Чувствительность байкальских и небайкальских амфипод к некоторым компонентам водной среды

УДК 547.56

ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ БАЙКАЛЬСКИХ И НЕБАЙКАЛЬСКИХ АМФИПОД К НЕКОТОРЫМ КОМПОНЕНТАМ ВОДНОЙ СРЕДЫ

© 2006 Е.В. Бандолина1 , Д.И. Стом 2

'Лимнологический институт СО РАН, г. Иркутск 2 Иркутский государственный университет

Изучали реакцию эндемичных видов амфипод и голарктического G. lacustris на растворы перекиси водорода и гуминовых веществ. Показано, что перекись водорода снижает токсичность пара-бензохинона, изначально более токсичного для амфипод, чем гидрохинон. Байкальские виды амфипод избегали растворы с более низкими концентрациями гумата, чем G.lacustris, а верхние границы предпочтения ими гуматсодержащих растворов были ниже, чем у голарктического вида. Противоположную картину выявили опыты с перекисью водорода. Атрактантные свойства Н202 для эндемиков были выше, чем для G.lacustris.

Введение

Несмешиваемость фауны открытого Байкала с гидробионтами водоемов, прилегающих к Байкалу, а также с организмами заливов озера многими исследователями связывалась с гидрохимическими особенностями водоемов [1, 4].

Среди таких особенностей можно, в частности, отметить более высокое содержание кислорода в Байкале по сравнению с водоемами его бассейна. Последние характеризуются меньшим уровнем аэрации и большим содержанием гуминовых веществ. Более того, выдвинута гипотеза о значительной роли в эволюции биоты озера окислительного стресса. По мнению некоторых авторов, уровень перекиси водорода в воде может играть важную роль в жизнедеятельности гидробион-тов. Наличие перекиси водорода скорее характерно для водоемов с повышенным содержанием кислорода. В противоположность этому в более сапротрофных водах содержится большее количество органических производных и более высокие концентрации гуминовых веществ.

Ранее было обнаружено, что байкальские виды амфипод в экспериментальных условиях предпочитали байкальскую воду воде из впадающих в Байкал рек и близлежащих озерков. Голарктический Gammarus lacustris вел себя противоположным образом [6].

В связи с изложенным целью работы было изучение отношения байкальских и голарктического видов амфипод к перекиси водорода и гуминовым веществам.

Для перекиси водорода более характерны окислительные свойства, а для гуминовых веществ - восстановительные. Поэтому представлялось интересным сопоставление соотношения чувствительности эндемиков и го-ларктиков к окислительным и восстановительным формам одних и тех же соединений.

Объекты и методы

В качестве объектов исследования брали амфипод как одну из самых многочисленных групп байкальских эндемиков. Были исследованы байкальские виды - Pallasea cancellus ^Pallas, 1772), Eulimnogammarus vittatus, E. cyaneus, E. verrucosus (Baz., 1945), Gmelinoides fasciatus (Stebb., 1899), а также голарктический - G. lacustris (Sars, 1963). Определение видов вели по (Тахтеев, 1993).

Эндемичных амфипод отлавливали гидробиологическими сачками и драгами с глубины 0,5-3м. Рачков перед экспериментами в течение суток выдерживали в аквариумах при +8 0С в темноте. В это время амфипод не кормили. Для инкубирования и экспериментов с эндемичными байкальскими амфиподами брали воду из оз. Байкал, для G. lacustris -из озерка, находящегося в пади Большие

Коты в километре от Байкала. Из него же и вылавливали G. lacustris.

В экспериментах использовали здоровых, активно передвигающихся рачков. Воду, подаваемую в разные отсеки проточной камеры, перед опытами доводили до одной и той же температуры +8оС, близкой к байкальской.

Реакции преференции изучали в проточных установках, близких к описанным в [6]. Они состояли из 2-х камер 25-45см. Камеры отделялись друг от друга перегородкой, которая не доходила до конца. Поэтому потоки воды, независимые с противоположных концов, здесь перед сливом вода из 2-х камер перемешивалась. Уравнивания скоростей потока (до 1,5 л/ч) достигали, пропуская предварительно подкрашенную витальными красителями воду. Уровень жидкости в камерах поддерживали равным 4-5 см. Для устранения влияния света опыты проводили в темноте. В установку запускали по 20 экземпляров взрослых особей. Затем в камеры подавали воду одного и того же состава из 2-х разных емкостей и добивались близкого числа амфипод в обеих камерах. После этого в установку подавали воду с разными гидрохимическими характеристиками с интервалом 15 минут, подсчитывали количество рачков в каждом отсеке. Потоки периодически взаимозаменяли. Это устраняло возможные различия в камерах. Если нет особых указаний, то данные, приведенные в статье, отражают распределение амфипод через 90 мин от начала опыта.

