CC BY
13Ветеринарный врач. 2023. № 3. С. 4 - 9. The Veterinarian. 2023; (3): 4 - 9
Научная статья
УДК 619:616-099-02:632.95
DOI: 10.33632/1998-698Х 2023 3 4
Характеристика in vitro природных сорбентов к пестициду класса неоникотиноидов
Наиля Наримановна Мишина, Дамир Вазыхович Алеев, Гузалия Рустамовна Ямалова, Кадрия Фагимовна Халикова, Гульнара Габитовна Галяутдинова
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный центр токсикологической, радиационной и биологической безопасности», Казань, Россия Автор, ответственный за переписку: Наиля Наримановна Мишина, mishinanailyan@mail.ru
Аннотация. Контаминация кормов неоникотиноидами в естественных условиях возможна при несоблюдении режимов обработки растений, во время уборки, в процессе хранения и переработки. При этом, попадая в пищевую цепочку, пестицид представляет серьезную угрозу для здоровья животных и человека. Одним из способов снижения негативного влияния различных токсикантов на организм является использование добавок, обладающих высокими сорбционными свойствами. С целью изучения сорбционных свойств нами были отобраны цеолит и шунгит. Цеолит - это широко распространенный полезный минерал, который обладает сорбционными свойствами к различным веществам, обогащает организм микроэлементами и улучшает метаболизм. Шунгит -углеродосодержащая порода, обладающая высокой механической прочностью, хорошей фильтрующей способностью и возможностью сорбировать органические и минеральные вещества. Попадая в организм, шунгит оказывает анальгезирующее действие и бактерицидные свойства. Целью нашей работы было изучить особенности сорбции имидаклоприда сорбентами шунгит и цеолит, и их комбинаций в условиях in vitro. В результате проведённых исследований установлено, что наибольшую адсорбционную способность в отношении имидаклоприда сорбенты показали в следующей последовательности: шунгит - 30 %, цеолит/шунгит (30/70) - 26 %, цеолит/шунгит (50/50) - 22 %, цеолит/шунгит (70/30) - 10,2 %, цеолит - 6,6 %. Таким образом, сорбенты шунгит и его комбинация с цеолитом, где в процентном соотношении шунгита больше, обладают выраженными сорбционными свойствами в отношении имидаклоприда, и являются перспективными для дальнейшего изучения в опытах in vitro с другими неоникотиноидами.
Ключевые слова: имидаклоприд, адсорбент, цеолит, шунгит, адсорбция, десорбция
In vitro characteristics of natural sorbents to a pesticide of the neonicotinoid class
Nailya N. Mishina, Damir V. Aleev, Guzaliya R. Yamalova, Kadria F. Khalikova, Gulnara G. Galyautdinova Federal State Budgetary Scientific Institution «Federal Center for Toxicological, Radiation and Biological safety», Kazan, Russia
Corresponding author: Nailya Narimanovna Mishina, mishinanailyan@mail.ru
Abstract. Contamination of feed with neonicotinoids in natural conditions is possible if plant treatment regimes are not observed, during harvesting, during storage and processing. While, getting into the food chain, the pesticide poses a serious threat to animal and human health. One of the ways to reduce the negative impact of various toxicants on the body is the use of additives with high sorption properties. In order to study the sorption properties, we selected zeolite and shungite. Zeolite is a widespread useful mineral that has sorption properties to various substances, enriches the body with trace elements and improves metabolism. Shungite is a carbon-containing rock with high mechanical strength, good filtering ability and the ability to sorb organic and mineral substances. Once in the body, shungite has an analgesic effect and bactericidal properties. The aim of our work was to study the features of the sorption of imidacloprid with sorbents shungite and zeolite and their combinations in vitro. As a result of the conducted studies, it was found that the sorbents showed the greatest adsorption capacity for imidacloprid in the following sequence: shungite - 30 %, zeolite/shungite (30/70) - 26 %, zeolite/shungite (50/50) - 22 %, zeolite/shungite (70/30) - 10.2 %, zeolite -
6.6 %. Thus, sorbents shungite and its combination with zeolite (where the percentage of shungite is greater) have pronounced sorption properties with respect to imidacloprid, and are promising for further study in in vitro experiments with other neonicotinoids.
