Морфологические отклонения пыльцевых зерен растений в промышленной зоне

В настоящее время активно развивается новое направление биомониторинга — апимониторинг. Его эффективность подтверждают работы многих ученых. Среди нерешенных вопросов данной области научных исследований — вопрос выбора продукта жизнедеятельности пчел в качестве индикатора загрязнения.

Решая проблему, необходимо учитывать, что растения по-разному аккумулируют вредные вещества, и не каждое из них может выступать в роли индикатора конкретного загрязнителя. Проведенные опыты по миграции мышьяка в растениях [1], выращенных на экспериментальных площадках, показали, что наиболее устойчивыми к загрязнению этим веществом оказались донник желтый, люцерна серповидная, кипрей узколистный, бескислица расставленная, тысячелистник обыкновенный, горлюха ястребинковая. Эти виды растений, не теряя жизнеспособности, аккумулируют в своей биомассе мышьяк, извлекая его из почвы.

Большинство ученых считают и убедились в этом экспериментально, что сами пчелы — хороший природный фильтр и их продукты достаточно чисты [3]. Исследования по накоплению железа в организме пчел и продуктах пчеловодства показали, что в целом содержание этого элемента в тканях пчел при повышенных в 5-10 раз его дозах в рационе возрастает почти в 3 раза [3]. В перге и молочке концентрация железа, наоборот, достаточно стабильна, что доказывает фильтрующую способность пчел.

Наиболее показательной в качестве индикатора некоторые исследователи считают пыльцевую обножку [6], аргументируя тем, что она не подвергается пищеварению со стороны пчел и отбирается до заноса в гнездо. Также следует подчеркнуть, что отбор обножки не требует вмешательства в жизнь семьи и не вредит ее жизнедеятельности.

Впервые работы по исследованию обножки на загрязненность поллютантами провели ученые Новосибирского государственного аграрного университета [6]. Химическому анализу подверглись пыльцевые обножки, собранные пчелами в различных районах Новосибирской области и Алтайского края.

Следует отметить, что для контроля за окружающей средой необходимо использовать монофлорную обножку, так как пыльца не каждого растения может выступать в роли индикатора конкретного загрязнителя. Поэтому данные исследования дают лишь интегральный ответ на вопрос о мониторинге с помощью пчелиной обножки. Возможен и некорректный результат, если на обследуемой территории нет растений, аккумулирующих в соцветиях интересующий загрязнитель.

Наряду с химическим анализом пыльцы необходимо контролировать ее морфометрические данные. Работы ученых-палинологов показывают, что в условиях экологического неблагополучия, растения продуцируют большое число тератоморфных пыльцевых зерен [2]. Поэтому, исследуя морфологические отклонения пыльцы растений, можно оценивать качество окружающей среды и устанавливать наличие в ней гаметопатогенных соединений [2].

В работе по выявлению тератоморфных форм пыльцевых зерен растений в промышленных зонах г. Ижевска мы исследовали пыльцу одуванчика лекарственного (Taraxacum officinale) и рябины обыкновенной (Sîrbus aucuparia). Пыльцу собирали ручным способом, стряхивая ее с соцветий в бумажные пакеты. Все образцы были собраны вдоль загруженных автомобильных дорог и в зонах промышленных объектов, то есть в местах значительных техногенных нагрузок на компоненты экосистем. Пыльцу отбирали в конце мая в сухую солнечную погоду. Контролем служила пыльца, собранная в деревне Комяк Можгинского района Удмуртии, в местности, которая характеризуется отсутствием автодорог и промышленных объектов.

Метрические исследования пыльцы осуществляли под световым оптическим микроскопом «Инфрам-И» при увеличении х600 и 1000. Съемку производили цифровой камерой «Nikon D5100». Препараты готовили по спиртовой методике Вудхауза. Для точности анализа в образцах обрабатывали не менее 200 пыльцевых зерен. Тератоморфными считали все пыльцевые зерна без типичных признаков морфологического строения (то есть все, кроме нормально развитых). Для сравнения использовали атлас пыльцевых зерен [4].

Нормально развитые пыльцевые зерна одуванчика лекарственного

Тератоморфные пыльцевые зерна одуванчика лекарственного

Нормально развитые пыльцевые зерна рябины обыкновенной

Тератоморфные пыльцевые зерна рябины обыкновенной

Рис. 1. Аномалии пыльцевых зерен одуванчика лекарственного и рябины обыкновенной

Рис. 2. Нанизм и гигантизм пыльцы одуванчика лекарственного

В результате проведенных исследований выявили тератоморфную пыльцу одуванчика лекарственного и рябины обыкновенной (рис. 1). Основными видами аномалий в строении и развитии пыльцы одуванчика оказались нанизм (карликовые формы зерен пыльцы), гигантизм (рис. 2) и морфологические отклонения в зернах всех форм. Пыльцевые зерна рябины обыкновенной имели лишь морфологические де формации (см. рис. 1).

