Изменчивость токсического воздействия ксенобиотиков на выклев артемии в различных инкубационных средах

УДК 504.054:574.3

Г. И. Егоркина, Л. Н. Тарубаров, В. С. Мошкина

ИЗМЕНЧИВОСТЬ ТОКСИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ КСЕНОБИОТИКОВ НА ВЫКЛЕВ АРТЕМИИ В РАЗЛИЧНЫХ ИНКУБАЦИОННЫХ СРЕДАХ

Представлены исследования по определению действия токсикантов на тест-объект — гапофильного жаброного рачка Агіетіа с регистрацией различных поведенческих, физиологических и биохимических показателей. В ходе экспериментального исследования изучено влияние качества инкубационного раствора (поваренная соль или природная рапа различной концентрации) и качества цист на выклев артемии. Исследования показали, что качество инкубационного раствора - состав солей и их концентрация, в значительной степени влияют на динамику и интенсивность выклева цист артемии, а также модифицируют проявление токсичности тяжелых металлов.

В условиях современного загрязнения окружающей среды необходимо всестороннее изучение влияния антропогенных факторов на природные экосистемы, в частности, на водную среду. В системе контроля состояния природных вод и экосистем большое значение имеет биотестирование. Суть этого метода заключается в определении действия токсикантов на специально выбранные организмы в стандартных условиях с регистрацией различных поведенческих, физиологических и биохимических показателей. Этот метод используется в комплексе с физико-химическим анализом, средствами которого часто не удается обнаружить неустойчивые соединения или количественно определить ультрамалые концентрации токсикантов.

Тест-обьекты обычно выбирают среди наиболее чувствительных к загрязняющим веществам видов. Планктонные ракообразные заслуживают особого внимания в токсикологических работах, так как, фильтруя воду, они способны накапливать токсиканты в высоких концентрациях. В последнее время в лабораторных условиях в качестве биотеста используется жаброногий рачок Artemia. Это определяется широтой распространения данного вида, легкостью содержания и культивирования в лаборатории, доступностью исходного материала (активных яиц). В качестве тест-параметров используются показатели выклева артемии из цист, жизнеспособности науплиусов, некоторые биохимические показатели [1]. Работы в этой области единичны, поэтому использование артемии в качестве биотеста требует тщательного изучения.

В лабораторных условиях с соблюдением оптимальных характеристик солености, температуры, освещенности, кислородного режима часто не удается получить высоких показателей выклева. Это связано с тем, что в артемиевых водоемах имеются специфические диапазоны солености, при которых регистрируются наибольшие показатели выхода науплиусов. Наблюдается определенная тенденция повышения оптимального диапазона для выклева яиц с увеличением естественной минерализации воды в озере [2]. Известно также, что на науплиусов рачка, взятых из водоемов с повышенным содержанием хлоридов и сульфатов, вода с наличием карбонатов оказывает токсическое действие. Науплиусы из содовых вод хорошо переносят повышенное содержание хлора и сульфатов. Увеличение в растворах сульфатов оказывает благоприятное воздействие на науплиусов из различных вод [Collins, 1979, Кренке, 1981, цит. по 2]. В связи с этим для оптимизации использования артемии в качестве тест-объекта необходимы исследования влияния инкубационных сред, качества цист и других параметров культивирования на выклев науплий.

Разработка методов оценки влияния токсикантов на артемию имеет еще один немаловажный аспект. Рачок

является единственным зоопланктонным организмом гипергалинных озер и имеет промысловое значение. Артемия является предметом охраны как биоресурс, поэтому должна использоваться при разработке предельно допустимых концентраций для гипергалинных озер.

Цель нашей работы состояла в изучении модифицирующего действия инкубационной среды, используемой для выклева цист артемии, на проявление токсичности ксенобиотиков.

Материал и методы

Материалом для исследования послужили четыре образца цист артемии (обозначены номерами I, II, III, IV), собранные в разных озерах.

Параметры инкубационных сред, при которых изучали выклев артемии, представлены в таблице 1.

