resarПриродные ресурсы Арктики и СубарктикиArctic and Subarctic Natural Resources2618-97122686-9683Академия наук Республики Саха (Якутия)10.31242/2618-9712-2025-30-3-440-451resar-1055Research ArticleБиологические науки. ЭкологияBiological sciences. EcologyПолиморфизм пыльцы Picea obovata Ledeb. в условиях промышленного загрязнения арктического городаPolymorphism of Picea obovata Ledeb. pollen under industrial pollution of the Arctichttps://orcid.org/0000-0002-6926-9353ВасилевскаяН. В.VasilevskayaN. V.

Василевская Наталья Владимировна, доктор биологических наук, профессор 

ResearcherID: AAY-7070-2021, Scopus Author ID: 15926526000

г. Мурманск

Vasilevskaya, Natalia Vladimirovna, Dr. Sci. (Biol.), Professor

ResearcherID: AAY-7070-2021, Scopus Author ID: 15926526000

Murmansk

 

n.v.vasilevskaya@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-1065-4687МиронюкД. В.MironyukD. V.

Миронюк Диана Владимировна,   студентка   магистратуры

г. Мурманск

Mironyuk, Diana Vladimirovna, Master’s student

Murmansk

daian.mironyuk@yandex.ruМурманский арктический университетРоссияMurmansk Arctic UniversityRussian Federation202506102025303440451Copyright © Василевская Н.В., Миронюк Д.В., 20252025Василевская Н.В., Миронюк Д.В.Vasilevskaya N.V., Mironyuk D.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://resar.elpub.ru/jour/article/view/1055

Мурманская область является одной из наиболее урбанизированных и промышленно развитых территорий российского сектора Арктики. В регионе представлены горнодобывающая, металлургическая, энергетическая, пищевая промышленность. Исследования проведены в г. Мурманск – крупнейшем незамерзающем морском порту России, расположенном за Полярным кругом. Среди портов Северо-Запада России он занимает лидирующее место по объему перерабатываемых сухих грузов. Основными загрязнителями окружающей среды города являются полициклические ароматические углеводороды и летучие вещества (SO2 и NO2), тяжелые металлы, нефть. Биоиндикация качества окружающей среды города проведена с использованием новых методов экологической палинологии. Цель работы – изучение полиморфизма пыльцы Picea obovata Ledeb. в условиях промышленного загрязнения г. Мурманск. В импактной зоне предприятий города (городские ТЭЦ, мусоросжигательный и судоремонтный заводы) проведены палинологические исследования ели сибирской (Picea obovata Ledeb.). На каждой пробной площади маркировались по 5–6 деревьев, мужские шишки собирались во время пыления P. obovata в конце июня 2024 г. Исследования пыльцы проводились ацетокарминовым методом. Выявлен высокий уровень полиморфизма пыльцы, содержание в образцах пыльцевых зерен с аномалиями развития варьирует от 62,2 до 87,6 %, в контроле 25,8 %. Максимальное содержание тератоморф выявлено в образцах из окрестностей энергетических предприятий, работающих на угле и мазуте: Росляково Южное (87,6 %), Южная котельная (81,6 %), Мурманская ТЭЦ (76,4 %). Выделены три размерные группы тератоморфной пыльцы P. obovatа: нормальная, карликовая и гипертрофированная с различными патологиями воздушных мешков и экзины. Образование большого количества генетически аномальных форм  пыльцы P. obovata и особенности их тератологии свидетельствуют о высоком уровне загрязнения окружающей среды и воздействии мутагенов различной природы. Для экологической безопасности населения и снижения уровня загрязнения г. Мурманск необходимо использование экологически безопасных технологий производства и перевод городских котельных на природный газ.

