Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Проблема загрязнения окружающей среды на сегодняшний день стала самой острой для всех живых организмов, обитающих на Земле. Эта проблема сложна и многоплаиова. Она включает не только чисто научные аспекты, но и экономические, социальные, политические, правовые, эстетические [Богдановский Г.А., 1994].
В результате антропогенного воздействия на живую природу проблема загрязнения окружающей среды превратилась в наиболее актуальную, требующую осмысления, поиска конкретных путей сохранения экологического равновесия, здоровья населения, находящегося в прямой зависимости от состояния среды обитания [Туржов Е.Б. с соавт., 1992; Федоров Л.А., 1992; Яблоков Л.В., Остроумов С.А., 1983, 1985; Ware., 1991].
В настоящее время Землю целесообразно рассматривать как единый живой организм, способный поддерживать определенную окружающую среду подобно тому, как организм человека регулирует собственные процессы, поддерживая определенный гомеостаз.
Химическая агрессия, наряду с активным вмешательством человека, использованием и преобразованием природы, - существенно изменили облик планеты, ее биосферу, истощили ее "гомеостатические" возможности [Федоров Л.А., 1992].
Человек как промежуточная или конечная мишень действия повреждающих факторов естественно включается на разных этапах в систему межвидового общения. Так, изъятые из литосферы для промышленных целей вещества рассеиваются в воздухе, воде, почве, оказывая влияние на здоровье, продолжительность жизни популяции [Яблоков Л.В., Остроумов С.А., 1983].
Химическое загрязнение окружающей среды в первую очередь оказывает негативное воздействие на наиболее чувствительные компоненты экосистем, которым можно отнести зеленые растения и почву, тесно связанную с ними. С точки зрения экологического риска более серьезную опасность представляет загрязнение атмосферного воздуха выбросами промышленных предприятий, электростанций и транспорта, последствия которого принимают глобальный характер [Гитарский МЛ., с соавт., 1995; Рамад Ф., 1981; Соколов BE, Ильичев В.Д., 1990].
Учитывая сложившуюся на сегодняшний день ситуацию в природоохранной политике видится два аспекта. Они состоят в том, чтобы сохранить среду обитания, приостановив деструктивные процессы в природе. Наряду с этим на основе глубокого изучения процессов, обеспечивающих жизнеспособность биогеоценозов, индивидуальные особенности отдельных экосистем и видов: использовать в качестве заслона от экотоксикантов антропогенного происхождения. В этом плане большие надежды возлагаются нами на зеленые насаждения, как показатель наличия в воздухе и в почве экотоксикантов и средство защиты от них.
ПЕЛЬ настоящего исследования состоит в том, чтобы изучить механизм повреждающего действия экотоксикантов на различные объекты природной среды, оценить резервы биологической защиты хвойных пород деревьев и почвы в различных экологических ситуациях.
ЗАДАЧИ:
-
Изучить состояние оксидазных систем, сбалансированность анаболических и катаболических процессов по интегральным характеристикам метаболизма в хвое сосен из зон различного техногенного напряжения.
-
Оценить влияние антропогенного загрязнения на параметры гомеостаза почвы, интенсивность процессов, сопряженных с генерацией активных форм кислорода.
-
В сравнительном аспекте выяснить характер влияния генетически детерминированных факторов (сезонность) и смоделированных условий антропогенного влияния на жизнеспособность сосны обыкновенной и показатели метаболизма биомассы почвьг
-
В блоке экспериментов in vitro определить характер влияния хлорида железа, оксида цинка, бензола, фенола, токсикантов наиболее широко представленных в нашем регионе,
на оксидазные процессы, удельную электропроводность, содержанке общего белка, рН хвои сосен и почву из региона относительного благополучия. 5. Используя хлорид железа, оксид цинка, бензол, фенол в различном диапазоне концентраций, раскрыть емкость метаболических резервов сосны и почвы из зон с различным техногенным напряжением.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Получены новые сведения, раскрывающие молекулярные механизмы деструктивного влияния на экосистемы антропогенного загрязнения природной среды. Впервые показано, что техногенное загрязнение оказывает прооксидантное действие на организм сосны обыкновенной и биомассу почвы.
Нарушение баланса в системе прооксидантных - антиоксидантных процессов лежит в основе повреждения активными формами кислорода эндогенных биомолекул и структур, а также может служить фактором вторичного повреждения за счет взаимодействия с экотоксикактами и потенцирования их токсичности. Сезонная активация метаболических процессов в весенний период регистрируется по интегральному тесту - изменения удельной электропроводности в хвое сосен и в почве. Установлены новые данные о том, что экотоксиканты вызывают нарушение баланса метаболических процессов, что сопряжено с накоплением неутилизированных субстратов в ионной форме, истощением буферных свойств системы, кислотно - основным сдвигом рН. Впервые показано, что жизнедеятельность сосен в условиях техногенного загрязнения происходит в режиме выраженного белкового дефицита, обуславливающего структурно - функциональные нарушения древесного организма. Экотоксиканты вызывают снижение содержания белка в биомассе почвы, резкое уменьшение числа микробных сообществ, что может служить предпосылкой для кумуляции в почве токсических соединений, нарушения их обезвреживания, биотрансформации, создавая условия для передачи по пищевым цепям.
