resarПриродные ресурсы Арктики и СубарктикиArctic and Subarctic Natural Resources2618-97122686-9683Академия наук Республики Саха (Якутия)10.31242/2618-9712-2023-28-3-425-434resar-237Research ArticleБиологические науки. ЭкологияBiological sciences. EcologyБиомониторинг окружающей среды арктической урбанизированной территории с использованием пыльцы Sorbus gorodkovii PojarkBiomonitoring of the environment of the Arctic urbanized area using the pollen of Sorbus gorodkovii Pojarkhttps://orcid.org/0000-0002-6926-9353ВасилевскаяН. В.VasilevskayaN. V.

Василевская Наталья Владимировна, доктор биологических наук, профессор

Мурманск

Scopus AuthorID: 15926526000,

РИНЦ AuthorID: 141850

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

Murmansk

Scopus AuthorID: 15926526000,

RISC AuthorID: 141850

n.v.vasilevskaya@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0001-8317-1814СикалюкА. И.SikalyukA. I.

Сикалюк Анна Игоревна, магистр биологии

Мурманск

Sikalyuk, Anna I., M. Biol.

Murmansk

anna.sikalyuk@yandex.ruМурманский арктический университетРоссияMurmansk Arctic UniversityRussian Federation202326092023283425434Copyright © Василевская Н.В., Сикалюк А.И., 20232023Василевская Н.В., Сикалюк А.И.Vasilevskaya N.V., Sikalyuk A.I.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/237

В импактной зоне экологически опасных предприятий г. Мурманск (ТЭЦ, мусоросжигательный завод, морской торговый порт) проведены исследования содержания тяжелых металлов (Cu, Ni, V, Cd, Zn) в репродуктивных органах рябины Городкова (Sorbus gorodkovii Pojark.). Наиболее загрязнены тяжелыми металлами образцы из окрестностей мусоросжигательного завода. В окрестностях ТЭЦ, работающих на мазуте, выявлены высокие концентрации ванадия (4,2–4,8 мг/кг), превышение ПДК по Cu, Ni, Cd, Zn. Биомониторинг жизнеспособности пыльцы S. gorodkovii показал, что во всех образцах понижено содержание фертильной пыльцы по сравнению с контролем. На пробных площадках Центральной и Южной ТЭЦ доля фертильной пыльцы составляет 35–41 % (в контроле – 72 %). Индуцированная стерильность более чем в 2 раза превышает спонтанную. Высокие концентрации ванадия и других токсичных металлов в выбросах мурманских ТЭЦ оказывают гаметоцидное воздействие на мужской гаметофит S. gorodkovii. Выделены размерные группы фертильных и стерильных пыльцевых зерен по длине полярного диаметра: карликовая, нормальная, гипертрофированная. Показано, что в окрестностях ТЭЦ на угле и мазуте снижается доля фертильной пыльцы нормальных размеров (62–69 %), увеличивается содержание карликовой (16– 18 %) и гипертрофированной (17,4–22,7 %). Стерильные пыльцевые зерна в основном имеют карликовые размеры (63–70 %). Результаты биомониторинга свидетельствуют о том, что ТЭЦ загрязняют городскую среду ванадием и другими токсичными металлами, вызывающими стерилизацию мужских гамет S. gorodkovii. Для улучшения экологической ситуации необходим переход котельных г. Мурманск на использование природного газа.