The Murmansk region is one of the most urbanized and industrially developed areas within the Russian Arctic sector, characterized by established mining, metallurgical, energy, and food industries. This study was conducted in Murmansk, Russia’s largest ice-free seaport located beyond the Arctic Circle. Among the ports of Northwestern Russia, Murmansk holds a leading position in terms of dry cargo throughput. The primary environmental pollutants in the city include polycyclic aromatic hydrocarbons, volatile substances such as SO2 and NO2, heavy metals, and oil. Bioindication of the city’s environmental quality was performed using novel ecological palynology methods. The purpose of the work is to study the polymorphism of pollen of Picea obovata Ledeb. under conditions of industrial pollution in the city of Murmansk. Palynological studies of Siberian spruce (Picea obovata Ledeb.) were conducted within the impact zones of industrial enterprises, including combined heat and power (CHP) plants, waste incineration facilities, and ship repair plants. In each sampling plot, 5–6 trees were selected, and male cones were collected during the P. obovata pollination period at the end of June 2024. Pollen was examined using the acetocarmine staining method. A high degree of pollen polymorphism was observed, with the proportion of pollen grains exhibiting developmental anomalies ranging from 62.2% to 87.6% at impacted sites, compared to 25.8% in the control samples. The highest incidence of teratomorphic pollen was recorded in samples collected near energy enterprises: Roslyakovo Yuzhnoye (87.6%), South CHP Plant (81.6%), and Murmansk CHP Plant (76.4%). Three size categories of teratomorphic P. obovata pollen were identified – normal, dwarf, and hypertrophied – each displaying various pathologies of the sacci and exine. Emissions from Murmansk thermal power plants, which operate on fuel oil and coal, contain elevated concentrations of heavy metals and exhibit high toxicity, resulting in disruptions of microsporogenesis and the formation of teratomorphic pollen in P. obovata. Consequently, to improve environmental safety for the local population and reduce pollution levels in Murmansk, it is necessary to adopt new environmentally sustainable technologies and transition the city’s boiler houses to natural gas.