Установлены новые данные о дозо- и хронозависимых эффектах хлорида железа, оксида цинка, бензола, фенола на параметры гомеостаза сосны, почвы. Впервые обоснована возможность тестирования экологической опасности в условиях in vitro по оценке кислотного взрыва в хвое сосен.
НАУЧНО - ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ. Результаты исследований имеют общетеоретическое и прикладное значение для естественнонаучной области знаний и сферы деятельности. Они раскрывающим характер и глубину повреждающего действия экотоксикантов на биогеоценоз. Полученные данные свидетельствуют о том, что техногенное загрязнение истощает метаболические резервы сосен и биомассы почвы. Гетерогенная биосистема почвы и хвои сосен функционируют в условиях жесткого структурно - пластического дефицита и нарушенного гомеостаза, о чем свидетельствует истощение буферной емкости и сдвиг рН, увеличение осмотической концентрации, накопление неутилизированных соединений, увеличивающих фонд заряженных частиц.
Полученные сведения имеют биосоциальное значение, поскольку акцентируют
внимание на необходимости конкретных мер природоохранной политики в связи с
установленным разрушением биоценозов в достаточно большом радиусе от
химическихпредприятин. Выявленные метаболические процессы, снижение количества микрофлоры в почве создает предпосылки для нарушения биотрансформации экотоксикантов и депонирования их. Усиление прооксидантных процессов в хвое является не только патохимическим звеном нарушений структуры и функции древесного организма, но и фактором обеспечения токсификаыии химических веществ в окружающей природе.
Сведения о деструктивном влиянии экотоксикантов на метаболические процессы в хвое и в почве, в концентрации в пять раз меньше, чем предельно допустимые нормы, позволяют по-новому оценить уровень относительно низкого загрязнения как повреждающий. На основании полученных данных создается возможность прогнозирования токсического эффекта агрессивных соединений по кислотно - основному сдвигу, оказываемому реагентами в условиях in vitro. Усиление свободнорадикальных процессов в
хвое сосен служит основанием для рекомендации продуманного озеленения территорий химических предприятий. Не рациональным является создание массивов хвойных деревьев в зоне максимального техногенного загрязнения.
-
Поливалентность метаболических нарушений, вызываемых экотоксикантами в сосне и почве, создает условия формирования порочного круга циркуляции агрессивных соединений в экосистемах.
-
Антропогенное загрязнение природной среды оказывает прооксидантный эффект на процессы в хвое сосен и почвы, что может служить не только фактором эндогенной деструкции, но создает условия для токсификации экотоксикантов.
-
Кислотный сдвиг рН, рост удельной электропроводности, активация НАДН- и НАДФН-оксидаз, полифенолоксидазы в хвое сосен - проявление молекулярного дисбаланса, вызываемого экотоксикантами.
-
Тестирование повреждающей способности токсикантов в условиях in vitro по производимому сдвигу рН, обусловленному нарушением обмена, накоплением недооксиленных продуктов.
-
Истощение гомеостатических резервов экосистем под влиянием техногенного загрязнения.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты исследований были доложены на научных студенческих конференциях 1995 и 1996 гг. в Самарском государственном медицинском университете; на Международном научном конгрессе студентов, аспирантов и молодых ученых "Молодежь и наука-третье тысячелетие" (Москва, 1996); на Международной научно -практической конференции «Хозяйственно - питьевая и сточные воды: проблемы очистки и использования» (Пенза, 1996); на Международной научно - практической конференции «Проблемы охраны окружающей среды от промышленных, бытовых, биологических и медицинских отходов, осадков сточных вод» (Пенза, 1997); на научно - практической конференции Самарской областной клинической больницы им. М.И. Калинина «Актуальные проблемы специализированной медицинской помощи» (Самара, 1997).
ПУБЛИКАШШ. По материалам диссертации опубликовано 7 работ в сборниках научных трудов и материалах конференций.
ОБЪЕМ И СТРУКТУРА ДИССЕРТАЦИИ. Работа изложена на 173 листах машинописи, содержит 30 рисунков и 43 таблицы; состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов, трех глав собственных исследований, заключения, выводов, практических рекомендаций, списка литературы, содержащего 173 работы (107 -отечественных, 66 - иностранных).