Таблица 1

Параметры инкубационных сред, использованных для выклева цист артемии

Инкубационный раствор Концентрация, %% Кислотность, pH Температура, °С

Поваренная соль 5 10 20 40 7 25-30

Природная рапа оз. Б. Яровое 5 9,2 20 40 78 7 25-30

Инкубационные растворы готовили на дистиллированной воде, разливали в стеклянные банки по 50 мл и помещали в них цисты артемии. Выклев происходил в течение 48 часов при круглосуточном освещении. Подсчет науплиусов производили под бинокуляром через 24 и 48 часов инкубации, интенсивность выклева оценивали в процентах по стандартной методике. Опыты проводили в трехкратной повторности, контролем служили инкубационные растворы без токсикантов. Результаты обрабатывали методами вариационной статистики.

Модельными токсикантами неорганической природы были соли тяжелых металлов — меди (Сив04.5И20) и цинка (2пВ04.7И20). При выборе концентраций токсикантов за основу приняты предельно допустимые концентрации этих веществ для вод хозяйственно-питьевого использования. Маточные растворы солей готовили на дистиллированной воде и с помощью мерной пипетки добавляли в инкубационные растворы перед закладкой цист на выклев.

Модельными токсикантами органической природы были пестициды фитоверм 0,2%, фитоверм 1% и фу-фанон.

Результаты и обсуждение

В первой серии опытов изучено влияние качества инкубационного раствора (поваренная соль или природная рапа различной концентрации) и качества цист на вык-лев артемии. Динамика изменения интенсивности вык-

лева артемии в искусственной и природной среде показана на рисунках 1 и 2. Максимальный выклев в опыте составил 75-85% . При этом оптимальными растворами №С1 оказались концентрации 5-10%о, а рапы— 20-40%о -ные растворы. Принципиально различна реакция цист на максимальные концентрации изученных инкубационных сред. В 40%-ном растворе №С1 через 24 часа инкубации выклев составил 25% и практически не изменился в течение следующих 24-х часов (27% через 48 часов инкубации). При инкубации в неразбавленной рапе (78%) выклев остался достаточно высоким и составил 55% через 48 часов. При этом в значительной степени замедлился темп выклева, так как через 24 часа инкубации науплиусы практически отсутствовали. Таким образом, увеличение концентрации инкубационного раствора выше оптимальной приводит к разным последствиям в зависимости от состава солей: в искусственной среде (№С1) — к снижению выклева, в природной — к замедлению его темпа.

Рис. 1. Влияние концентрации 1\1аО! на выклев артемии

А 48 часов

* '

- —* * *

24 часа

І І І I "

5 10 20 40 78

Концентрация раствора, %

Рис. 2. Влияние концентрации природной рапы на выклев артемии

Влияние инкубационной среды на динамику выклева науплиусов изучали в 20% -ных растворах рапы и КаС1. По истечении 20 часов инкубации каждые два часа проводили подсчет количества особей в стадии «зонтик», науплиусы и не выклюнувшихся цисты. Оказалось, что в рапе выклев происходит быстрее и более синхронно, чем в растворе КаС1 — до 28-ми часов от момента замачивания цист происходит быстрое накапливание «зонтиков», которые дружно переходят в стадию науплиусов между 24 и 30 часом. В растворе КаС1 появление науп-лиусов значительно растянуто во времени.

Для цист из разных мест обитания установлено, что для каждого из них оптимальные инкубационные среды, в которых происходит максимальный выклев, различны (табл. 2).

Таблица 2

Процент выклева различных образцов цист артемии в зависимости от концентрации соли 1\1аО! и рапы

Для образцов I и II это 40% -ный раствор рапы, для образца III — 20-40% -ные растворы рапы и 20% -ный раствор №С1, а образец IV показал максимальный выклев в 10% -ном растворе №С1 и 20-40% -ных растворах рапы.

Таким образом, процент выклева артемии и его динамика в значительной степени зависят от качества инкубационного раствора и качества образца цист. Наиболее благоприятной средой для выклева является природная рапа. В растворе №С1 максимальный выклев можно получить при низких концентрациях, в природной рапе — при более высоких. Для биотестирования, по-видимому, пригодны образцы цист с высоким показателем выклева и индифферентным отношением к инкубационной среде.

