GENOTOXIC EFFECTS OF BOTTOM SEDIMENTS FROM CHUMYSH RIVER IN ALLIUM CEPA L. ROOT MERISTEM CELLS

L. P. Khlebova, N. N. Chernysheva, O. V. Bychkova, A. P. Kraynov

Abstract


 

Cytogenetic effects of bottom sediments from Chumysh river near Talmenka (Russia, Altai Territory) were studied. It was found that the aqueous extracts of bottom sediments induced a strong cytotoxic effect reducing 1.7 times the mitotic activity in the apical root meristem in Allium cepa test system. The level of pathological mitoses (14.01%) was significantly higher than the background value (0.86%) and indicated the presence of factors with a total mutagenic activity in the bottom sediments of the river. This level is classified as high one. The different types of unequal chromosome segregation were the main violations during cell divisions. Dominance in the spectrum of anomalies metaphase spindle pathologies gave reason to believe about the chemical contamination of bottom sediments from Chumysh river. Stress factors of the sediments activate adaptive mechanisms of cells in test system to preserve their viability and reliability of the transmission of genetic information to future cell generations. The adaptive mechanisms are micronucleus and polyploidy cell formations.


Keywords


bottom sediments; genotoxic effect; Allium test; apical root meristem; mitotic index; abnormalities of mitosis; adaptation mechanisms; Chumysh river.

Full Text:

PDF

References


Буданцев А.Ю. Измерение динамики роста корней при использовании аллиум-теста // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 6. – С. 1393 – 1396.

Вострикова Т.В., Буторина А.К. Цитогенетические реакции берёзы повислой на действие стрессовых факторов // Известия РАН. Серия биологическая. – 2006. – № 2. – С. 232 – 238.

Галахов В.П., Попов Е.С., Дмитриев В.О. Сравнительный анализ расчета максимальных снегозапасов в условиях низких гор (бассейн Чумыша) // Известия АГУ. – 2003. – № 3 (29). – С. 79 – 84.

Государственный доклад «О состоянии и об охране окружающей среды в Алтайском крае в 2015 году». – Барнаул, 2016. – 167 с.

Дубинина Л.Г. Мутагенная активность придонных отложений природных и искусственных водоемов Астраханской области // Генетика. – 1996. – Т. 32. – № 4. – C. 584 – 589.

Евсеева Т.И., Майстренко Т.А., Гераськин С.А., Белых Е.С., Казакова Е.В. Токсические и цитогенетические эффекты, индуцируемые у Allium cepa низкими концентрациями Cd и 232Th // Цитология и генетика. – 2005. – Т. 39. – № 5. – С. 73 – 80.

Ерещенко О.В., Хлебова Л.П. Влияние погодных условий на изменчивость признаков пыльцы березы повислой (Betula pendula Roth.) // Известия Алтайского государственного университета. – 2012. – № 3-2. – С. 17 – 20.

Ерещенко О.В., Хлебова Л.П. Изменение морфометрических параметров листовой пластинки березы повислой Betula pendula Roth. в условиях Барнаула // Известия Алтайского государственного университета. – 2013. – № 3-2 (79). – С. 26 – 30.

Ильинских Н.Н., Новицкий В.В., Ванчугова Н.Н., Ильинских И.Н. Микроядерный анализ и цитогенетическая нестабильность. – Томск: Издательство Томского Университета, 1992. – 272 с.

Калаев В.Н., Попова А.А. Цитогенетические характеристики и морфологические показатели семенного потомства деревьев дуба черешчатого (Quersus robur L.), произрастающих на территориях с разным уровнем антропогенного загрязнения // Вестник ВГУ. – 2014. – № 4. – C. 63 – 72.

Крамер Д.А. Оценка антропогенного воздействия на загрязнение донных отложений малых рек на примере г. Москвы: дис. … к.х.н. – Москва, 2015. – 201 с.

Лебедева Л.И., Федорова С.А., Омельянчук Л.В. Преждевременное начало телофазной реорганизации хроматина в клетках мутантной линии ff3 Drosophila melanogaster // Генетика. – 2003. – Т. 39. – № 7. – С. 1 – 8.

Марченко Н.В. Пространственно-временная оценка генотоксического воздействия загрязнения вод природных и искусственных водоемов Нижней Волги: автореф. дис. … к.б.н. – Астрахань, 2007. – 25 с.