биомониторингпромышленное загрязнениеАрктикаPicea obovataтератоморфизм пыльцыbiomonitoringindustrial pollutionArcticPicea obovatateratomorphism of pollenReferencesNowak M.D., Birkeland S., Mandakova K., et al. The genome of Draba nivalis shows signatures of adaptation to the extreme environmental stresses of the Arctic. Molecular Eco­ logy Resources. 2021;21(3):661–676. https://doi.org/10.1111/1755-0998.13280Nowak M.D., Birkeland S., Mandakova K., et al. The genome of Draba nivalis shows signatures of adaptation to the extreme environmental stresses of the Arctic. Molecular Eco­ logy Resources. 2021;21(3):661–676. https://doi.org/10.1111/1755-0998.13280Липина С.А., Зайков К.С., Липина А.В. Внедрение инновационных технологий как фактор экологической модернизации арктических регионов России. Экономические и социальные перемены: факты, тенденции, прогноз. 2017;10(2):164–180. https://doi.org/10.15838/esc.2017.2.50.9Lipina S.A., Zaykov K.S., Lipina A.V. Introduction of innovative technology as a factor in environmental modernization in Russian Arctic. Economic and Social Changes: Facts, Trends, Forecast. 2017;10(2):164–180. (In Russ.) https://doi.org/10.15838/esc.2017.2.50.9Дзюба О.Ф. Палиноиндикация качества окружающей среды. СПб.: Недра; 2006. 197 с.Dzyuba O. F. Palynoindication of Environmental Quality. St. Petersburg: Nedra; 2006. 197 p. (In Russ.).Калашник Н.А., Ясовиева С.М., Преснухина Л.П. Аномалии пыльцы хвойных видов деревьев при промышленном загрязнении на Южном Урале. Лесоведение. 2008;(2): 33–40.Kalashnik N. A., Yasovieva S. M., Presnukhina L. P. Anomalies of pollen in coniferous trees caused by industrial pollution in the South Urals. Russian Journal of Forest Science. 2008;2:33–40. (In Russ.)Siddiqui S., Al-Rumman S. Clethodim induced pollen sterility and meiotic abnormalities in vegetable crop Pisum sativum L. Caryologia. 2020;73(1):37–44. https://doi.org/10.13128/caryologia-269Siddiqui S., Al-Rumman S. Clethodim induced pollen sterility and meiotic abnormalities in vegetable crop Pisum sativum L. Caryologia. 2020;73(1):37–44. https://doi.org/10.13128/caryologia-269Wang X., Gong S., Nakamura S., et al. Air pollutant deposition effect and morphological change of Cryptomeria japonica pollen during its transport in urban and mountainous areas of Japan. WIT Transactions on Biomedicine and Health. 2009;14: 77–89. https://doi.org/10.2495/EHR090081Wang X., Gong S., Nakamura S., et al. Air pollutant deposition effect and morphological change of Cryptomeria japonica pollen during its transport in urban and mountainous areas of Japan. WIT Transactions on Biomedicine and Health. 2009;14: 77–89. https://doi.org/10.2495/EHR090081Vasilevskaya N.V. Pollution of the environment and pollen: A review. Stresses. 2022;2(4):515–530. https://doi.org/10.3390/stresses2040035Vasilevskaya N.V. Pollution of the environment and pollen: A review. Stresses. 2022;2(4):515–530. https://doi.org/10.3390/stresses2040035Носкова Н.Е., Третьякова И.Н. Влияние стресса на репродуктивные способности сосны обыкновенной. Хвойные бореальной зоны. 2006;3:54–64.Noskova N. E., Tretyakova I. N. Effect of stress on reproductive abilities of Scots pine. Conifers of the Boreal Zone. 2006;3:54–64. (In Russ.)Ерохина И.С., Елькина Н.А., Марковская Е.Ф. Палиноиндикация природной среды города Костомукша. Ученые записки Петрозаводского государственного университета. Серия естественные науки. 2011:119(6):20–23.Erokhina I.S., El’kina N.A., Markovskaya E.F. Palynoindication of environment of the city of Kostomuksha. Proceedings of Petrozavodsk State University. Natural and Engineering Sciences.2011;119(6):20–23. (In Russ.)Василевская Н.В., Сикалюк А.И. Биомониторинг окружающей среды арктической урбанизированной территории с использованием пыльцы Sorbus gorodkovii Pojark. Природные ресурсы Арктики и Субарктики. 2023;28(3): 425–434. https://doi.org/10.31242/2618-9712-2023-28-3-425-434Vasilevskaya N.V., Sikalyuk A.I. Biomonitoring of the environment of the Arctic urbanized area using the pollen of Sorbus gorodkovii Pojark. Arctic and Subarctic Natural Resources. 2023;28(3):425–434. (In Russ.) https://doi.org/10.31242/2618-9712-2023-28-3-425-434Vasilevskaya N.V., Osechinskaya P.V. Teratomorphism of Pinus sylvestris L. pollen of the Subarctic industrial city. BIO Web of Conferences. 2024;145:02014. https://doi.org/10.1051/bioconf/202414502014Vasilevskaya N.V., Osechinskaya P.V. Teratomorphism of Pinus sylvestris L. pollen of the Subarctic industrial city. BIO Web of Conferences. 