Способ определения интегрального эффекта воздействий неблагоприятных факторов внешней среды

 

Изобретение относится к охране окружающей среды, селекции и генетике растений . Цель изобретения - повышение надежности, достоверности, расширение зоны и временных интервалов применения способа. Способ определения интегрального эффекта неблагоприятных факторов внешней среды включает сбор соцветий, цветков или отдельных пыльников дикорастущих цветковых растений, оценку и отбор амфиктичных растений и исследование реакции их пыльцы на состояние окружающей среды.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУбЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОбРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 4

К)

Ql 4

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4859662/13 (22) 18.06,90 (46) 15.04,92. Бюл.¹14 (71) Саратовский научно-исследовательский институт сельской гигиены и Саратовский государственный университет им, Н.Г.Чернышевского(72) М.A.Íå÷êèíà и П.Г:Куприянов (53) 632.15 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 533361, кл. А 01 Н 1/00, 1975.

Изобретение относится к охране окружающей среды, экологическому мониторингу, растениеводству, селекции и генетике растений.

Известны способы контроля неблагоприятных факторов внешней среды, которые. основаны на определении содержания конкретных веществ или иных факторов физическими и химическими методами, а также на оценке их действия на некоторые биологические объекты.

В результате их использования складываются представления о предельно допустимых дозах действия или присутствия вредных факторов в среде.

Недостатком известных способов является их большая сложность, а также то, что каждый из них нацелен на выявление одного или нескольких вредных факторов. Между тем в большинстве случаев конкретные повреждающие факторы антропогенного

ÄÄ5UÄÄ 1725785 А1 (si>s А 01 G 7/00, А 01 Н 1/00 (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИНТЕГРАЛЬНОГО ЭФФЕКТА ВОЗДЕЙСТВИЙ НЕБЛАГОПРИЯТНЫХ ФАКТОРОВ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ (57) Изобретение относится к охране окружающей среды, селекции и генетике растений, Цель изобретения — повышение надежности, достоверности, расширение зоны и временных интервалов применения способа. Способ определения интегрального эффекта неблагоприятных факторов внешней среды включает сбор соцветий, цветков или отдельных пыльников дикорастущих цветковых растений, оценку и отбор амфиктичных растений и исследование реакции их пыльцы на состояние окружающей среды. или естественного происхождения не являются заранее известными. Кроме того, повреждающий эффект может быть обусловлен и взаимодействием безвредных по отдельности факторов. Поэтому для первичной оценки среды, а также организации систем постоянного долговременного контроля за ее состоянием, интерес представляют способы регистрации интегрального действия неблагоприятных факторов.

К таким способам относится определение мутагенного эффекта факторов среды, основанный на учете показателей нарушения процессов формирования зародышевого мешка и раннего эмбриогенеза в 1 — 2 день цветения под влиянием мутагенных факторов. Сложность приготовления препаратов, необходимость высокой квалификации специалистов для проведения анализа делают целесообразным использование предложенного способа для прогнозирова1725785 ния потенциальной продуктивности и по-. севных качеств семян последующих поколений культурных растений, но не в целях оценки окружающей среды и контроля за ее состоянием.

Существует метод определения загрязнения окружающей среды пестицидами-мутагенами путем определения уровня стерильности пыльцы дикорастущих видов растений.

Недостатком метода является отсутствие критерия пригодности видов для биондикации, вследствие чего проводилась большая и недостаточно эффективная работа по определению возможности использования ряда растений в качестве индикаторов загрязнения пестицидами-мутагенами окружающей среды.

Наиболее близким по технической сущности является способ определения мутагенного, канцерогенного и тератогенного эффекта химических соединений в воздухе по частоте встречаемости многоклеточных аномальных пыльцевых зерен в мужском половом поколении хвойных растений. Чем больше процент аномальных пыльцевых зерен, тем выше степень загрязненности воздуха.

Однако возможности применения этого способа ограничены сроками цветения и районами распространения хвойных растений, индикацией химических соединений только в воздушной среде. Кроме того, в этом способе не учитывается тот факт, что не все виды хвойных пригодны для использования в качестве индикаторных.

В частности, таковыми являются интродуцированные виды хвойных растений, для которых нормальные характеристики среды данной местности являются мало подходящими. Не учитывается и тот факт, что некоторые виды хвойных могут оказаться апомиктичными и иметь из-за этого повышенную частоту встречаемости аномальных пыльцевых зерен.

Цепью изобретения является повышение надежности достоверности, расширения зоны и временных. интервалов применения способа.