В контрольном образце было выявлено незначительное число уродливых форм пыльцевых зерен (2,6%). Наибольшим числом тератоморфных форм характеризовались опытные образцы пыльцы одуванчика лекарственного (12-15%), собранные в районах промышленных предприятий: металлургического завода «Ижсталь», ТЭЦ-1 и завода «Буммаш». Разница с контролем составляет примерно 5-6 раз. В образце пыльцы рябины обыкновенной также удалось выявить тератоморфные формы (примерно 10%). Все вышесказанное свидетельствует о том, что пыльца данных видов растений способна выступать в роли индикаторов загрязнения экосистем.

В ходе опытов мы получили дополнительные сведения о том, что в пыльце энтомо- фильных растений (одуванчика лекарственного и рябины обыкновенной) присутствует пыльца (рис. 3) анемофильных (ветроопылямых) растений (березы и сосны). Пыльца данной категории — сильный аллерген, и поэтому можно предположить, что одна из причин аллергии на мед — пыльца ветроопыляемых растений в нем. В образцах также обнаружили тератоморфные зерна пыльцы сосны обыкновенной (тератомор- физм в образцах составил 30-50%).

Рис. 3. Пыльца березы (а) и сосны (б) в поле зрения микроскопа в образцах пыльцы одуванчика

Немецкие и швейцарские исследователи выяснили, что увеличение выбросов озона и оксидов азота интенсивно работающими предприятиями и транспортом способствует тому, что многие органические молекулы (например, белки пыльцы березы) окисляются, нитруются и превращаются в формы, которые активнее воздействуют на нашу иммунную систему, вызывая аллергию.

Отбор пыльцы при палиноиндикации проводится ручным способом путем сбора соцветий и дальнейшего ее извлечения. Он длителен и трудозатратен. Гораздо проще и быстрее собрать пыльцу с помощью пчел, установив апипосты (ульи с пчелами) в зоне мониторинга. Поэтому процесс использования пыльцы в системе апимониторинга окажется наиболее прогрессивным для экологического контроля. Для этих целей разработаны компьютерный пыльцевой анализ меда и пыльцы [4], технология получения монофлорной пыльцы-обножки [5].

Таким образом, исследования под микроскопом пыльцевых зерен монофлорной пыльцы и меда позволяют оценивать качество окружающей среды и продукции пчеловодства.

В частности, можно:

1. определять ботаническое и географическое происхождение меда и обножки;
2. устанавливать наличие в меде и в обножке пыльцы аллергенов;
3. оценивать экологическую чистоту продуктов пчеловодства по наличию или отсутствию тератоморфных пыльцевых зерен;
4. обнаруживать присутствие в продуктах пчеловодства пыльцы трансгенных растений.

Г.В. ЛОМАЕВ, А.В. ПЕТЫШИН
Ижевский государственный технический университет им. М.Т. Калашникова

Обнаружены и исследованы морфологические отклонения пыльцы одуванчика лекарственного (Tarаxacum officinаle) и рябины обыкновенной (Sоrbus aucupаria) в промышленной зоне с помощью оптической микроскопии.

Ключевые слова: апимониторинг, монофлорная пыльца, тератоморфная пыльца, ботаническое происхождение меда и пыльцы-обножки.

ЛИТЕРАТУРА

1. Габризедзе Т.Г., Бондарева Н.В., Козловская Н.В., Ломаев Г.В. Апимониторинг химического оружия. — Ижевск, 2008.
2. Дзюба О.Ф. Палиноиндикация качества окружающей среды. — СПб., 2006.
3. Ломаев Г.В., Бондарева Н.В. Динамика железа в онтогенезе пчел Apis mellifera L. в условиях изменения величины геомагнитного поля и вариации концентрации элемента в корме // Магнитные явления. — 2012.— Вып. 4.
4. Ломаев Г.В., Камалова Ю.Б., Емельянова М.С. Технология компьютерного пыльцевого анализа меда. — Ижевск, 2014.
5. Ломаев Г.В., Петышин А.В. Технология получения монофлорной пыльцы-обножки // Пчеловодство. — 2014. — №3.
6. Осинцева Л.А., Коркина В.И., Волкова М.В. Качество продуктов пчел на юге Западной Сибири // Пчеловодство. — 2009. — № 7.