Медведева М.Ю., Болсуновский А.Я. Спектр хромосомных аберраций в корневой меристеме E. canadensis из районов реки Енисей с разными типами техногенного загрязнения // Экологическая генетика. – 2016. – Т. 14. – № 2. – С. 57 – 66.

Прохорова И.М., Кибрик Б.С., Павлов А.В., Песня Д.С. Оценка мутагенного и митозмодифицирующего действия наночастиц серебра // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. – 2013.– Т. 156. – № 8. – С. 223 – 228.

Прохорова И.М., Фомичева А.Н. Патология митоза как показатель генотоксического загрязнения водоема // Вестник Костромского государственного университета им. Н.А. Некрасова. – 2003. – Спец. выпуск № 2. – С. 15 – 19.

Степанова Н.Ю., Ахметшина А.Д., Латыпова В.З. Сравнение чувствительности тест-объектов при токсикологической оценке донных отложений, загрязненных нефтью разного происхождения // Поволжский экологический журнал. – 2012. – № 3. – С. 319 – 325.

Томилина И.И., Иванова И.Ю., Жгарева Н.Н и др. Оценка качества донных отложений малых рек Оренбургской области с использованием элементов триадного подхода // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. – 2008. – № 1 (17). – С. 214 – 217.

Фомичева А.Н., Прохорова И.М., Ковалева М.И. Мутагенная активность воды р. Которосль // Эколого-биологические проблемы бассейна Каспийского моря: Материалы VІІ международной научной конференции 13-14 октября 2004 г., Астрахань. – Астрахань, 2004. – C. 128 – 130.

Хлебова Л.П., Бычкова О.В. Особенности развития мужского гаметофита сосны обыкновенной Pinus silvestris L. в условиях городской среды // Biological Bulletin of Bogdan Chmelnitskiy Melitopol State Pedagogical University. – 2016. – V. 6 (1). – С. 390 – 408.

Хлебова Л.П., Ерещенко О.В. Качество пыльцы березы повислой (Betula pendula Roth.) в условиях Барнаула // Известия Алтайского государственного университета. – 2012. – № 3-1. – С. 89 – 92.

Хлебова Л.П., Ерещенко О.В. Ритмы суточной митотической активности у березы повислой (Betula pendula Roth.) в условиях Алтайского края // Известия Алтайского государственного университета. – 2014. – № 3-1 (83). – С. 100 – 104.

Чернышева Н.Н., Хлебова Л.П., Пронина Р.Д. Использование тест-системы Allium cepa L. для оценки генотоксичности воды р. Чумыш // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. – 2016. – № 3 (137). – С. 90 – 95.

Щербань Э.П., Арсан О.М., Шаповал Т.Н., Цветкова А.М., Пищолка Ю.К., Кукля И.Г. Методика получения водных вытяжек из донных отложений для их биотестирования // Гидробиол. журн. – 1994. – Т. 30. – № 4. – С. 100 – 111.

Barberrio A., Voltolini J.C., Mello M.L.S. Standartization of bulb and root sample sizes for the Allium test // Ecotoxicology. – 2011. – V. 20. – P. 927 – 935.

Espinoza-Quiñones F.R., Szymanski N., Palácio S.M. et al. Inhibition effect on the Allium cepa L. root growth when using hexavalent chromium-doped river waters // Bull Environ Contam Toxicol. – 2009. – V. 82. – P. 767 – 671. doi:10.1007/s00128-009-9682-z

Firbas P., Amon T. Chromosome damage studies in the onion plant Allium cepa L. // Caryologia. – 2014. – V. 67(1). – P. 315 – 318.

Fiskesio G. The Allium test as a standard in environmental monitoring // Hereditas. – 1985. – V. 102. – P. 99 – 112.

Geras’kin S., Oudalova A., Michalik B. et al. Genotoxicity assay of sediment and water samples from the Upper Silesia post-mining areas Poland by means of Allium-test // Chemosphere. – 2011. – V. 83. – P. 1133 – 1146.

Ghosh M., Chakraborty A., Bandyopadhyay M., Mukherjee A. Multi-walled carbon nanotubes (MWCNT): induction of DNA damage in plant and mammalian cells // J. Hazard Mater. – 2011. – V. 197. – P. 327 – 336. doi: 10.1016/j.jhazmat.2011.09.090

Goebl M., Byers B. Cyclin in fission yeast // Cell. – 1988. – V. 54. – P. 739 – 749.

Hayashi S. A Cdc2 dependent checkpoint maintains diploidy in Drosophila // Development. – 1996. – V. 122. – № 2. – P. 1051 – 1058.

