Популяційні дослідження антропогенного забруднення урбоекосистеми

Постановка проблеми. Основний вплив на атмосферне повітря міста Черкаси чинить автотранспорт, хімічна промисловість (ПАТ «Азот») та підприємства енергетики (ВП «Черкаська ТЕЦ») [1]. З погіршенням якості міського середовища збільшується захворюваність населення, генетичний вантаж популяції, тому комплексна оцінка стану урбоекосистем залишається актуальним питанням. Сьогодні для оцінки стану навколишнього природного середовища активно застосовуються біоіндикаційні методи. Біоіндикація проводиться на різних рівнях і найбільш поширеними є дослідження на організмовому рівні організації живої матерії, коли у індикаторів фіксуються та аналізуються біохімічні та фізіологічні реакції, анатомічні, морфологічні, біоритмічні та поведінкові відхилення [2].
Слід відмітити, що дослідження ценотичних змін не набуло достатнього поширення в індикації стану довкілля, що на сьогоднішній день є першочерговою задачею. Саме вивченню популяційної динаміки в залежності від стану навколишнього природного середовища і присвячена дана робота [3]. Новизна роботи полягає у розробці екологічної шкали комплексної оцінки стану міського середовища із застосуванням ценотичних методів біоіндикації
Методи дослідження: зооіндикація на популяційному рівні.
Об’єкт дослідження – плодова мушка (DrosophilamelanogasterMg.), яка широко використовується в генетичних дослідженнях і може  використовуватися в біоіндикаційній оцінці стану урбосистеми.
Мета роботи – комплексна оцінка екологічного стану міського середовища за допомогою дослідження впливу антропогенних чинників довкілля м. Черкаси на відтворення популяції плодової мушки та частоту появи мутантних форм.
Завдання роботи:
1. Визначити ступінь виживання когорти DrosophilamelanogasterMg. в районах з різною інтенсивністю аеротехногенного навантаження.
2. Визначити частину когорти, яка дожила до початку відповідної стадії.
3. Визначити швидкість відтворення популяції та коефіцієнт смертності в досліджуваних зонах міста.
4. Дослідити частоту зустріваності патологічних мутацій DrosophilamelanogasterMg.
5. Порівняти отримані дані по територіях дослідження за допомогою коефіцієнтів смертності, відтворення популяцій.
6. Дати комплексну оцінку стану міського середовища, а саме провести екологічне районування території міста за результатами  популяційних досліджень плодової мушки.
Матеріали та методика досліджень. На території міста Черкаси було обрано шість дослідних ділянок з різною інтенсивністю антропогенного навантаження. Влітку за допомогою пасток було відловлено плодові мушки в реперних точках досліджуваної території. Через два дні, після відкладення яєць, пастки було звільнено від дорослих особин, а банки залишено для спостережень. Після появи перших дорослих особин ще два дні (для того, щоб дати можливість всім живим лялечкам дійти до стадії імаго) тривало дослідження. Щодня реєструвалась кількість особин на різних стадіях розвитку. Зафіксовано всі стадії життєвого циклу плодової мушки, загальна кількість особин, які дожили до початку відповідної стадії, розраховано у долях одиниці частину когорти, яка дожила до початку відповідної стадії (1х) приймаючи значення 10 за 1,00. Всі наступні значення 1х отримано в результаті перетворення: ах ·1 / а0. Розраховано коефіцієнт смертності aх як відношення частини когорти, яка загинула на відповідній стадії до частини когорти, що дожила до початку відповідної стадії 1х. Визначено коефіцієнт відтворення популяції в досліджуваних зонах міста за формулою 1:
          R0=∑,                                                                                                    (1)
де  F – кількість дорослих особин, які розвилися із відкладених під час перших двох днів експерименту яєць;
а0 – кількість яєць відкладена протягом перших двох діб перебування пасток у визначених місцях.
 R0 – це середня кількість нащадків, що народились за весь час існування когорти від однієї особини, що існувала в момент відродження когорти. Відповідно, у організмів з однорічним життєвим циклом і поколіннями, які не перекриваються R0 характеризує загальну величину зростання чи спаду чисельності популяції за одне покоління.
У імаго визначено патологічні мутації та підраховано частоту їх зустріваності [4].
Результати та їх обговорення. Аналіз когортних даних показав, що плодова мушка більш чутлива до забруднення середовища на стадіях личинки та лялечки, а на стадії імаго дрозофіла більш чутлива до впливу стаціонарних джерел. Показники коефіцієнта відтворення свідчать, що найсприятливіші умови існування в дослідних ділянках у спальних районах (коефіцієнт відтворення 0,07). Найнижчий коефіцієнт відтворення(0,04) на дослідній ділянці, яка характеризується надмірним впливом автотранспорту.               
Для аналізу території міста було розроблено спеціальну чотирьох бальну шкалу (табл.1), за допомогою якої було дано комплексну оцінку екологічного стану міського середовища. При розробці шкали було враховано коефіцієнт смертності, коефіцієнт відтворення та частота мутацій для всіх дослідних ділянок. Кожному балу відповідає діапазон числових значень. Забруднення визначали за сумою балів. Чим вищі бали, тим вищий ступінь забруднення атмосферного повітря.
Найменший вплив комплексу антропогенних факторів (3 бали) спостерігається на ділянці, де практично відсутній автотранспорт та підприємства, які могли б чинити негативний вплив на навколишнє середовище. Крім цього, ця ділянка розташована на території лісового масиву «Черкаський бір». Найбільш забрудненою (12 балів) виявилась дослідна ділянка в спальному районі, що можна пов’язати з напрямом вітрів в південно-західну сторону від промислових підприємства з високим транспортним навантаженням (табл.1).

