ЕКОЛОГІЧНА ТОКСИКОЛОГІЯ

УДК 575.224.045

А.В. Фединяк, О.М. Ревега, Н.М. Фітель, Л.С. Боднар, к.б.н.

ОЦІНКА МУТАГЕННОГО ЗАБРУДНЕННЯ ВОДНИХ БАСЕЙНІВ ЦЕНТРАЛЬНОЇ ЧАСТИНИ ЛЬВІВСЬКО-ВОЛИНСЬКОГО КАМ'ЯНОВУГІЛЬНОГО БАСЕЙНУ

Львівський національний університет ім. Івана Франка

Однією з невід'ємних частин системи еколого-гігієнічного контролю стану навколишнього середовища є проведення аналізу сумарної мутагенної активності води, відібраної з водойм певного регіону, оскільки водний фактор має значний вплив на виникнення спадкових захворювань. Забруднення водойм мутагенами відбувається переважно внаслідок зливання в них промислових та побутових стічних вод [1, 9, 10]. Спостереження за забрудненням води деяких індустріальних районів показують, що процеси самоочищення забезпечують руйнування і нейтралізацію лише третини забруднень [3]. Тому стоки ряду підприємств стали об'єктами генотоксикологічних досліджень.

Видобуток вугілля, який в кінці семидесятих років досяг 12 млн. т в рік, супроводжувався винесенням на поверхню землі великої кількості (близько 100 млн. м3) вуглемістких порід та великим шахтним водовідливом, який в середньому досяг 6,5 млн. м3 води в рік, а за весь період експлуатації шахт вилито на земну поверхню до 200 млн. м3 шахтних вод з мінералізацією 6—8 і більше г/л. Тобто, лише з шахтною водою винесено на земну поверхню щонайменше 106 т різних солей та сульфатів, в тому числі токсичних та потенційно токсичних важких металів. Не менша кількість солей винесена з териконів вітром та дощами [6]. Терикони шахт, гравітаційні та флотаційні відходи вуглезабезпечення є джерелом забруднення грунтів, поверхневих та підземних вод важкими металами [4]. Особливої уваги заслуговують берилій, селен, свинець, стронцій, барій, цинк, мідь, бор, кадмій, фосфор, ртуть, миш'як, нікель, марганець, залізо, молібден, хром, які в умовах регіону є високорозчинними, в значній мірі переходять в рухомі форми і складають основну частку в сумарному забрудненні ґрунтів, підземних та поверхневих вод [7]. Флотаційні та гравітаційні відходи є джерелами забруднення довкілля фенолами, нафтопродуктами, поліакриламідом, сульфатами SO4-, фосфатами PO4- [3, 5].

Таким чином, вугледобувний та вуглезбагачувальний комплекси мають вирішальне значення в зміні екологічної ситуації довкілля. А, відповідно, різке погіршення екологічного стану довкілля через забруднення ґрунтів, вод і повітря викликає погіршення здоров'я населення, захворювання дітей на гіпоплазію та флюороз зубів, і потребує негайного виконання робіт по покращенню загальної екологічної ситуації [2].

Метою даної роботи було вивчення екологічної ситуації Червоноградського гірничо- промислового району Львівської області, впливу вугільної промисловості на забруднення даного регіону за допомогою загальноприйнятих тест-систем: тест Еймса із застосуванням гістидинзалежних штамів Salmonella typhimurium ТА 98 і ТА 100 для фіксації генних мутацій; ана-телофазний аналіз меристемних клітин корінців Allium cepa для виявлення хромосомних аберацій; тест на соматичні мутації і рекомбінацію у Drosophila melanogaster у системі y w ct f/++++ (Oregon). Вони дають змогу одержати реальну картину забруднення об'єктів довкілля та можливої загрози для здоров'я людей.

Матеріалом досліджень слугували зразки стічних вод гірничої промисловості, а також зразки з природних водойм Червоноградського району Львівської області. Мутагенне забруднення стічних вод вугільної промисловості вивчали в центральній частині Львівсько-Волинського кам'яновугільного басейну. Чинниками забруднення цього району є гравітаційні відвали та шлаконакопичувачі, відстійники шахтних вод, незадовільний технічний стан обваловуючих дамб навколо накопичувачів шахтних вод [8, 11].