Поставленная цель достигается тем, что в способе, основанном на определении качества пыльцы индикаторных растений, в качестве последних выбирают дикорастущие амфимиктичные цветковые растения, у которых наличие амфимиксиса определяют по частоте встречаемости дефектных пыльцевых зерен (ЧВДПЗ) в серии различных выборок. Амфимиктичными являются те виды, у которых средняя ЧВДПЗ вида достоверно меньше пограничной величины

25 действующих в них неблагоприятных факто30 ров.

10,2, доверительные интервалы истинного значения которой простираются при

Р= 0 95 8,1 — 12,3

Р= 0,99 7,1 — 13,3

Р = 0,999 5,8 — 14,6, где P — уровень достоверности различий.

О силе воздействия неблагоприятных факторов среды судят по величине средней

ЧВДПЗ у выборки особей вида в исследуемом местообитании. Если средняя ЧВДПЗ выборки меньше пограничной величины при избранном доверительном уровне, то условия среды для данного вида в исследуемом местообитании находятся в пределах нормы. Если средняя ЧВДПЗ исследуемой выборки не отличается или достоверно больше пограничной величины, то налицо действие каких-,либо неблагоприятных факторов. Таким образом, место обитания, выборки особей амфимиктичных видов, из которых имеют средние ЧВДПЗ меньшие, чем. пограничная величина, отличаются только по степени благоприятности условий среды, в целом находящихся в пределах нормы, а местообитания, для которых получены значения средних ЧВДПЗ, не отличающиеся от пограничной величины или превышающие ее,. отличаются уже по силе

Способ осуществляют следующим образом.

Сбор материала для исследования качества пыльцы, В исследуемом местообитании соответствующих видов у групп особей, составляющих выборки среднего объема и отобранных случайным образом, собирают части соцветий, цветки или отдельные пыльники, содержащие зрелую, не еще не высыпавшуюся пыльцу.

Приготовление препаратов и изучение качества пыльцы. Для каждой исследуемой особи готовится индивидуальный препарат зрелых пыльцевых зерен из мужских или обоеполых цветков. Для скрашивания пыльцевых зерен могут быть использованы любые красители, связываемые цитоплазмой и ядрами, но не оболочкой. Разделение пыльцевых зерен на нормально выполненные и дефектные производится на основе обычных цитологических критериев. Для каждой особи необходимо просчитать не менее 100 пыльцевых зерен в полях зрения, равномерно расположенных по поверхности препарата. Частота встречаемости дефектных пыльцевых зерен у особи, выраженная в процентах, называется степенью дефектности пыльцы, или сокращенно СДП. Каждая исследованная выборка особей одного ви1725785

20 дикаторных да, или видообразец, может быть охарактеризована средней СДП.

Оценка амфи- или апомиктичности видов. Осуществляется на основе вариационного ряда средних СДП его видообразцов, которые были собраны в различных место-. обитаниях, по возможности удаленных друг от друга, или же в различные годы, Если средняя СДП такого вариационного ряда, или средняя СДП вида, достоверно меньше пограничной СДП, доверительные интервалы истинного значения которой при доверительных уровнях 0,95, 0,99, 0,999 простираются соответственно от 8,1, 7,1 и

5,8 до 12,3, 13,3 и 14,60, а сама величина равна 10,2, то вид амфимиктичен с соответствующим уровнем надежности. Он может быть использован в тест-системе. 8 противном случае следует либо увеличить число выборок, по которым была определена средняя СДП вида и ее доверительные интервалы, либо, убедившись в том, что вид апомиктичен, отказаться от возможности его использования в тест-системах.

Сравнительная оценка местообитаний по уровню благоприятности или неблагоприятности действующих в них факторов среды. Осуществляется на основе сравнения средних СДП видообразцов одного или нескольких из обитающих в них амфимиктичных видов. Если средние СДП видообразцов достоверно ниже пограничной средней СДП, то факторы среды в период формирования пыльцы соответствующих видообразцов не выходили за пределы нормы. Условия среды в этих случаях отличаются лишь по уровню благоприятности, если, конечно, средние СДП соответствующих видообразцов отличаются между собой. Сравнение средних СДП видообразцов осуществляется на основе использования обычных статистических методик и не представляет трудности, особенно при использовании пщрграммируемых ЗКВМ.

Если средние СДП видообразцов не отличаются от пограничной средней СДП или достоверно превышают ее, то факторы среды в соответствующих местообитаниях выходят за допустимые для видов рамки.