Таблиця 1 – Бальна шкала за результатами популяційних досліджень


№ ділянки

Коефіцієнт відтворення

Коефіцієнт смертності

Частота мутацій

Σ балів

Личинка

Лялечка

Імаго

 

число

бали

число

бали

число

бали

число

бали

число

бали

 

1

0,07

0

0,79

1

0,61

0

3,55

1

0,03

1

3

2

0,04

2

0,72

1

1,80

3

3,80

1

0,09

2

9

3

0,07

0

0,82

2

1,04

2

3,00

0

0,02

1

5

4

0,05

1

0,96

3

0,89

2

4,89

3

0,07

2

11

5

0,05

1

0,63

0

1,17

3

4,60

2

0,10

4

10

6

0,05

1

0,82

2

1,13

3

4,00

2

0,16

4

12

Аналіз коефіцієнту відтворення показав, що найбільш сприятливі умови існування в ділянках з низьким рівнем автомобільного навантаження (значення коефіцієнту відтворення складає 0 балів). На ділянці № 2 коефіцієнт відтворення має найвище значення (2 бали), ділянка знаходиться в центрі міста з інтенсивним рухом автотранспорту. На інших ділянках коефіцієнт відтворення складає (1 бал), ділянки відмічаються високим рівнем антропогенного навантаження.
Найвище значення коефіцієнту смертності досліджуваного тест-об’єкту виявляється на стадії личинки ділянка №4 (3 бали), на стадії лялечки  ділянка №2,5,6 (3 бали), на стадії імаго, ділянка №4 (3 бали). Це свідчить про те,  що на різних стадіях онтогенезу плодова мушка відрізняється чутливістю до  хімічного складу забруднень. Зі збільшенням впливу автотранспорту зростає коефіцієнт смертності на  ранніх стадія онтогенезу, а на територіях, де є вплив як стаціонарних так і пересувних джерел, зростає коефіцієнт смертності на стадіях лялечки та імаго.
Найвища частка патологічних мутацій (4 бали) спостерігалась у когорти плодової мушки з дослідних ділянок, які виявились найбільш забрудненими за результатами популяційних досліджень. Розвиток мутацій можна пояснити розташуванням хімічного промислового підприємства ПАТ «Азот». Отже, можна припустити, що прямий вплив на розвиток мутацій чинять викиди цього підприємства. Найнижча частота виникнення мутацій
(1 бал) на ділянках, які характеризується помірним антропогенним навантаженням та розташуванням на березі річки Дніпро. Типові мутації які зустрічались при дослідженні наведені у таблиці 2, на ділянці №6 аномально висока частка мутації відсутність забарвлення тіла, що спричинено мутагенними факторами [5].
               