This article investigates the content of heavy metals (Cu, Ni, V, Cd, Zn) in the reproductive organs of the Gorodkov’s rowan (Sorbus gorodkovii Pojark.) growing in the impact zone of environmentally hazardous facilities in Murmansk (CHP plants, waste incineration plant and trade sea port). The samples most contaminated by heavy metals were registered in the vicinity of the incineration plant. High concentrations of vanadium (4,2–4,8 mg/kg) and Cu, Ni, Cd, and Zn exceeding the limits of MPC are revealed in the impact zone of CHP plants operating on fuel oil. Biomonitoring of the viability of S. gorodkovii pollen showed that in all samples, the content of fertile pollen grains was reduced compared to that in the control. At the test sites of the Central and South CHP plants, the proportion of fertile pollen was 35–41 % (compared to 72 % in the control sample). The induced sterility was more than two times higher than the spontaneous sterility. High concentrations of vanadium and other toxic metals in emissions of Heating Plants have a gametocidal effect on the male gametophyte of S. gorodkovii. Groups of fertile and sterile pollen grains were selected according to their size: dwarf, normal, or hypertrophied. In the vicinity of the CHP plants, the proportion of fertile pollen of normal size decreased (62–69 %), whereas the content of dwarf (16–18 %) and hypertrophic pollen (17.4–22.7 %) increased. Sterile pollen grains were mostly dwarf (63–70 %). The results of biomonitoring indicated that CHP plants polluted the urban environment with vanadium and other toxic metals, which caused sterilization of S. gorodkovii male gametes. To improve the ecological situation in Murmansk, it is necessary to switch the thermal stations for the use of natural gas.

