2.2.4. Микроспорогенез как показатель в оценке действия загрязнителей среды

Анализ литературных данных (Бессонова В.П. и соавт., 1996; Бондарь Л.М., Частоколенко Л.В., 1990; Giles N.H., Beatty A.V., 1950; Beatty A.V., Beatty J.W., 1955; и др.) показал, что микроспорогенез растений является распространенным методом биоиндикации загрязняющего воздействия среды промышленными отходами и выбросами.

В качестве тест-объектов используются различные растения, но наиболее чувствительными являются Tradescantia sp. (Giles N.H. et al, 1950; Beatty A.V., Beatty J.W.,1955 ), Acer platanoides L. ( Бессонова В.П. и соавт., 1996 ), Vicia cracca L. ( Бондарь Л.М., Частоколенко Л.В., 1990; 1991 ), Vicia faba (Amer S.M., Farah O.R., 1976 ).

Группа исследователей изучили характер микроспорогенеза у растений Vicia cracca L. из нескольких районов г. Новокузнецка с различной степенью загрязнения промышленными отходами. Было показано, что уровень патологических отклонений от нормы коррелирует с условным суммарным показателем загрязнения. Наиболее значимыми критериями в оценке действия загрязнителей среды является количество аномальных мейотических клеток и стерильность пыльцы (Бондарь Л. М. и соавт., 1991 ). Стерильность пыльцы в большинстве случаев связано с нарушением правильности течения мейоза при микроспорогенезе. У растений, подвергшихся действию выхлопных газов, значительно больше стерильной пыльцы во внешние нормальных пыльниках (Бондарь Л.М., Частоколенко Л.В., 1990 ).

Типичным нарушением можно считать образование пентад, гексад и других полиад вместо тетрад вследствие неравномерного распределения хромосомного материала в анафазе. К этому же типу нарушений можно отнести наличие микроядер ( Бондарь Л.М., Частоколенко Л.В., 1990; Козлова А.А., 1996 ).

Патологические микроспоры характеризуются неравномерной окраской цитоплазмы, плазмолизом, высокой гидрофильностью ядра и рядом других признаков, наблюдаемых при формирование пыльцевых зерен. Патологические изменения, появляющиеся на всех стадиях мейоза, значительно снижают формирование полноценной жизнеспособной пыльцы.

Высокий процент пыльцы у растений, произрастающих в зоне продолжительных загрязнений среды, оказывается стерильной ( до 50% пыльцы ). В целом, для популяции это означает уменьшение генетического разнообразия и как следствие - снижение адаптивных возможностей.

Анализ нарушений микроспорогенеза позволяет оценить факторы, действующие длительно, хотя и в малых дозах, и, по сути дела, включенные в микроэкологический фон популяции. Таким образом, аномальное протекание мейоза в микроспороцитах и количество стерильной пыльцы - хороший тест в системе биоиндикации загрязнителей среды ( Бондарь Л.М., Частоколенко Л.В., 1990; 1991; Цитленок и соавт., 1995, 1996, 1997).

2.3. Митотическая активность как показатель антропогенной нагрузки в системе цитогенетического мониторинга

Митотическая активность клеток крайне важна для нормальной жизнедеятельности организма и нередко используется исследователями в качестве чувствительного показателя в оценке загрязненности окружающей среды ( Вострикова Т.В. , 2002; Цитленок и соавт., 2002). По изменению митотической активности в ту или иную сторону можно судить о степени мутагенного воздействия на окружающую среду.

Митотическая активность оценивается с помощью определения митотического индекса (МИ). Анализ литературы позволяет сделать вывод о том, что в большинстве случаев снижение митотического индекса в исследуемых популяциях растений указывает на негативное влияние загрязнений окружающей среды на хромосомный аппарат (Цитленок и соавт., 2002). Однако есть предположения, что снижение митотической активности может быть связано с интегральным эффектом природно-климатических факторов: повышение температуры, избыток или недостаток влажности (Вострикова Т.В. , 2002). Повышение митотического индекса связано с увеличением доли клеток на всех стадиях митоза. Такое явление наблюдается в популяциях растений, подвергающихся небольшим стрессовым воздействиям, обуславливающим стимулирующий эффект. При сильных стрессовых воздействиях, особенно мутагенной природы, наблюдается обратный эффект (Вострикова Т.В. , 2002).

В целом, популяции растений, произрастающие в экологически чистых условиях, имеют более высокие показатели митотической активности, чем растения из антропогенно-трасформированных популяций (Цитленок С.И. и соавт., 2002).

Средний митотический индекс - соотношение количества делящихся клеток и всех клеток зоны деления (Паушева З.П., 1988). Величина среднего МИ может значительно варьировать в разных корнях одного вида. Характерно, что в корнях, в которых МИ оказывается высоким для одной ткани, индекс других тканей может быть низким (Гриф В.Г., Иванов В.Б., 1975). Наблюдения за изменением митотической активности и длительностью каждой фазы митоза дают представление только о качественной стороне изменения продолжительности цикла и синхронности деления (Ротт Н.Н., 1979).

Более высокий МИ при неизменном соотношении фаз деления свидетельствует о том, что клетки ускоренно проходят митотический цикл. Более низкий МИ и одновременное увеличение количества клеток в некоторых фазах свидетельствует о том, что клетки медленнее проходят эти фазы митоза (Балодис В.А., 1968).

Снижение доли профаз и метафаз происходит только в самом конце зоны митозов, а ближе к кончику корня МИ, как правило, увеличивается без изменения соотношения фаз. Это показывает, что при уменьшении МИ здесь не меняется продолжительность фаз митоза. Уменьшение же МИ в базальном конце меристемы бесспорно связано с окончанием митозов и переходом к интенсивному растяжению. Для Allium cepa L. доказаны суточные ритмы митотической активности (Гриф В.Г., Иванов В.Б., 1975).