Добавление в инкубационные среды ионов тяжелых металлов цинка и меди в предельно допустимой концентрации для воды хозяйственно-питьевого использования снизило показатели выклева в среднем более чем в два раза. При концентрациях тяжелых металлов до 10 ПДК выклев отсутствовал полностью, а уменьшение до 0,1 ПДК не снимало токсического действия (табл. 3, 4).

Таблица 3

Влияние ионов цинка на выклев артемии (% к контролю) в растворах ЫаО! и рапы различной концентрации

Содержание токсиканта, ПДК Концентрация

ЫаО!, % Рапа, %

24 часа инкубации

0,1 - - - - - 23,7 53,0

0,5 - - - - - 29,8 46,1

1 10,5 7,1 29,1 3,0 6,4 13,6 53,0

2 - - - 7,6 0 - 33,5

3 - - - 7,6 0 - 3,6

5 2,5 5,7 9,0 - - - -

10 0 0 6,9 - - - -

48 часов инкубации

0,1 - - - - - 32,7 87,6

0,5 - - - - - 22,0 81,7

1 49,6 58,0 29,2 30,8 22,3 18,0 53,7

2 - - - 17,7 13,2 - 22,3

3 - - - 3,5 11,0 - 6,3

5 1,2 11,6 11,8 - - - -

10 0 0 15,0 - - - -

При этом степень проявления токсичности зависит от качества инкубационной среды. Так, при содержании 1 ПДК ионов цинка наиболее токсичными оказались 20%-ный раствор поваренной соли и 5-20%-ные растворы рапы — в этих средах процент выклева по отношению к контролю снизился в 3-4 раза. При низких концентрациях КаС1 (5-10%) и высокой концентрации рапы (40%) процент выклева уменьшился только в два раза, но значительно больше снизился темп выклева (табл. 3).

Если на проявление токсичности ионов цинка наибольшее влияние имела концентрация инкубационного раствора, то токсические свойства ионов меди зависели от качества среды — независимо от концентрации раствора в рапе токсичность 1 ПДК почти в 10 раз ниже, чем в №С1 (Табл. 4).

По-видимому, рапа проявляет буферные свойства, то есть, снижает биодоступность ионов меди уменьшая, таким образом, его токсическое действие.

По данным обработки трехфакторного дисперсионного комплекса, сформированного на основе полученных данных, все изученные факторы и их взаимодействие достоверно влияют на выклев артемии (табл. 5).

Факторы и их взаимодействия имеют следующие доли влияния:

инкубационный раствор (№С1, рапа) — 40,5% (1); концентрация токсиканта (2пв04) — 38,6% (2);

Цис- Раствор ЫаО!, % Рапа, %

ты 10 20 40 10 20 40

I 9,0±0,5 6,8±0,2 8,7±0,4 6,7±0,7 9,3±0,1 19,6±0,9

II 59,6±0,6 58,2±0,5 66,0±0,9 32,3±1,3 61,5±0,4 86,3±0,4

III 50,7±0,5 63,8±0,4 52,0±0,9 28,7±2,3 68,9±0,3 63,3±0,7

IV 53,3±0,5 44,5±0,3 44,7±1,2 27,3±1,9 53,0±0,6 55,6±0,7

концентрация инкубационного раствора (20, 40%о) — 3,0% (3);

взаимодействие 1-2 — 2,2% ; 1-3 — 7,1% ; 2-3 — 6,2%; 1-2-3— 1,7%.

Влияние органических загрязнителей изучали на цистах разного происхождения при одной концентрации инкубационного раствора — 10% №С1.

В исследовании были тестированы пестициды фи-товерм с содержанием действующего вещества 0,2% и 1% и фуфанон. Для расчета концентраций токсикантов были использованы предельно допустимые концентрации препаратов фитоверм для мальков рыб

Таблица 4

Влияние ионов меди на выклев цист артемии (% к контролю) в растворах природной рапы и 1\1аО! различной концентрации

Таблица 6

Влияние пестицидов фитоверм и фуфанон на выклев артемии

и водных беспозвоночных. Минимальная концентрация взята из расчета минимальной токсичности — ПДК = 0,0001 мг/л.

Под воздействием фитоверма наблюдали снижение процента выклева при увеличении концентрации токсиканта (табл. 6). Образец II несколько более устойчив к действию пестицида, чем образец IV, так как для него нет достоверных различий с контролем в варианте с 1 ПДК токсиканта и снижение выклева менее выражено в других вариантах. Разница в содержании действующего вещества в пестициде не повлияла на его токсические свойства.