При дослідженні зразків шахтних вод було виявлено індукцію мутагенної активності на різних штамах S. typhimurium в тесті Еймса. Зразки води, відібрані із різних водоймищ індукували збільшення his+-ревертантiв порівняно з контролем в 1,5—3 рази, що за загальноприйнятою шкалою оцінюється в 1 бал мутагенності (рис. 1).

При цьому зразок №1 (водоймище шахти №1 "Червоноградська") проявив мутагенну активність лише на штамі ТА 100. Так, кратність перевищення числа колоній ревертантiв при додаванні зразку відносно контролю становила 1,8. Це говорить про те, що речовини, які знаходяться в зразку №1, викликають в основному мутації типу заміни пар основ. При дослідженні зразка №2 (вода відібрана між пластами порід шахти №5), кратність перевищення числа колоній ревертантів відносно контролю становила 2,3 на штамі ТА 100 і 3,0 на штамі ТА 98, тобто речовини цього зразка викликають мутації як зсуву рамки зчитування, так і заміни пар основ, причому в більшій мірі мутації типу зсуву рамки зчитування. Відносно зразка №3 (водоймище шахти №3 "Великомостівська"), були отримані дані, які наближаються до контролю, що свідчить про відсутність мутагенного ефекту (рис. 1).

Для виявлення можливої індукції канцерогенних ефектів провели дослідження даних зразків методом соматичних мутацій і рекомбінацій в системі y w ct f/ ++++. Всі три зразки шахтних вод не показали наявності мутагенного ефекту.

Для розуміння впливу вугільної промисловості на хромосомний апарат біоти нами проведені обстеження вказаних зразків на індукцію хромосомних аберацій на Allium cepa (табл. 1).

Зразок води №1 викликав частоту порушень хромосом 3,2±0,57% при 2,8+0,51% в контролі, зразок води №2 — 3,8±0,52% при 2,8±0,46% в контролі. Ці дані вказують на відсутність у них мутагенної активності. Основна маса перебудов, які зустрічалися під час аналізу, — це поодинокі ацентричні фрагменти малих розмірів та мости хроматидного типу. Співвідношення кількості фрагментів до мостів у контролі знаходилось в межах 0,75—1,43. Досліджувані зразки викликали більшу кількість делецій — співвідношення становило, відповідно, 1,75 і 3,8. Поряд з вище перерахованими абераціями зустрічалися також мікроядра, відстаючі хромосоми, хромосоми з мостами і фрагментами одночасно.

Паралельно проводили вивчення мітотичної активності клітин (табл. 2). На контрольних препаратах клітин allium cepa мітотичний індекс дорівнював 239 проміль. Під час пророщування насіння цибулі на дослідному зразку мітотичний індекс у клітинах зменшувався до 211 проміль, що свідчить про пригнічуючу дію хімічних компонентів зразка води на процес поділу клітин.

Дослідження сумарної мутагенної активності шахтних вод Червоноградського гірничо-промислового району показали, що вони здатні викликати генні мутації як по типу зсуву рамки зчитування, так і по типу заміни пар азотистих основ. Не зафіксовано індукції хромосомних аберації і соматичних мутацій при експозиції данними зразками. Проте, деякі зразки шахтних вод негативно впливали на проліферативну активність клітин Allium cepa, зменшуючи кількість мітозів, які спостерігалися одномоментно.

Для вияснення впливу вугільної промисловості на екологічний стан поверхневих вод Червоноградського регіону проведений аналіз сумарної мутагенної активності води з річки Західний Буг біля м. Червоноград і м. Сокаль в тесті Еймса на S. typhimurium. Зразки відбирали в різні пори року на протязі 1998—2002 рр.

Індукцію генних мутацій спостерігали в основному на штамі ТА 100 як на зразку з р. Солокія, так і на зразку з р. Західний Буг. Цей ефект спостерігався як в серпні 1998, так і в жовтні 1999 років. Отримані результати свідчать про наявність в зразках хімічних сполук, які у бактерій Salmonella typhimurium викликають мутації по типу заміни азотистих основ. Мутагенна активність води з р. Солокія та її притоки протягом 2000—2002 рр. в тесті Еймса не зафіксована. На рис. 2, 3 представлено зміну рівня сумарної мутагенної активності води з цих рік протягом 1998—2002 рр.