биомониторингАрктикатяжелые металлыSorbus gorodkovii Pojark.стерильность пыльцыbiomonitoringArcticheavy metalsSorbus gorodkovii Pojark.pollen sterilityReferencesВоробьев А.Е., Мозолькова А.В. Минеральные включения угольных пластов: формы нахождения и основные способы растворения. Горный информационно-аналитический бюллетень.2007;3:141–148.Vorobyov A.E., Mozolkova A.V. Mineral inclusions of coal seams: forms of occurrence and main methods of dissolution. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2007;3:141–148. (In Russ.)Guzeva 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/10.31951/2658-3518-2020-A-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/10.31951/2658-3518-2020-A-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 Conf. Series: Earth and Environmental Science. 2020;421: 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 Conf. Series: Earth and Environmental Science. 2020;421: 052031. https://doi.org/10.1088/1755-1315/421/5/052031Slukovskii Z.I., Guzeva A.V., Dauvalter V.A. Vanadium as an indicator of the impact of fuel oiled thermal power plants on the environment: paleolimnological reconstructions. Limnology and Freshwater Biology. 2020; 4:513–514. https://doi.org/10.31951/2658-3518-2020-A4-513Slukovskii Z.I., Guzeva A.V., Dauvalter V.A. Vanadium as an indicator of the impact of fuel oiled thermal power plants on the environment: paleolimnological reconstructions. Limnology and Freshwater Biology. 2020; 4:513–514. https://doi.org/10.31951/2658-3518-2020-A4-513Greguskova E., Mičieta K. Phytoindication of the ecogenotoxic effects of vehicle emissions using pollen abortion test with native flora. Polish Journal of Environmental Studies. 2013;22:1069–1076.Greguskova E., Mičieta K. Phytoindication of the ecogenotoxic effects of vehicle emissions using pollen abortion test with native flora. Polish Journal of Environmental Studies. 2013;22:1069–1076.Ибрагимова Э.Э. Генеративные органы высших растений – биомониторы токсического действия аэрополлютантов. Ученые записки Крымского инженернопедагогического университета. Серия: Биология и Химия. 2017;1:13–23.Ibragimova E.E. Generative organs of higher plants as biomonitors of the toxic effect of air pollutants. Scientific Notes of V.I. Vernadsky Crimean Federal University. Series: Biology and Chemistry. 2017;1:13–23. (In Russ.)Бессонова В.П., Фендюр Л.М., Пересыпкина Т.Н. Влияние загрязнения окружающей среды на мужскую фертильность декоративных цветочных растений. Ботанический журнал. 1997;82(5):38–45.Bessonova V., Fendyur L., Peresypkina T. Effect of environmental pollution on male fertility of ornamental flower plants. Botanicheskii Zhurnal. 1997;82:38–45. (In Russ.)Fleck A.S., Moresco M.B., Rhoden C.R. Assessing the genotoxicity of traffic-related air pollutants by means of plant biomonitoring in cities of a Brazilian metropolitan area crossed by a major highway. Atmospheric Pollution Research. 2016;7:488–493. https://doi.org/10.1016/j.apr.2015.12.002Fleck A.S., Moresco M.B., Rhoden C.R. Assessing the genotoxicity of traffic-related air pollutants by means of plant biomonitoring in cities of a Brazilian metropolitan area crossed by a major highway. Atmospheric Pollution Research. 2016;7:488–493. https://doi.org/10.1016/j.apr.2015.12.002Vasilevskaya N.V. Pollution of the Environment and Pollen: A Review. Stresses. 2022;2: 515–530. https://doi.org/10.3390/stresses2040035Vasilevskaya N.V. Pollution of the Environment and Pollen: A Review. Stresses. 2022;2: 515–530. https://doi.org/10.3390/stresses2040035Vasilevskaya N.V., Domakhina A.D. Teratomorphism of pollen of Larix sibirica Ledeb. (Pinaceae Lindl.) in the Arctic urbanized territory. Czech Polar Reports. 2018;8(1):24–36. https://doi.org/10.5817/CPR2018-1-2Vasilevskaya N.V., Domakhina A.D. Teratomorphism of pollen of Larix sibirica Ledeb. (Pinaceae Lindl.) in the Arctic urbanized territory. Czech Polar Reports. 2018;8(1):24–36. https://doi.org/10.5817/CPR2018-1-2Vasilevskaya N.V., Osechinskaya P.V. Palynoindication of the environment in the impact zone of the Apatit mining processing plant with the use of pollen of Pinus sylvestris L. IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science. 2021;723:032010. https://doi.org/10.1088/1755-1315/723/3/032010Vasilevskaya N.V., Osechinskaya P.V. Palynoindication of the environment in the impact zone of the Apatit mining processing plant with the use of pollen of Pinus sylvestris L. IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science. 2021;723:032010. https://doi.org/10.1088/1755-1315/723/3/032010Сальникова Л.И. Сравнительная анатомия побегов Sorbus aucuparia, S. gorodkovii и S. sibirica (Rosaceae). Ботанический журнал. 1980;65(11):1591–1600.Salnikova L.I. Comparative anatomy of the shoots of Sorbus aucuparia, S. gorodkovii and S. sibirica (Rosaceae). Botanicheskii Zhurnal.1980;65(11):1591–1600. (In Russ.)Шауло Д.Н., Драчев Н.С., Кузьмин И.