Таблиця 2 Частота зустріваності (в частках одиниці) патологічних мутацій у Drosophila melanogaster Mg.


Патологічна мутація

Досліджувана територія міста

№1

№2

№3

№4

№5

№6

Недорозвинені крила

0,02

0,008

0,05

0,02

0,06

Наявність потворної кінцівки замість антен

0,01

Збільшення розмірів тіла

0,01

0,03

0,01

0,02

0,04

0,02

Відсутність забарвлення тіла

0,05

0,04

0,08

 ∑

0,03

0,09

0,02

0,07

0,10

0,16

Примітка: “–” – мутація не спостерігалась.

З проведених досліджень можна зробити висновки, що чисте повітря в дослідних ділянках № 1 (3 бали), № 3 (5 балів); забруднене повітря на ділянці № 2 (9 балів); сильно забруднене повітря на ділянках № 4,5,6 (11, 10 та 12 балів відповідно).
Висновки. Таким чином, плодова мушка виявилась чутлива до впливу атмосферного забруднення на всіх стадіях онтогенезу, про що свідчать досліджувані коефіцієнти. На ділянках, які знаходяться в зонах антропогенного пресингу у тест-об’єкту спостерігається зростання коефіцієнтів смертності та відтворення, отже на даних ділянках несприятливі умови існування плодової мушки. На ділянках в умовно чистих районах, біля річки Дніпро, та в зоні лісового масиву, відмічаються зниження досліджуваних показників. Також плодова мушка відрізняється чутливістю на різних стадіях онтогенезу, на стадії личинки вона більш чутлива до хімічних забруднень автотранспорту. Частоту зустріваності патологічних мутацій можна пов’язати із ступенем хімічного забруднення території та після детального аналізу можливо використовувати для прогнозу захворюваності населення.
Популяційні дослідження перспективні для комплексного моніторингу та оцінки стану урбосистеми, оскільки розвиток популяцій залежить від екологічних умов, а саме від впливу пересувних та стаціонарних джерел. Подальші розробки вбачаємо у вдосконаленні методики досліджень і розробці шкали комплексного забруднення урбоекосистем за результатами популяційних досліджень.

Список літератури

  1. Довкілля Черкащини за 2012 рік /Головне управління статистики у Черкаській області, 2012. – 175 с.
  2. Экология города / под. ред. Стольберга: Учебник. – К.: Либра, 2004. – 464 с.
  3. Дідух Я.П. Популяційна екологія. – Київ: Фітосоціоцентр, 1998. – 192 с.
  4. Загальна екологія: практичний курс. Част. 1. / С.С. Руденко, С.С. Костишин, Т.В. Морозова. Чернівці: Рута, 2003. – 320 с.
  5. Голубовский М.Д. Организация генотипа и формы наследственной изменчивости эукариот В кн.: Методологические проблемы медицины и биологии (Ред.: Беляев Д.К., Бородин Ю.И.) // Новосибирск: Наука. 1985. – С. 135-152.

Популяційні дослідження антропогенного забруднення урбоекосистеми [Електронний ресурс]  / Христославенко О.П., Білик І.А., Чемерис І.А. // Режим доступу: http://eco.com.ua/

Topics: 
Оцінка: 
0
No votes yet