Keywords: imidacloprid, adsorbent, zeolite, shungite, adsorption, desorption
Введение. Неоникотиноид имидаклоприд - инсектицид нервнопаралитического действия, созданный для обработки наземных частей растений с целью эффективного уничтожения вредных насекомых. Контаминация кормов имидаклопридом в естественных условиях возможна при несоблюдении режимов обработки растений во время уборки урожая, в процессе хранения и переработки. При этом, попадая в пищевую цепочку, они представляют серьезную угрозу для здоровья животных и человека [3, 9].
Одним из способов снижения негативного влияния различных токсикантов на организм является использование добавок, обладающих высокими сорбционными свойствами. Такими добавками являются сорбенты (извести, золы, силикаты, мел, смолы, цеолиты, шунгиты и др.). Нами с целью изучения сорбционных свойств к неоникотиноидам были отобраны цеолит и шунгит, которые хорошо себя зарекомендовали при различных патологиях [2, 4, 11].
Цеолит - это широко распространенный полезный минерал, образующийся в результате взаимодействия продуктов лавы с горными породами. Он обладает сорбционными свойствами к различным веществам, поддерживает минеральный гомеостаз, обогащая организм микроэлементами, улучшает метаболизм, отдержит оксиды К, Ca, Mg, Mn, Al, Na, Fe, Si, Ti и другие [8, 12-14].
Шунгит - углеродосодержащая порода, которая образуется из сапропеля (органических донных отложений). Под влиянием высокой температуры и давления путем метаморфизации, образовался аморфный углерод в виде характерных глобул, обладающий высокой механической прочностью, хорошей фильтрующей способностью и возможностью сорбировать органические и минеральные вещества. Попадая в организм, шунгит оказывает анальгезирующее действие и бактерицидные свойства [5, 7, 10].
Целью нашей работы было изучить особенности сорбции имидаклоприда сорбентами шунгит и цеолит и их комбинаций в условиях in vitro.
Материалы и методы. Адсорбционную способность сорбентов в отношении имидаклоприда определяли in vitro по методике, описанной Крюковым В. С. и соавт. (1992) с изменениями Егорова В. И. и соавт. (2018), учитывающими специфику индикации имидаклоприда [1, 6]. Схема опыта представлена в таблице 1.
Таблица 1 - Схема эксперимента
Номер модели сорбента Модель in vitro
1 Цеолит + имидаклоприд
2 Шунгит + имидаклоприд
3 Цеолит/шунгит (30/70) + имидаклоприд
4 Цеолит/шунгит (70/30) + имидаклоприд
5 Цеолит/шунгит (50/50) + имидаклоприд
Адсорбцию оценивали по двухфазной методике. На первом этапе связывали имидаклоприд и сорбент. Для этого инкубировали 50 мкг имидаклоприда и сорбенты в соотношении 1:1000 в физиологическом растворе (5 см3) при рН-2 и температуре (37±0,2) °С (имитация условий желудка). На втором этапе имитировали условия кишечника. Для этого образованный комплекс «сорбент + имидаклоприд» помещали в среду при рН=8, 37 °С на 60 минут, где происходило высвобождение (десорбция) имидаклоприда. Об эффективности сорбции судили после вычисления процента истинной сорбции, которую оценивали как разницу между процентом адсорбции и процентом десорбции.
Содержание остаточных количеств имидаклоприда, при изучении сорбционных свойств шунгита и цеолита в опытах in vitro в анализируемых образцах вычисляли как среднее из трех параллельных определений. Идентификация остаточного количества имидаклоприда проводилось по времени удерживания на хроматографе «Waters» (США).
Полученные экспериментальные данные обрабатывали общепринятым методом вариационной статистики с применением критерия достоверности по Стьюденту с использованием специальных программ.