В работе, в основном, использовали реактивы марки х.ч. и чда. В качестве гумино-вых веществ брали препараты "Гумат-80", выпускаемый ООО "Гумат", г. Иркутск.

Чувствительность амфипод к гуматам определяли при концентрациях (г/л.): 1; 0,5; 0,25; 0,1; 0,05. Реакцию рачков на перекись водорода исследовали при концентрациях (ммоль/л): 3; 1,5; 0,3; 0,15. Концентрации перекиси водорода в растворе в начале и в конце эксперимента проверяли с помощью спектрофотометри-ческого метода [3]

В экспериментах оценивали токсичность растворов гидрохинона и пара-бензо-хинона при концентрациях (моль/л): 10-1, 10-2,

10-3, 10-4, 10-6. Общая продолжительность опыта составляла 24 часа. Критерием токсичности пара-бензохинона, гидрохинона и их смесей с пероксидом водорода являлась гибель рачков.

Для статистической обработки применяли пакет программ "Statistica 5.0". В таблицах и на рисунках представлены среднеарифметические величины и доверительный интервал. Выводы при сопоставлении результатов сделаны при вероятности безошибочного прогноза P>0,95 [2].

Результаты

В ходе экспериментов изучали реакции преференции амфипод по отношению к растворам, содержащим перекись водорода в диапазоне от 3 ммоль/л до 0,15 ммоль/л. При высоком содержании Н2О2 (3 ммоль/л; 1,5 ммоль/л) рачки видов P. cancellus, G. fasciatus уходили из отсеков с перекисью водорода. Вместе с тем E. verrucosus и E. vittatus не избегали концентрации перекиси водорода 1,5 ммоль/л. E. vittatus даже выбирал растворы с таким содержанием пероксида водорода. При более низком уровне и некоторые другие виды амфипод также предпочитали раствор с перекисью водорода. Так P cancellus, E. vittatus и E. verrucosus облюбовывали отсеки с содержанием перекиси водорода - 0,3 ммоль/л. А, например, G. fasciatus концентрировался в отсеках с содержанием перекиси водорода 0,15 ммоль/л, однако, в отличие от голарктического рачка, он не избегал растворы пероксида водорода в диапазоне от 1,5 до 0,5 ммоль/л. Голарктический вид G. lacustris проявлял выраженную реакцию избегания растворов пероксида водорода при всех испытанных концентрациях кроме 0,15 ммоль/л. На рис. 1 приведены нижние границы концентраций растворов перекиси водорода, избегаемых амфиподами. Рис. 2 отражает верхние границы содержания Н2О2, вызывающие реакцию преференции.

Высокие концентрации (0,5 г/л) растворов гумата проявляли репеллентные свойства по отношению к амфиподам исключение составили лишь G. lacustris и G. fasciatus. При снижении содержания гуматов они вели себя

ей

о

Л

о «

о ю

к

о

к и и Л и

с к к а й Л

н X <и

а х о и

А

I

I

III

О- О

Г

ч-

V

/

.Л

Р* /

СГ

виды амфипод

Рис. 1. Нижние границы избегаемых амфиподами концентраций перекиси водорода

К о К

и и Л и

с к к а й Л

н X <и

а х о и

й «

О Л

о «

о и

0,4 0,3 0,2 0,1 0

I

I

I

I

I

I

V

.Л

V

<йи

виды амфипод

Рис. 2. Верхние границы предпочитаемых амфиподами концентраций перекиси водорода

как атрактанты. G. 1асшй^ начиная с концентрации 0,25 г/л предпочитал растворы гумата вплоть до 0,05 г/л (рис. 3, 4). Промежуточные концентрации - 0,25 и 0,1 г/л слабее влияли на распределение рачков. При таком уровне гу-матов реакции гидропреференции либо не обнаруживались, либо были выражены слабо.