Статистично достовірної різниці між індукцією хромосомних перебудов у контролі та у зразку води з ріки Західний Буг у 1998 й 2000 р. не відзначено. Проте зразок води з р. Західний Буг, відібраний у липні 2002 року у м. Червоноград, спричиняв збільшення частоти утворення клітин із перебудовами більше, ніж у 6 разів. Вихід хромосомних перебудов статистично вірогідно зростав і у випадку дії водних зразків з р. Солокія, відібраних у 1998 і 2002 р. на клітини allium cepa. Переважною більшістю серед аберацій були дицентрики. Також зустрічалася значна кількість мікроядер, відстаючі хромосоми, кільцеві хромосоми, порушення у метафазній пластинці, сепарації хромосом. При дії хімічних мутагенів характерними є аберації хроматидного типу, що прослідковується при дії зразків із р. Західний Буг. Зразки з р. Солокія відзначалися приблизно однаковою кількістю хромосомних і хроматидних розривів, що свідчить про сукупну дію індукторів мутагенезу фізичної та хімічної природи у цих зразків.

Здатність зразків води, відібраних з р. Західний Буг та р. Солокія, викликати соматичні мутації та рекомбінацію вивчали на Drosophila melanogaster у системі y w ct f/++++ (Oregon). Найвищі показники спостерігались в 1998—2000 рр. Загалом, як і у випадку результатів по тесту Еймса, після 2000 р. спостерігається зменшення індукції соматичних мутацій і рекомбінацій.

Таким чином, зразки води з рік Західний Буг, Солокія проявили мутагенні ефекти, які полягали в індукції мутацій заміни пар основ, хромосомних аберацій, соматичних мутацій і рекомбінацій, а також впливали (позитивно чи негативно) на проліферацію клітин. Не виявлена тенденція до однотиповості мутацій, що свідчить, на нашу думку, про різний склад хімічних компонентів у зразках. Проте, встановлено зменшення сили мутагенних ефектів при обстеженні зразків поверхневих вод регіону з 1998 по 2002 рр., що ми пов'язуємо із частковою зупинкою робіт на вуглезбагачувальному комплексі, зменшенням обсягів видобутку вугілля, закриттям деяких шахт.

Література
1. Бариляк І.Р., Дуган О.М. Еколого-генетичні дослідження в Україні // Цитологія і генетика. —2002. —№5. —С. 3—10.
2. Барыляк И.Р., Быкорез Т.И., и др. Генетические последствия загрязнений окружающей среды. —Киев: Наукова думка, 1989. —232 с.
3. Безпамятков Г.Г., Кротов Ю.А. Предельно допустимые концетрации химических веществ в окружающей среде. —Л: Химия, 1985. —528 с.
4. Бигамиев А.Б. Генетические эффекты ионов металлов. —Алма-Ата: Наука, 1986. —134 с.
5. Бочков Н.П., Шрам Р.Я., Кулешов И.П. Система оценки химических веществ, практические рекомендации и дальнейшие разработки // Генетика. —1975. —№10. —С. 156—158.
6. Бочков Н.П., Чеботарёв А.Н. Наследственность человека и мутагены внешней среды.-М: Наука, 1989. —207 с.
7. Грушко Я.М. Вредные органические соединения в промышленных сточных водах. —Ленинград: Химия, 1982. —С. 3—13.
8. Екологія Львівщини. —Львів: Держуправління енергобезпеки, 1994.
9. Лекявчук Р.Н. Химический мутагенез и загрязнения окружающей среды. —Вильнюс: Моксалке, 1983. —С. 350.
10. Мацях А.В., Дуган О.М., Бариляк І.Р. Деякі аспекти мутагенного забруднення водних об'єктів // Довкілля та здоров'я. —2000. —№6. —С. 58—64.
11. Фединяк А., Ревега О., Дубовицька М., Боднар Л. Мутагенність стічних вод з підприємств різних галузей виробництва та їх вплив на стан річок Львівщини // Матеріали доповідей міжнародної конференції "Екологічні проблеми міст і промислових зон: шляхи їх вирішення". —Львів: Сполом, 2003. —С. 142—145.


| Зміст |