Результаты исследований. Результаты сравнительной адсорбционной способности к имидаклоприду исследуемой группы сорбентов в кислой (рН=2) и слабощелочной среде (рН=8) при температуре желудочно-кишечного тракта 37 °С представлены в таблице 2 и на рисунках 1, 2, 3.
Таблица 2 - Показатели связывания сорбентов с имидаклопридом (п=3)
Номер модели сорбента Модель in vitro Количество имидаклоприда, мкг Общая адсорбция, мкг
до связывания после связывания
при рН-2 при рН-8
1 Цеолит 50 30,7±1,27 27,4±1,12 3,3±2,09*
2 Шунгит 50 27,2±1,26 12,15±1,14 15,05±2,12
3 Цеолит/шунгит (30/70) 50 41,8±1,23 28,8±1,15 13,0±2,06
4 Цеолит/шунгит (70/30) 50 37,3±1,21 32,2±1,13* 5,1±2,11
5 Цеолит/шунгит (50/50) 50 34,4±1,24 23,2±1,11 11,2±2,14
Примечание - * - Р<0,05.
100 90
-.о 80
Si 70
д60 £50 3 40 ?30 20 10 0
Рисунок 1 - Адсорбционная способность сорбентов в отношении имидаклоприда в кислой
среде (рН=2) при температуре 37 °С
1
9
3
а
Из данных таблицы 2 и рисунка 1 следует, что в кислой среде при рН=2 и температуре 37 °С сорбенты проявили свою адсорбирующую способность в отношении имидаклоприда в следующей последовательности: цеолит - 61,4 %, шунгит - 54,4 %, цеолит/шунгит (30/70) - 83,6 %, цеолит/шунгит (70/30) - 74,6 %, цеолит/шунгит (50/50) - 68,8 %.
100 90
1 2 3 4 5
Рисунок 2 - Десорбция сорбентами имидаклоприда в слабощелочной среде (рН=8) при
температуре 37 °С
Из рисунка 2 видно, что после проведения исследований по определению процента десорбции (рН=8), сорбенты цеолит/шунгит (30/70) и цеолит/шунгит (70/30), показавшие наиболее высокую сорбирующую способность при рН=2 образовывали слабые связи с имидаклопридом при рН=8. Так, процент десорбции у них составил 57,7 % и 64,4 % соответственно. Аналогично высокую десорбцию показали сорбенты цеолит и цеолит/шунгит (50/50), которые десорбировали 54,9 % и 46,4 % имидаклоприда. Напротив, у сорбента шунгит процент десорбции был самый низкий и составил 24,3 %. При низкой сорбции (рН=2) он в итоге образовал самый прочный комплекс и показал самый высокий показатель истинной сорбции.
40
1 2 3 4 5
Рисунок 3 - Истинная сорбция сорбентов в отношении имидаклоприда
Подсчет процента истинной сорбции показал (рисунок 3), что наибольшую адсорбционную способность в отношении имидаклоприда сорбенты показали в следующей последовательности: шунгит - 30,1 %, цеолит/шунгит (30/70) - 26,0 %, цеолит/шунгит (50/50) - 22,4 %; цеолит/шунгит (70/30) - 10,2 %, цеолит - 6,6 %.
Заключение. Таким образом, максимальная адсорбция неоникотиноида имидаклоприда составила 41,8 мкг при совместном внесении цеолит/шунгит (30/70). Также высокую адсорбцию показали комбинации сорбентов цеолит/шунгит (70/30) - 37,3 мкг и цеолит+шунгит (50/50) - 34,4 мкг. Внесение сорбентов по отдельности показало немного меньшую адсорбцию. Так, цеолит адсорбировал 30,7 мкг, а шунгит - 27,2 мкг пестицида. После проведения десорбции установлено, что сорбенты, образовавшие сильные сорбционные связи при рН=2 и при рН=8, показали менее прочную связь с неоникотиноидом. Так, совместное внесение цеолит/шунгит (70/30) показало десорбцию - 32,2
мкг имидаклоприда, у остальных вариантов сорбентов от 12,15 мкг до 28,8 мкг соответственно. В ходе нашего эксперимента показано, что сорбенты шунгит и его комбинация с цеолитом (где в процентом соотношении шунгита больше) обладают выраженными сорбционными свойствами в отношении имидаклоприда и являются перспективными для дальнейшего изучения в опытах in vitro с другими неоникотиноидами.