2024;145:02014. https://doi.org/10.1051/bioconf/202414502014Vasilevskaya N.V., Morozova D.A. Morphological variability and fertility of Syringa josikaea pollen under industrial pollution of the arctic city. BIO Web of Conferences. 2024;130: 01008. https://doi.org/10.1051/bioconf/202413001008Vasilevskaya N.V., Morozova D.A. Morphological variability and fertility of Syringa josikaea pollen under industrial pollution of the arctic city. BIO Web of Conferences. 2024;130: 01008. https://doi.org/10.1051/bioconf/202413001008Большаков Я.А., Фридкин В.Н. Возможности и перспективы Мурманской области в развитии транспорта Арктического региона. Вестник Мурманского государственного технического университета. 2016;19(2):363–371. https://doi.org/10.21443/1560-9278-2016-2-363-371Bolshakov Ya.A., Fridkin V.N. Opportunities and prospects of the Murmansk region in the development of transport in the Arctic region. Vestnik MGTU. 2016;2:363–371. (In Russ). https://doi.org/10.21443/1560-9278-2016-2-363-371Guzeva A.V., Slukovskii Z.I., Myazin V.A. Geochemical features of lakes located in an urbanized area of the Russian Arctic (Murmansk region). Limnology and Freshwater Biology. 2020;(4):511–512. https://doi.org/10.31951/2658-3518-2020A-4-511Guzeva A.V., Slukovskii Z.I., Myazin V.A. Geochemical features of lakes located in an urbanized area of the Russian Arctic (Murmansk region). Limnology and Freshwater Biology. 2020;(4):511–512. https://doi.org/10.31951/2658-3518-2020A-4-511Vasilevskaya N.V., Struzhko V.V. Ontogenetic reactions of mesophyll of leaves of Betula nana L. on the industrial pollution of the arctic urbanized territory. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2020;421(5):052031. https://doi.org/10.1088/1755-1315/421/5/052031Vasilevskaya N.V., Struzhko V.V. Ontogenetic reactions of mesophyll of leaves of Betula nana L. on the industrial pollution of the arctic urbanized territory. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2020;421(5):052031. https://doi.org/10.1088/1755-1315/421/5/052031Толмачев А.И. Арктическая флора СССР: Вып. 1. Семейства Polypodiaceae — Butomaceae. М.; Л.: Издательство Академии наук СССР; 1960. 103 c.Arctic Flora of the USSR: Issue 1. Families of Polypodia­ ceae — Butomaceae. Moscow; Leningrad: Publishing House of the USSR Academy of Sciences; 1960. 103 p. (In Russ.)Токарев П. И. Палинология древесных растений, произрастающих на территории России. Автореф. дис. … докт. биол. наук. М.; 2003. 56 c.Tokarev P.I. Palynology of Woody Plants Growing in the Territory of Russia: Abstr. … Diss. Cand. Sci., Moscow. 2003. 56 p. (In Russ).Bazhina E.V., Sedaeva M.I. Pollen viability of Picea obovata Ledeb. under technogenic stress conditions. Contemporary Problems of Ecology. 2023;5:657–664. https://doi.org/10.1134/S1995425523050049Bazhina E.V., Sedaeva M.I. Pollen viability of Picea obovata Ledeb. under technogenic stress conditions. Contemporary Problems of Ecology. 2023;5:657–664. https://doi.org/10.1134/S1995425523050049Левковская Г.М., Карцева Л.А., Коломиец О.Д. и др. Специфика палинотератного «ответа» генеративной сферы растений на Чернобыльскую катастрофу. В кн.: XI Всероссийская палинологическая конференция «Палинология: Теория и Практика»: материалы конференции, г. Москва, 27 сентября – 1 октября 2005г. М.: ПИН РАН, 2005. С. 134–136.Levkovskaya G.M., Kartseva L.A., Kolomiets O.D., et al. Specifi of the palynoterate “response” of the generative sphere of plants to the Chernobyl disaster. In: Proceedings of XI All­Russian Palynological Conference: “Palynology: Theory & Applications”. Moscow: PIN RAS; 2005, pp. 134–136. (In Russ.).Калашник Н.А. Аномалии пыльцы у ели сибирской в различных экологических условиях. Научные ведомости Белгородского государственного университета. Серия: Естественные науки. 2011;98(3):105–109.Kalashnik N.A Pollen anomalies in Picea obovata under different ecological conditions. Belgorod State University Scientifi Bulletin. Natural Sciences. 2011;98(3):105–109. (In Russ.)Bazhina E.V., Sedaeva M.I., Goryachkina O.V., Muratova E.N. Pollen development and morphology in different Picea A. Dietr. species at the V.N. Sukachev Institute of Forest Arboretum. The International Journal of Plant Reproductive Biology. 2017;9:1.0-0. https://doi.org/10.14787/ijprb.20179.1.0-0Bazhina E.V., Sedaeva M.I., Goryachkina O.V., Muratova E.N. Pollen development and morphology in different Picea A. Dietr. species at the V.N. Sukachev Institute of Forest Arboretum. The International Journal of Plant Reproductive Biology. 