В следующей серии экспериментов изучали влияние фенольных соединений на амфипод, а также возможное влияние перекиси водорода на токсичность фенольных соединений. Концентрации пара-бензохинона 10-1моль/л, 10-2моль/л были летальными как для ЕМЫаШ, так и для G. lacustris. Растворы 10-6моль/л пара-бензохинона не оказывали видимого влияния на амфипод за время

опыта. Поэтому для комбинированного действия соединения вместе с перекисью водорода были выбраны концентрации: 10-3 моль/л, 10-4моль/л.

В растворах гидрохинона 10-4моль/л и 10-6моль/л поведенческая реакция амфипод не отличалась от контроля. Исходя из этого, для дальнейшего анализа использовали концентрации гидрохинона 10-2моль/л и 10-3 моль/л.

На рис. 5, 6 представлены данные по выживаемости ЕМиаХт и G.lacustris в растворах 10-3 моль/л гидрохинона и пара-бен-зохинона. Как и следовало ожидать, исходя из более ранних наших работ, для обоих видов амфипод пара-бензохинон был более ток-

и н о и

3

<и и

л и

0 X

х

1 ^

^ 1-1

к к ст

й ^

X <и

а х о и

1,2

0,8

0,4

I

, ^ / / о- о- я-

V

виды амфипод

Рис. 3. Нижние границы избегаемых амфиподами концентраций гуминовых веществ

0

X ы 0,3

в

о

к

и м 0,2

^

и и" н

«

и о 0,1

дц и

а в

<и в

X <и 0

а

к

о

и

(Л^

I

Г

„Г

о- о

(V

лК

V

«г

V

виды амфипод

Рис. 4. Верхние границы предпочитаемых амфиподами концентраций гуминовых веществ

и о

и р

й л

й л и

к *

о и н о

и р

к ч о и

120

100

60 -

40

20

Т

Т

.

Т

I

пара-бензохинон  гидрохинон

I

I

\ ^ (X

длительность опыта, час

I

I

Рис. 5. Выживаемость E.vittatus в растворах 10-3моль/л пара-бензохинона и гидрохинона

0

и о

и р

й Л

й

3 и

к *

о

и &

и р

к

4 о и

120 п 100 -80 -60 -40 -20 -0 --

А

I

I

Т

I

Т

Т

Т

пара-бензохинон  гидрохинон

I

Т

I

I

\ ^ (X

длительность опыта, час Рис. 6. Выживаемость G. lacustris в астворах 10-3моль/л пара-бензохинону и гидрохинону

сичным, чем гидрохинон [9].

Большинство исследователей подчеркивают, что байкальские эндемики более чувствительны к действию загрязнителей, чем палеарктические виды. Поэтому любопытно, что токсикорезистентность E.vittatus к пара-бензохинону была выше, чем G. lacustris.

При добавлении к выбранным концентрациям пара-бензохинона и гидрохинона 30 моль/л пероксида водорода наблюдали снижение токсичности пара-бензохинона, а также статистически незначимое изменение токсичности гидрохинона. Результаты отражены в табл. 1, 2.

Таким образом, можно констатировать ослабление токсического эффекта растворов пара-бензохинона при добавлении перекиси водорода. Проведенные эксперименты выя-

вили также, что байкальские виды амфипод обладают большей чувствительностью к гу-миновым веществам по сравнению с небайкальским G. lacustris. Они избегали растворы с более низкими концентрациями гумата, чем G. lacustris, а верхние границы предпочтения ими гуматсодержащих растворов были ниже, чем у голарктического вида. Противоположную картину выявили опыты с перекисью водорода. Здесь репеллентные и атрак-тантные свойства для эндемиков были выше, чем для G.lacustris.

Хотя полученные данные и можно трактовать в пользу того, что соотношение гуми-новых веществ и перекиси водорода могут определять несмешиваемость байкальских и небайкальских видов, пока это утверждать преждевременно.