В. Интрогрессивная гибридизация в роде Sorbus (Rosaceae) таежной зоны Тюменской области. Вестник Тюменского государственного университета.2009;3:209–215.Shaulo D.N., Drachev N.S., Kuzmin I.V. Introgressive hybridization in the genus Sorbus (Rosaceae) of the taiga zone of the Tyumen region. Tyumen State University Herald. 2009;3:209–215. (In Russ.)Заиконникова Т.И. Рябина – Sorbus L. Флора Восточной Европы. СПб. 2001;Х:535–543.Zaikonnikova T.I. I. Rowan – Sorbus L. Flora of Eastern Europe. Saint Petersburg. 2001;Х:535–543. (In Russ.)Черепанов С.К. Сосудистые растения России и сопредельных государств. СПб.: Мир и семья-95; 1995. 990 с.Czerepanov S.K. Vascular Plants of the Russia and Neighboring States. Saint Petersburg: Mir i semya-95; 1995. 990 p. (In Russ.)Гонтарь О.Б., Святковская Е.А., Тростенюк Н.Н., Коробейникова Н.М., Шлапак Е.П., Носатенко О.Ю. Мониторинг состояния древесных насаждений на некоторых объектах озеленения в центральной части города Мурманска. Известия Самарского научного центра РАН. 2013;15(3):621–625.Gontar O.B., Svyatkovskaya E.A., Trostenyuk N.N., Korobeynikova N.M., Shlapak E.P., Nosatenko O.Yu. Monitoring of the state of woody plants at some objects of gardening in central part of the city of Murmansk. Izvestiya of the Samara Scientific Center of the Russian Academy of Science. 2013;15(3):621–625. (In Russ.)Паушева З.П. Практикум по цитологии растений. М.: Агропромиздат; 1988. 271 с.Pausheva Z.P. Workshop on Plant Cytology. Moscow: Agropromizdat; 1988. 271 p. (In Russ.)Teng Y.S., Zhang Ni C., Wang J., Lin X., Huang Y. Environmental geochemistry, and ecological risk of vanadium pollution in Panzhihua mining and smelting area, Sichuan, China. Chinese Journal of Geochemistry. 2006; 25:379–385. https://doi.org/:10.1007/s11631-006-0378-3Teng Y.S., Zhang Ni C., Wang J., Lin X., Huang Y. Environmental geochemistry, and ecological risk of vanadium pollution in Panzhihua mining and smelting area, Sichuan, China. Chinese Journal of Geochemistry. 2006; 25:379–385. https://doi.org/:10.1007/s11631-006-0378-3Старостина И.В., Пендюрин Е.А., Смоленская Л.М. Оценка токсикологических свойств шламовых отходов феррованадиевого производства. Современные проблемы науки и образования. 2012;6. https://science-education.ru/ru/article/view?id=7979Starostina I.V., Pendyrin E.A., Smolenskaya L.M. Toxicological properties of sludge waste production ferrovanadium. Modern Problems of Science and Education. 2012;6. https://science-education.ru/ru/article/view?id=7979. (In Russ.)Калашник Н.А. Оценка чувствительности цитогенетических методов при мониторинговых исследованиях состояния хвойных насаждений. Известия Самарского научного центра РАН. 2011;13(5):179–183.Kalashnik N.A. Asses of the sensitivity of cytogenetic methods in monitoring research of condition of coniferous forests. Izvestia of Samara Scientific Center of the Russian Academy of Sciences. 2011;13(5):179–183. (In Russ.)Yousefi N., Chehregani A., Malayeri B.E., Lorestani B., Cheraghi M. Investigating the effect of heavy metals on developmental stages of anther and pollen in Chenopodium botrys L. (Chenopodiaceae). Biological Trace Element Research. 2011;140:368–376. https://doi.org/10.1007/s12011-010-8701-6Yousefi N., Chehregani A., Malayeri B.E., Lorestani B., Cheraghi M. Investigating the effect of heavy metals on developmental stages of anther and pollen in Chenopodium botrys L. (Chenopodiaceae). Biological Trace Element Research. 2011;140:368–376. https://doi.org/10.1007/s12011-010-8701-6Wang X., Gong S., Nakamura S., Kurihara K., Suzuki M., Sakamoto K., Miwa M., Lu S. Air pollutant deposition effect and morphological change of Cryptomeria japonica pollen during its transport in urban and mountainous areas of Japan. WIT Trans. Biomed. Health. 2009;11:77–89.Wang X., Gong S., Nakamura S., Kurihara K., Suzuki M., Sakamoto K., Miwa M., Lu S. Air pollutant deposition effect and morphological change of Cryptomeria japonica pollen during its transport in urban and mountainous areas of Japan. WIT Trans. Biomed. Health. 2009;11:77–89.Козубов Г.М. Биология плодоношения хвойных на Севере. Л.: Наука; 1974. 136 с.Kozubov G.M. Biology of Fruiting of Conifers in the North. Leningrad: Nauka; 1974. 136 p. (In Russ.)Махнева С.Г., Меншиков С.Л. Качество пыльцы сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) в зоне действия выбросов АО «Карабашмедь». Лесной вестник. 2021; 25:32–44. https://doi.org/:10.18698/2542-1468-2021-1-32-44.Makhneva S.G., Menshchikov S.L. Quality of pollen of Scots pine (Pinus sylvestris L.) in the impact zone of the “Karabashmed”. Forestry Bulletin. 2021;25:32–44. https://doi.org/:10.18698/2542-1468-2021-1-32-44. (In Russ.)Бессонова В.П. Состояние пыльцы как показатель загрязнения среды тяжелыми металлами. Экология. 1992;4:45–50.Bessonova V.N. The state of pollen as an indicator of environmental pollution by heavy metals. Russian Journal of Ecology. 1992;4:45–50. (In Russ.)

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