые закономерности действия нит
ровоалкилмочевины // Супермутагены. М.: Наука, 1966.
С. 116–121.
4 . Тарасенко, Н.Д. Экспериментальная наследственная из
менчивость у растений. Новосибирск: Наука, 1980. 200 с.
5 . Слепян, Э.И. Тератогенные факторы среды // Экологи
ческое прогн озирован ие: сб. статей. М .: Н аука, 1979.
С. 186–187.
6 . Саноцкий, И.В. Эмбриотропное действие химических фак
торов среды / И. В. Саноцкий, Л. С. Сальникова // Эколо
гическое прогнозирование: сб. статей. М.: Наука, 1979.
С. 236–253.
7 . Москалев, Ю.И. Отдаленные последствия ионизирующих
излучений. М.: Медицина, 1991. 464 с.
8 . Дубинин, Н.П. Индикация мутагенов в окружающей среде
/ Н.П. Дубинин, Ю.В. Пашин // Экологическое прогно
зирование: сб. статей. М.: Наука, 1979. С. 132–253.
9 . Нейман, М .М. Канцерогенные факторы в окружающей
среде // Экологическое прогнозирование: сб. статей. М.:
Наука, 1979. С. 158–162.
10. Бычковская, И.Б. Проблема отдаленной радиационной ги
бели клеток. М.: Энергоатомиздат, 1986. 160 с.
35