Литература
1. Хроматографические методы определения пестицидов из группы неоникотиноидов / Д. В. Алеев, К. Ф. Халикова, К. Е. Буркин [и др.] // Ученые записки Казанской государственной академии ветеринарной медицины им. Н. Э. Баумана. - 2019. - Т. 237, № 1. - С. 6-10. -DOI 10.31588/2413-4201-1883-237-1-6-10.
2. Баскова, Е. Ю. Применение энтеросорбентов на основе нанотехнологий для борьбы с микотоксикозами животных / Е. Ю. Баскова // Ученые записки Казанской государственной академии ветеринарной медицины им. Н. Э. Баумана. - Казань, 2008. - Т. 192. - С. 234-236.
3. Государственный каталог пестицидов и агрохимикатов, разрешенных к применению на территории Российской Федерации // Минсельхоз России. - URL: https://mcx.gov.ru/ministry/departments/departament-rastenievodstva-mekhanizatsii-khimizatsii-i-zashchity-rasteniy/industry-information/info-gosudarstvennaya-usluga-pogosudarstvennoy-registratsii-pestitsidov-i-agrokhimikatov/ (дата обращения: 26.07.2022).
4. Изучение гистоструктуры печени цыплят-бройлеров при хронической интоксикации имидаклопридом на фоне применения сорбентов / Е. Г. Губеева, К. Ф. Халикова, Д. В. Алеев [и др.] // Ветеринарный врач. - 2019. - № 1. - С. 8-12. - DOI 10.33632/1998-698X.2019-1-8-13.
5. Изучение сорбционных свойств шунгита и цеолита для профилактики отравлений животных имидаклопридом / В. И. Егоров, Д. В. Алеев, К. Ф. Халикова [и др.] // Актуальные проблемы ветеринарной медицины : материалы Международной научно-практической конференции посвященной 90-летию со дня рождения профессора В. А. Киршина, Казань, 05 - 06 апреля 2018 года.
- Казань : Федеральный центр токсикологической, радиационной и биологической безопасности, 2018.
- С. 138-141.
6. Крюков, В. С. Применение клиптилолита для профилактики микотоксикозов / В. С. Крюков, В. В. Крупинин, А. Н. Котик // Ветеринария. - 1992. - № 9-12. - С. 28-29.
7. Обоснование введения в рацион животных комбинации сорбентов неорганической и органической природы при Т-2 токсикозе / Н. Н. Мишина, Э. И. Семенов, К. Х. Папуниди [и др.] // Ветеринарный врач. - 2019. - № 2. - С. 30-37. - DOI 10.33632/1998-698X.2019-2-30-37.
8. Перфилова, К. В. Обоснование компонентного состава комплексного средства «Цеапитокс» в отношении Т-2 токсина в опытах in vitro / К. В. Перфилова, Н. Н. Мишина, Э. И. Семенов // Ученые записки Казанской государственной академии ветеринарной медицины им. Н. Э. Баумана. - 2021. - Т. 247, № 3. - С. 208-212. - DOI 10.31588/2413-4201-1883-247-3-208-212.
9. Применение высокоэффективной жидкостной хроматографии - время пролетной масс-спектрометрии для определения неоникотиноидных летальных интоксикантов пчел / Э. Р. Рахметова, И. М. Фицев, А. З. Мухарлямова [и др.] // Бутлеровские сообщения. - 2020. - Т. 63, № 9. - С. 59-67. -DOI 10.37952/ROI-jbc-01/20-63-9-59.
10. Сорбент для профилактики микотоксикозов животных / А. И. Самсонов, Э. И. Семенов, О. К. Ермолаева [и др.] // Токсикозы животных и актуальные проблемы болезней молодняка: Международная научная конференция, Казань, 25 - 27 октября 2006 года. - Казань : Федеральный центр токсикологической, радиационной и биологической безопасности, 2006. - С. 172-174.