2017;9:1.0-0. https://doi.org/10.14787/ijprb.2017 9.1.0-0Сурсо М.В. Пыльцевой режим в хвойных насаждениях Севера. Лесной вестник. 2009;66(3):33–38.Surso M.V. Pollen cloud dynamics in the North European conifer stands. Forestry Bulletin. 2009;66(3):33–38. (In Russ.)Сурсо М.В. Репродуктивная биология и полиморфизм хвойных видов (семейства Pinaceae Lindl., Cupressa­ ceae Rich. ex Bartl.) Европейского Севера России (Архангельская область). Автореф. дис. … докт. с.-х. наук. Архангельск. 2013: 43 с.Surso M.V. Reproductive Biology and Polymorphism of Coniferous Species (Families Pinaceae Lindl., Cupressaceae Rich. ex Bartl.) of the European North of Russia (Arkhangelsk Region). Abstr. … Diss. Cand. Sci., Arkhangelsk. 2013. 43 p. (In Russ.)Bazhina E.V., Kvitko O.V., Muratova E.N. Abies sibirica Ledeb. meiosis during microsporogenesis in disturbed forest ecosystems. Forest Science and Technology. 2007;3(2):95–100. https://doi.org/10.1080/21580103.2007.9656324Bazhina E.V., Kvitko O.V., Muratova E.N. Abies sibirica Ledeb. meiosis during microsporogenesis in disturbed forest ecosystems. Forest Science and Technology. 2007;3(2):95–100. https://doi.org/10.1080/21580103.2007.9656324Foster C.B., Afonin S.A. Abnormal pollen grains: an outcome of deteriorating atmospheric conditions around the Permian–Triassic boundary. Journal of the Geological Society. 2005;162:653–659. https://doi.org/10.1144/0016-764904-047Foster C.B., Afonin S.A. Abnormal pollen grains: an outcome of deteriorating atmospheric conditions around the Permian–Triassic boundary. Journal of the Geological Society. 2005;162:653–659. https://doi.org/10.1144/0016-764904-047Lindström S., McLoughlin S. Synchronous palynofloristic extinction and recovery after the end-Permian event in the Prince Charles Mountains, Antarctica: Implications for palynofloristic turnover across Gondwana. Review of Palaeobotany and Palynology. 2007;145(1-2):89–122. https://doi.org/10.1016/j.revpalbo.2006.09.002Lindström S., McLoughlin S. Synchronous palynofloristic extinction and recovery after the end-Permian event in the Prince Charles Mountains, Antarctica: Implications for palynofloristic turnover across Gondwana. Review of Palaeobotany and Palynology. 2007;145(1-2):89–122. https://doi.org/10.1016/j.revpalbo.2006.09.002Benca J.P., Duijnstee I.A.P., Looy C.V. Fossilized pollen malformations as indicators of past environmental stress and meiotic disruption: insights from modern conifers. Paleobiology. 2022;48:677–710. https://doi.org/10.1017/pab.2022.3Benca J.P., Duijnstee I.A.P., Looy C.V. Fossilized pollen malformations as indicators of past environmental stress and meiotic disruption: insights from modern conifers. Paleobiology. 2022;48:677–710. https://doi.org/10.1017/pab.2022.3De Storme N., Geelen D. The impact of environmental stress on male reproductive development in plants: biological processes and molecular mechanisms. Plant, Cell and Environment. 2014;37(1):1–18. https://doi.org/10.1111/pce.12142De Storme N., Geelen D. The impact of environmental stress on male reproductive development in plants: biological processes and molecular mechanisms. Plant, Cell and Environment. 2014;37(1):1–18. https://doi.org/10.1111/pce.12142Bogdanov Yu.F. Variation and evolution of meiosis. Russian Journal of Genetics. 2003;39:363–381. https://doi.org/10.1023/A:1023345311889Bogdanov Yu.F. Variation and evolution of meiosis. Russian Journal of Genetics. 2003;39:363–381. https://doi.org/10.1023/A:1023345311889Rana P.K, Kumar P., Singhal V.K. Spindle stickiness during male meiosis in Aanemone tetrasepala (Ranunculaceae). Turkish Journal of Botany. 2013;37(1):167–176. https://doi.org/10.3906/bot-1108-23Rana P.K, Kumar P., Singhal V.K. Spindle stickiness during male meiosis in Aanemone tetrasepala (Ranunculaceae). Turkish Journal of Botany. 2013;37(1):167–176. https://doi.org/10.3906/bot-1108-23Носкова Н.Е., Третьякова И.Н., Муратова Е.Н. Микроспорогенез и формирование пыльцы у сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) в условиях современного климата Сибири. Известия РАН. Серия биологическая. 2009;36(3): 317–322.Noskova N.E., Tretyakova I.N., Muratova E.N. Microsporogenesis and pollen formation in Scots pine (Pinus sylvestris L.) under modern climate conditions of Siberia. Biology Bulletin. 2009;36:317–322. (In Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.