Таблица 5

Результаты дисперсионного анализа влияния концентраций токсиканта и качества инкубационной среды на выклев артемии

Вид рассеяния Сумма квадратов Число степеней свободы я и с р е п с и Д Отношение дисперсий

Факт Табл.

Общее 32334,81 47

Инкубационный раствор (1) 13101,02 1 13101,02 2320,47б 7,б

Концентрация токсиканта (2) 12477,56 3 4159,19 73б,б83 4,5

Концентрация инкуб. раствора (3) 981,02 1 981,02 173,7б0 7,б

Взаимодействие 1-2 728,73 3 242,91 43,025 4,5

1-3 2310,19 1 2310,19 409,185 7,б

2-3 1990,40 3 бб3,47 117,514 4,5

1-2-3 565,23 3 188,41 33,371 4,5

Остаточное 180,67 32 5,б5 - -

С увеличением концентрации фуфанона процент выклева артемии также снижался, но несколько меньше для обраца IV, чем для образца II, на основании чего можно предполагать большую чувствительность последнего к действию фуфанона.

Таким образом, получены предварительные результаты, которые указывают на необходимость глубокого исследования проявления токсических свойств ксенобиотиков в гипергалинных водоемах. Сложный и неоднородный ионно-солевой состав рапы и различная минерализация способны разнонаправлено модифицировать свойства токсикантов и их влияние на гидробионтов. Особенно важно изучить воздействие ксенобиотиков на артемию, так как известно, что степень эвригалинности ее диапаузирующих цист и науплиусов в первые дни развития меньше, чем у взрослых рачков. Выклев цист происходит в распресненной прибрежной зоне. Распрес-нение происходит грунтовыми стоками с водосборного бассейна в весенний период. Насыщенность стоков загрязнителями может заметно снизить выклев цист, привести к гибели науплиусов и таким образом нанести значительный урон популяциям артемии.

Концентрация токсиканта, г/л Цисты II Процент к контролю Цисты IV Процент к контролю

Фитоверм 0,2%

0,0001 57,0±0,9 95,б 48,0±0,3 90,1*

0,001 48,3±0,5 81,0* 38,0±0,7 71,3*

0,01 39,0±0,9 б5,4* 32,3±1,0 б0,б*

Фитоверм 1%

0,0001 55,7±0,5 93,5* 44,б±0,5 83,7*

0,001 43,7±0,5 73,3* 34,3±0,5 б4,4*

0,5 12,0±0,3 20,8* 10,0±0,3 18,8*

1,0 10,3±0,2 17,9* 9,3±0,4 17,5*

Ф лфанон

0,001 52,3±0,7 91,8* 49,7±0,7 95,б

0,002 40,3±1,0 70,7* 47,7±0,4 91,7*

0,005 32,3±0,7 5б,7* 30,3±0,7 58,3*

0,01 11,б±0,7 20,4* 10,б±0,7 20,4*

* различия с контролем достоверны при 0,95%-ном уровне значимости.

Содержание токсиканта, ПДК Концентрация

NaCI, % Рапа, %

5 40 5 40

24 часа инкубации

0,1 - 12,5 - -

0,5 - 12,5 - -

1 5,4 7,2 43,9 50,3

2 - - 22,4 б0,2

3 - - 23,1 47,б

48 часов инкубации

0,1 - 37,7 - -

0,5 - 29,0 - -

1 14,5 19,0 б2,2 б9,2

2 - - 42,8 42,5

3 - - 42,2 43,3

Библиографический список:

1 .Руднева И.И. Артемия — важнейший компонент гипергалинных водоемов юга Украины и Крыма // Биоразнообразие артемии в странах СНГ: современное состояние ее запасов и их использование: Доклады Междунар. науч.-исслед. семинара, 17-19 июля 2002, Москва. — Тюмень, 2004. — C. 79-93.

2.Убаськин A.B. Особенности искусственной активации яиц артемии из озер с различной соленостью // Естественные науки и экология: Межвуз. сб. науч. тр. — 2003. — Вып. 7. — C. 164-171.

Материал поступил в редколлегию 18.01.07