Leme D.M., Marin-Morales M.A. Allium cepa test in environmental monitoring: a review on its application // Mutat Res. – 2009. – V. 682 (1). – P. 71 – 81. doi: 10.1016/j.mrrev.2009.06.00

Radić S., Stipanicev D., Vujcić V., Rajcić M.M., Sirac S., Pevalek-Kozlina B. The evaluation of surface and wastewater genotoxicity using the Allium cepa test // Sci Total Environ. – 2010. – V. 408 (5). – P. 1228 – 1233. doi: 10.1016/j.scitotenv.2009.11.055

Salles F.J., de Toledo M.C.B., César A.C.G. et al. Cytotoxic and genotoxic assessment of surface water from São Paulo State, Brazil, during the rainy and dry seasons // Ecotoxicology. – 2016. – V. 25 (4). P. 633 – 645. doi:10.1007/s10646-016-1622-1

Seth C.S, Misra V., Chauhan L.K., Singh R.R. Genotoxicity of cadmium on root meristem cells of Allium cepa: cytogenetic and comet assay approach // Ecotoxicol Environ Saf. – 2008. – V. 71 (3). – P. 711 – 716.

Silveira M., Ribeiro D., Dos Santos T.A. et al. Mutagenicity of two herbicides widely used on soybean crops by the Allium cepa test // Cytotechnology. – 2016. – V. 68 (4). – P. 1215 – 1222. doi: 10.1007/s10616-015-9881-x

Trushin M.V., Ratushnyak A.Yu., Arkharova I.A., Ratushnyak A.A. Genetic alterations revealed in Allium cepa-test system under the action of some xenobiotics // World Appl. Sci. J. – 2013. – V. 22 (3). – Р. 342 – 344.

Yildiz M., Ciğerci I.H., Konuk M., Fidan A.F., Terzi H. Determination of genotoxic effects of copper sulphate and cobalt chloride in Allium cepa root cells by chromosome aberration and comet assays // Chemosphere. – 2009. – V. 75 (7). – P. 934 – 938. doi: 10.1016/j.chemosphere.2009.01.023

REFERENCES

Barberrio, A., Voltolini, J.C., Mello, M.L.S. (2011). Standartization of bulb and root sample sizes for the Allium test. Ecotoxicology, 20, 927 – 935.

Budancev, A.Yu. (2014). Izmerenie dinamiki rosta kornei pri ispol'zovanii allium-testa. Fundamental'nye issledovaniya, 6, 1393 – 1396. (in Russian)

Chernysheva, N.N., Hlebova, L.P., Pronina, R.D. (2016). Ispol'zovanie test-sistemy Allium cepaL. dlya ocenki genotoksichnosti vody r. Chumysh. Vestnik Altaiskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta, 3 (137), 90 – 95. (in Russian)

Dubinina, L.G. (1996). Mutagennaya aktivnost' pridonnyh otlozhenii prirodnyh i iskusstvennyh vodoemov astrahanskoi oblasti. Genetika, 32, 4, 584 – 589. (in Russian)

Ereshenko, O.V., Hlebova, L.P. (2012). Vliyanie pogodnyh uslovii na izmenchivost' priznakov pyl'cy berezy povisloi (Betula pendula Roth.). Izvestiya Altaiskogo gosudarstvennogo universiteta, 3-2, 17 – 20. (in Russian)

Ereshenko, O.V., Hlebova, L.P. (2013). Izmenenie morfometricheskih parametrov listovoi plastinki berezy povisloi Betula pendula Roth. v usloviyah Barnaula. Izvestiya Altaiskogo gosudarstvennogo universiteta, 3-2 (79), 26 – 30. (in Russian)

Espinoza-Quiñones, F.R., Szymanski, N., Palácio, S.M. et al. (2009). Inhibition effect on the Allium cepa L. root growth when using hexavalent chromium-doped river waters. Bull Environ Contam Toxicol, 82, 767 – 671. doi:10.1007/s00128-009-9682-z

Evseeva, T.I., Maistrenko, T.A., Geras'kin, S.A., Belyh, E.S., Kazakova, E.V. (2005). Toksicheskie i citogeneticheskie effekty, induciruemye u Allium cepa nizkimi koncentraciyami Cd i 232Th . Citologiya i genetika, 39, 5, 73 – 80. (in Russian)

Firbas, P., Amon, T. (2014). Chromosome damage studies in the onion plant Allium cepa L. Caryologia, 67(1), 315 – 318.