Сравнение СДП видообразцов в этих случаях позволяет оценить силу действия неблагоприятных факторов среды и ранжировать исследование местообитания по степени нарушенности, загрязненности и т.п. Чем больше величина средней СДП видообразца, тем более неблагоприятными были условия среды в период формирования пыльцы.

Таким образом, в любом районе, на лю; бой территории, где обитают цветковые

55 растения, могут быть отобраны группы амфимиктичных видов, пригодные для создания тест-систем контроля благоприятности факторов среды для обитающих в этих районах растений. Выявление конкретных фак-,îðîâ, ухудшающих качество среды обитания, может быть осуществлено дополнительным анализом погодных, хозяйственных и других условий соответствующих районов. При необходимости могут быть использованы и специализированные способы оценки и выявления отдельных факторов среды обитания.

Для цицербиты кистевидной, козельца

Мейера и цикория обыкновенного из семейства сложноцветных, а также для борца ладьевидного из семейства лютиковых .по данным о ряде различных выборок из этих видов при доверительном уровне 0,95 было показано отсутствие апомиксиса, т.е. было установлено, что эти виды амфимиктичны и пригодны для использования в качестве инПример 1. Цицербита кйстевидная.

Для видообразца были собраны на высоте

2100 м н.у.м. в окрестностях п.Терскол. Оба они имеют средние СДП менее 1,0 . Дисперсии у них мало отличаются от величин средних СДП, а именно: Х = 0,7Д, о2 =

0,672 и Х=0,77;, а = 0,563, Расп ределение особей по величине СДП соответствует здесь распределению Пуассона, которое характерно для редких случайных событий. Та- ким образом, появление. отдельных стерильных пыльцевых зерен у особей этих видообразцов обусловлено случайными не превышающими пределов нормы нарушениями в их развитии.

Один видообразец был собран на высоте 2800 м н,у.м. в ущ. Адыл-су, Средняя СДП у него 5,7 и достоверно больше таковой у первых двух выборок. Использование критерия трех сигм дает возможность разделить особи этой выборки на две подгруппы.

Из них большая имеет среднюю СДП = 2,9 и о2 = 3,312, т.е. распределение особей по качеству пыльцы в ней соответствует

Пуассонову. Однако и в этой -подгруппе доля дефектных зерен достоверно выше (Р 0,001), чем у двух первых видообразцов.

Вторая подгруппа из 3 особей имеет сред= нюю СДП = 28,7;4. Здесь одна из особей имеет практически стерильную пыльцу (СДП = 61,1 ), Таким образом, выборка из более высоко расположенного местообитания имеет худшее качество пыльцы. Хотя условия здесь не выходят за рамки нормы, но они в целом менее благоприятны для исследованного вида.

1725785

Пример 2. Козелец Майера. Выборка с высоты 2100 м имеет среднюю СДП =

3 3, а с высоты 2800 м 6,1%. Обе они при использовании критерия трех сигм распадаются на две подгруппы; с лучшим и худшим качеством пыльцы. Различия подгрупп с лучшим качеством пыльцы между собой недостоверны. Однако, в подгруппе с высоты

2 100 м оно близко к Пуансоновскому Х =

0,9% и 02 = 1,1%, а у выборки с высоты

2800 м распределение особей по СДП в этой подгруппе сильно отличается от такового (Х

= 1,1% и о2 = 3,5). В целом у выборки из более высокого пояса средняя СДП достоверно выше Р0,01. Больших величин достигают. у атее и максимальные значения СДП отдельных особей (100% против 34,2%). Таким образом, и для этого вида условия обитания в"более высоком поясе гор, не выходя за йределы.допустимой видовой нормы, являются менее благоприятными.

П р. и м е р 3. борец ладьевидный. У выборки,, собранной с высоты 2100 м, распределение особей по СДП подчиняется закону Пуансона (X = 1,1% и cP = 1,14).

Вi ñêàêèâàþùèõ вариант здесь нет. В видо. абразце с высоты 2800 м присутствуют две подгруппы особей: меньшая, в которой средняя.СДП = 26,5%, и большая, со средней СДЙ. = 2 9%, Даже в этой последней подгруйпе. качество пыльцы является достоверно более низким, чем у выборки с высоты

2,ЪЙ.,м. (Р < 0,01).

Таким образом, исследование 3 амфимиктичных видов из Приэльбрусья показало, чта в период формирования их репродуктивных органов колебания условий среды не выходили за пределы нормы, на в целом условия обитания в более верхнем, высотном поясе для них менее благоприят.но.

