Полиморфизм пыльцы Picea obovata Ledeb. в условиях промышленного загрязнения арктического города

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.

1. Nowak 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/10.1111/1755-0998.13280

2. Липина 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.2017.2.50.9

3. Дзюба О.Ф. Палиноиндикация качества окружающей среды. СПб.: Недра; 2006. 197 с.

4. 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.

5. 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-269

6. Wang 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/EHR090081

7. Vasilevskaya N.V. Pollution of the environment and pollen: A review. Stresses. 2022;2(4):515–530. https://doi.org/10.3390/stresses2040035

8. Носкова Н.Е., Третьякова И.Н. Влияние стресса на репродуктивные способности сосны обыкновенной. Хвойные бореальной зоны. 2006;3:54–64.

9. 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.

10. 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/10.31242/2618-9712-2023-28-3-425-434

11. Vasilevskaya 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/202414502014

12. Vasilevskaya 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/202413001008

13. Большаков 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/10.21443/1560-9278-2016-2-363-371

14. 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/10.31951/2658-3518-2020A-4-511

15. Vasilevskaya 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/10.1088/1755-1315/421/5/052031

16. Толмачев А.И. Арктическая флора СССР: Вып. 1. Семейства Polypodiaceae — Butomaceae. М.; Л.: Издательство Академии наук СССР; 1960. 103 c.

17. Токарев П. И. Палинология древесных растений, произрастающих на территории России. Автореф. дис. … докт. биол. наук. М.; 2003. 56 c.

18. 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/S1995425523050049

19. Левковская 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.

20. 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.

21. 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.20179.1.0-0

22. Сурсо М.В. Пыльцевой режим в хвойных насаждениях Севера. Лесной вестник. 2009;66(3):33–38.

23. 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.

24. 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/10.1080/21580103.2007.9656324

25. Foster 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/10.1144/0016-764904-047

26. Lindström 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.2006.09.002

27. Benca 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.2022.3

28. De 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.12142

29. Bogdanov Yu.F. Variation and evolution of meiosis. Russian Journal of Genetics. 2003;39:363–381. https://doi.org/10.1023/A:1023345311889

30. Rana 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-1108-23

31. Носкова 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.