Fiskesio, G. (1985). The Allium test as a standard in environmental monitoring. Hereditas, 102, 99 – 112.

Fomicheva, A.N., Prohorova, I.M., Kovaleva, M.I. (2004). Mutagennaya aktivnost' vody r. Kotorosl'. Ekologo-biologicheskie problemy basseina Kaspiiskogo moray. In: Materialy V mezhdunarodnoi nauchnoi konferencii 13-14 oktyabrya 2004 g., Astrahan'. Astrahan'. (in Russian)

Galahov, V.P., Popov, E.S., Dmitriev, V.O. (2003). Sravnitel'nyi analiz rascheta maksimal'nyh snegozapasov v usloviyah nizkih gor (bassein Chumysha). Izvestiya AGU, 3(29), 79 – 84. (in Russian)

Geras’kin, S., Oudalova, A., Michalik, B. et al. (2011). Genotoxicity assay of sediment and water samples from the Upper Silesia post-mining areas Poland by means of Allium-test. Chemosphere, 83, 1133 – 1146.

Ghosh, M., Chakraborty, A., Bandyopadhyay, M., Mukherjee, A. (2011). Multi-walled carbon nanotubes (MWCNT): induction of DNA damage in plant and mammalian cells. J. Hazard Mater, 197, 327 – 336. doi: 10.1016/j.jhazmat.2011.09.090

Goebl, M., Byers, B. (1988). Cyclin in fission yeast. Cell, 54, 739 – 749.

Gosudarstvennyi doklad «O sostoyanii i ob ohrane okruzhayushei sredy v Altaiskom krae v 2015 godu». (2016). Barnaul. (in Russian)

Hayashi, S. (1996). A Cdc2 dependent checkpoint maintains diploidy in Drosophila. Development, 122, 2. 1051 – 1058.

Hlebova, L.P., Bychkova, O.V. (2016). Osobennosti razvitiya muzhskogo gametofita sosny obyknovennoi Pinus silvestris L. v usloviyah gorodskoi sredy. Biological Bulletin of Bogdan Chmelnitskiy Melitopol State Pedagogical University, 6 (1), 390 – 408. (in Russian)

Hlebova, L.P., Ereshenko, O.V. (2012). Kachestvo pyl'cy berezy povisloi (Betula pendula Roth.) v usloviyah Barnaula. Izvestiya Izvestiya Altaiskogo gosudarstvennogo universiteta, 3-1, 89 – 92. (in Russian)

Hlebova, L.P., Ereshenko, O.V. (2014). Ritmy sutochnoi mitoticheskoi aktivnosti u berezy povisloi (Betula pendula Roth.) v usloviyah Altaiskogo kraya. Izvestiya Altaiskogo gosudarstvennogo universiteta, 3-1 (83), 100 – 104. (in Russian)

Kalaev, V.N., Popova, A.A. (2014). Citogeneticheskie harakteristiki i morfologicheskie pokazateli semennogo potomstva derev'ev duba chereshchatogo (Quersus robur L.), proizrastayushih na territoriyah s raznym urovnem antropogennogo zagryazneniya. Vestnik VGU, 4, 63 – 72. (in Russian)

Il'inskih, N.N., Novickij, V.V., Vanchugova, N.N., Il'inskih, I.N. (1992). Mikroyadernyj analiz i citogeneticheskaya nestabil'nost'. Tomsk: Izdatel'stvo Tomskogo Universiteta. (in Russian)

Kramer, D.A. (2015). Ocenka antropogennogo vozdeistviya na zagryaznenie donnyh otlozhenii malyh rek na primere g. Moskvy: dis. … k.h.n. Moskva. (in Russian)

Lebedeva, L.I., Fedorova, S.A., Omel'yanchuk, L.V. (2003). Prezhdevremennoe nachalo telofaznoi reorganizacii hromatina v kletkah mutantnoi linii ff3 Drosophila melanogaster. Genetika, 39, 7, 1 – 8. (in Russian)

Leme, D.M., Marin-Morales, M.A. (2009). Allium cepa test in environmental monitoring: a review on its application. Mutat Res, 682 (1), 71 – 81. doi: 10.1016/j.mrrev.2009.06.00

Marchenko, N.V. (2007). Prostranstvenno-vremennaya ocenka genotoksicheskogo vozdeistviya zagryazneniya vod prirodnyh i iskusstvennyh vodoemov Nizhnei Volgi: avtoref. dis. … k.b.n. Astrahan'. (in Russian)