П. р и, м е р 4. Цикорий обыкновенный.

Два., видоабразца были собраны с двух участков сельской местности, удаленных друг от друга на 2 км и отличающихся только уровнем, применения пестицидов. Первый видаобразец собран на участке в окрестностях г.Аркадака Саратовской области, где пестициды не применялись. Это выборка явилась контрольной по отношению ко втором, опытной, собранной на краю поля, трйжды обработанного раствором хлорофоса. (общая. территориальная нагрузка 6 кг/га). Сбор видаобразцов проведен в начале.августа, через 14 дней после обработки, Первый. видообразец с контрольного участка имеет среднюю СДП = 2,37% и о2 =

=4;16. Выскакивающих вариант в этой выбарке нет. Второй видообразец, с опытного участка, имеетсреднюю СДП=704% и со2=36,6, т.е, качество пыльцы в этой выборке достоверно ниже, чем в контрольной (Р< 0,01). Эта выборка при использовании критерия трех сигм распадается на две равные по числу особей подгруппы. Одна из них имеет СДП -2,62%, практически равную величине этого показателя в контрольной вы10 б,рк, Во второй подгруппе СДП особей составляет 13,43%, что достоверно превышает уровень дефектности пыльцы первой подгруппы и контроля (P < 0,001). Кроме того, в выборке с опытного участка имеются 3 особи с очень низким качеством пыльцы: их средняя СДП составляет 49%.

Таким образом, степень дефектности пыльцы двух видообразцов исследуемого вида в целом находится в пределах колебаний физиологической нормы. Ухудшение качества пыльцы растений с участка, обработанного ядохимикатами по сравнению с контролем, увеличение показателя

СДП у половины особей этой выборки до уровня, превышающего пограничную величину, а также резкое увеличение дефектности пыльцы у отдельных особей свидетельствует о неблагоприятном влиянии ядохимикатов на среду обитания растений.

l1 р и м е р 5. Качество пыльцы апомиктичных видов из рода Ястребинка. Установив соответствие получаемых по пыльце

35 амфимиктичных видов оценок условий среды обитания в различных высотных поясах тому, что было известно нам до опыта, мы исследовали качество пыльцы двух выборок апомиктичных видов; ястребинки володушколистновидной и ястребинки почти-Поллихова, собранных с высоты 2100 м — (из окрестностей п.Терскол) в самое теплое время года (начало августа). Обе выборки имели средние СДП приближающиеся к 100ф„т.е.

45 оценки, которые можно получить, опираясь в качестве индикаторных растений на апомикты, совершенно не соответствует реальности.

При применении предложенного способа во много сотен раз расширяется класс индикаторных растений и, в результате, число районов и типов местообитаний, в которых может быть применен данный способ оценки условий среды, Так, в рассмотрен55 ном примере сравнение местообитаний по хвойным было бы невозможным, поскольку ни один из видов хвойных не встречался в более холодном местообитании на высоте

2800 м над уровнем моря.

1725785

25

35

45

Составитель М.Нечкина

Техред М.Моргентал Корректор M. Максимишинец

Редактор Н.Горват

Заказ 1213 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Расширены временные интервалы использования способа за счет более широкого диапазона цветения цветковых растений.

Сбор материала для сравнения местообитаний был осуществлен в то время, когда цве- 5 тение хвойных не наблюдалось, Расширены границы использования способа за счет возможности определения комплексного действия отрицательных факторов, которые могут присутствовать не 10 только в воздухе, но и в почве, воде.

В рассмотренном примере определяется загрязненность листьев самих растений, почвы, воздуха остатками ядохимикатов или продуктами их трансформации при сравне- 15 нии двух местообитаний, отличающихся только уровнем использования пестицидов.

Исключена возможность получения ошибочных данных, так как в качестве инди- 20 каторных растений избираются только те, у которых собственная, обусловленная их внутренними биологическими причинами, изменчивость изучаемого и зависимого от условий среды параметра, стремится к нулю. В рассмотренном примере произвольный выбор в качестве индикаторных растений каких-либо видов из рода Ястребинка привел бы к грубым ошибкам при оценке условий среды в различных местообитаниях, Формула изобретения

Способ определения интегрального эффекта неблагоприятных факторов внешней среды, включающий анализ реакции пыльцы индикаторных растений, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения надежности, достоверности, расширения эоны и временных интервалов применения способа, предварительно отбирают амфиктичные цветковые растения и используют их в качестве индикаторных,