Таблица 1. Устойчивость E.vittatus и G. lacustris к пара-бензохинону до добавления пероксида водорода и при его внесении

10-3м/л 10-4м/л 10-3м/л 10-4м/л

без Н2О2 Н2О2 без Н2О2 Н2О2 без Н2О2 Н2О2 без Н2О2 Н2О2

1 83±10,3 80±1,9 83±10,3 98±3,6 50±12,5 80±1,9 83±10,3 80±1,9

2 40±12,0 63±9,9 40±12,0 98±3,6 17±5,1 63±9,9 40±12,0 63±9,9

4 18±6,9 48±13,1 18±8,9 95±5,8 5±0,5 48±13,1 18±4,9 48±13,1

8 5±2,5 5±0,5 5±2,5 95±6,7 3±0,3 3±0,5 3±0,5 5±0,5

12 3±1,5 3±0,3 2±1,5 60±3,6 3±0,3 2±1,5 1±0,3 3±1,5

Таблица 2. Устойчивость Е^аи и G. lacustris к гидрохинону до добавления пероксида водорода и при его внесении

E.vittatus G. lacustris

10-2м/л 10-3м/л 10-2м/л 10-3м/л

без Н2О2 Н2О2 без Н2О2 Н2О2 без Н2О2 Н2О2 без Н2О2 Н2О2

1 99±0,4 99±0,4 99±0,4 98±0,5 98±0,5 99±0,4 99±0,4 99±0,4

2 95±3,3 89±8,2 95±3,3 98±0,5 98±0,5 89±8,2 95±3,3 89±8,2

4 95±3,3 82±8,2 95±3,3 98±3,6 60±5,2 82±8,2 95±3,3 82±8,2

8 78±13,7 31±12,5 78±13,7 98±5,1 60±8,2 31±12,5 78±13,7 31±12,5

12 8±3,6 3±0,5 6±2,5 50±14,2 50±10,5 5±2,3 5±0,5 3±0,3

Выражаем благодарность за обсуждение

Д.Ю. Щербакову

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Верещагин Г.Ю. Два типа биологических комплексов Байкала// Тр. Байкальской лимнологической станции АН СССР, 1935. Т. VI.

2. Гланц С.А. Медико-биологическая статистика. М.: Практика, 1999.

3. Любимцев В.А., Холодкневич С.В. Метод измерения трендов микроконцентраций пероксида водорода в природных водо-емах//Экологическая химия. 1997. .№6 (3).

4. МазеповаГ.Ф. Вклад М.М. Кожова в проблему происхождения и историю фаун Байкала. Экологические исследования Байкала и байкальского региона. Ч. 1. /(Под ред. О.М. Кожовой. Иркутск: ИГУ, 1992.

5. Влияние качества воды из Байкала и дру-

гих водоемов на поведенческие реакции Amphipoda /Д.И. Стом, А.В. Шевченко, Н.В. Быкова, Т.Г. Храмцова, А.Э. Балаян // Бюллетень ВСНЦ СО РАН. 2003. №1.

6. Стом Д.И, Тимофеев М.А. О реакции избегания Gammarus lacustris Sars байкальской воды //Сибирский экологический журнал. 1999. №6.

7. Тахтеев В.В. Фауна бокоплавов прибрежной зоны Байкала в районе Б. Котов. Иркутск: ИГУ, 1993.

8. Роль пероксида водорода в природной водной среде /Е.В. Штамм, А.П. Пурмаль, Ю.П. Скурлатов //Упехи химии. 1991. Т. 60. Вып. 11.

9. Stom D.I., Ivanova G.G., Bashkatova G.V, Trubina T.P., Kozhova O.M. About the Role of Quinones in the Action of Some Polyphenols on the Streaming of Protoplasm in Nitella sp. Cell// Acta hydrochimikal et hydrobiologica, 1974. V/ 2. №5.

SENSITIVITY OF BAIKAL AND NON-BAIKAL AMPHIPODS TO SOME COMPONENTS OF WATER ENVIRONMENT

© 2006 E.V. Bandolina1, D.I. Stom2

1 Limnological Institute of Siberian Branch of Russian Academy of Sciences, Irkutsk

2 Irkutsk State University

The responses of same Baikal and non-Baikal amphipods to hydroperoxide and humic acids were studied. Hydroperoxide was supposed to decrease the toxicity of para-benzoquinone which is more toxic for amphipods than hydroquinone. The concentrations of humic acids inducing avoidance were lower for The Lake Baikal than in case of golarctic species Gammarus lacustris. At the same time Baikal species preferred lower level of humic acids than non-Baikal species. The experiments with hydroperoxide showed opposite trends. Attractive properties of hydroperoxide was higher for Baikal species than G. lacustris.