Medvedeva, M.Yu., Bolsunovskii, A.Ya. (2016). Spektr hromosomnyh aberracii v kornevoi meristeme E. сanadensis iz raionov reki Enisei s raznymi tipami tehnogennogo zagryazneniya. Ekologicheskaya genetika, 14, 2, 57 – 66. (in Russian)

Prohorova, I.M., Fomicheva, A.N. (2003). Patologiya mitoza kak pokazatel' genotoksicheskogo zagryazneniya vodoema // Vestnik Kostromskogo gosudarstvennogo universiteta im. N.A. Nekrasova, 2, 15 – 19. (in Russian)

Prohorova, I.M., Kibrik, B.S., Pavlov, A.V., Pesnya, D.S. (2013). Ocenka mutagennogo i mitozmodificiruyushego deistviya nanochastic serebra. Byulleten' eksperimental'noi biologii i mediciny, 156, 8, 223 – 228. (in Russian)

Radić, S., Stipanicev, D., Vujcić, V., Rajcić, M.M., Sirac, S., Pevalek-Kozlina, B. (2010). The evaluation of surface and wastewater genotoxicity using the Allium cepa test. Sci Total Environ, 408(5), 1228 – 1233. doi: 10.1016/j.scitotenv.2009.11.055

Salles, F.J., de Toledo, M.C.B., César, A.C.G. et al. (2016). Cytotoxic and genotoxic assessment of surface water from São Paulo State, Brazil, during the rainy and dry seasons. Ecotoxicology, 25 (4), 633 – 645. doi:10.1007/s10646-016-1622-1

Seth, C.S, Misra, V., Chauhan, L.K., Singh, R.R. (2008). Genotoxicity of cadmium on root meristem cells of Allium cepa: cytogenetic and comet assay approach. Ecotoxicol Environ Saf, 71 (3), 711 – 716.

Sherban', E.P., Arsan, O.M., Shapoval, T.N., Cvetkova, A.M., Pisholka, Yu.K., Kuklya, I.G. (1994). Metodika polucheniya vodnyh vytyazhek iz donnyh otlozhenii dlya ih biotestirovaniya. Gidrobiol. Zhurn, 30, 4, 100 – 111. (in Russian)

Silveira, M., Ribeiro, D., Dos Santos, T.A. et al. (2016). Mutagenicity of two herbicides widely used on soybean crops by the Allium cepa test. Cytotechnology, 68 (4), 1215 – 1222. doi: 10.1007/s10616-015-9881-x

Stepanova, N.Yu., Ahmetshina, A.D., Latypova, V.Z. (2012). Sravnenie chuvstvitel'nosti test-ob'ektov pri toksikologicheskoi ocenke donnyh otlozhenii, zagryaznennyh neft'yu raznogo proishozhdeniya. Povolzhskii ekologicheskii zhurnal, 3, 319 – 325. (in Russian)

Tomilina, I.I., Ivanova, I.Yu., Zhgareva, N.N i dr. (2008). Ocenka kachestva donnyh otlozhenii malyh rek Orenburgskoi oblasti s ispol'zovaniem elementov triadnogo podhoda. Izvestiya Orenburgskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta, 1 (17), 214 – 217. (in Russian)

Trushin, M.V., Ratushnyak, A.Yu., Arkharova, I.A., Ratushnyak, A.A. (2013). Genetic alterations revealed in Allium cepa-test system under the action of some xenobiotics. World Appl. Sci. J, 22 (3), 342 – 344.

Vostrikova, T.V., Butorina, A.K. (2006). Citogeneticheskie reakcii berezy povisloi na deistvie stressovyh faktorov. Izvestiya RAN. Seriya biologicheskaya, 2, 232 – 238. (in Russian)

Yildiz, M., Ciğerci, I.H., Konuk, M., Fidan, A.F., Terzi, H. (2009). Determination of genotoxic effects of copper sulphate and cobalt chloride in Allium cepa root cells by chromosome aberration and comet assays. Chemosphere, 75 (7), 934 – 938. doi: 10.1016/j.chemosphere.2009.01.023




DOI: http://dx.doi.org/10.15421/2016104

Article Metrics

Metrics Loading ...

Metrics powered by PLOS ALM

Refbacks

  • There are currently no refbacks.




Since April 2018 Journal changed the editorial policy and starts to be published exclusively in English, and changed its main site into www.ujecology.com

 

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

© 2017 Ukrainian Journal of Ecology. ISSN 2520-2138