11. Усовершенствование методики определения уровня имидаклоприда в кормах методом высокоэффективной жидкостной хроматографии / Д. Д. Хайруллин, Г. Р. Ямалова, К. Ф. Халикова [и др.] // Ученые записки Казанской государственной академии ветеринарной медицины им. Н. Э. Баумана. - 2017. - Т. 231, № 3. - С. 154-156.
12. Якупова, Л. Ф. Изучение эффективности цеолита и свч-обработки зерна, пораженного микотоксинами, на белых крысах / Л. Ф. Якупова, Э. К. Папуниди, С. Ю. Смоленцев // Вестник Марийского государственного университета. Серия: Сельскохозяйственные науки. Экономические науки. - 2022. - Т. 8, № 2(30). - С. 166-172. - DOI 10.30914/2411-9687-2022-8-2-166-172.
13. Matrosova, L. E. Enterosorbent efficiency mineral attenuation during pig mycotoxicosis / L. E. Matrosova, N. N. Mishina, S. A. Tanaseva [et al.]. // International Journal of Mechanical and Production Engineering Research and Development (IJMPERD). - 2020. - Vol. 10. - Р. 1851-1856.
14. Zeolite, hepatoprotector and probiotic for aflatoxicosis in pigs international / L. Matrosova, S. Tanaseva, E. Tarasova, N. Mishina [et al.] // International Journal of Mechanical and Production Engineering Research and Development (IJMPERD). - 2020. - Vol. 10. - P. 7053-7060.
References
1. Chromatographic methods for determining pesticides from the group of neonicotinoids / D. V. Aleev, K. F. Khalikova, K. E. Burkin [et al.] // Scientific notes of the Kazan State Academy of Veterinary Medicine named after N. E. Bauman. - 2019. - Vol. 237, No 1. - P. 6-10. - DOI 10.31588/2413-4201-1883237-1-6-10.
2. Baskova, E. Y. The use of enterosorbents based on nanotechnology to combat mycotoxicosis of animals / E. Y. Baskova // Scientific notes of the Kazan State Academy of Veterinary Medicine named after N.E. Bauman. - Kazan, 2008. - Vol. 192. - P. 234-236.
3. State catalog of pesticides and agrochemicals approved for use on the territory of the Russian Federation // Ministry of Agriculture of Russia. - URL: https://mcx.gov.ru/ministry/departments/departament-rastenievodstva-mekhanizatsii-khimizatsii-i-zashchity-rasteniy/industry-information/info-gosudarstvennaya-usluga-pogosudarstvennoy-registratsii-pestitsidov-i-agrokhimikatov / (accessed: 26.07.2022).
4. Study of the histostructure of the liver of broiler chickens with chronic imidacloprid intoxication against the background of the use of sorbents / E. G. Gubeeva, K. F. Khalikova, D. V. Aleev [et al.] // Veterinary doctor. - 2019. - No 1. - P. 8-12. - DOI 10.33632/1998-698X.2019-1-8-13.
5. Study of sorption properties of shungite and zeolite for the prevention of poisoning of animals with imidacloprid / V. I. Egorov, D. V. Aleev, K. F. Khalikova [et al.] // Actual problems of veterinary medicine : Materials of the international scientific and practical conference dedicated to the 90th anniversary of the birth of Professor V.A. Kirshin, Kazan, 05 - 06 April 2018. - Kazan : Federal Center for Toxicological, Radiation and Biological Safety, 2018. - P. 138-141.
6. Kryukov, V. S. The use of cliptilolite for the prevention of mycotoxicosis / V. S. Kryukov, V. V. Krupinin, A. N. Kotik // Veterinary medicine. - 1992. - No 9-12. - P. 28-29.
7. Justification for the introduction of a combination of inorganic and organic sorbents into the diet of animals with T-2 toxicosis / N. N. Mishina, E. I. Semenov, K. H. Papunidi [et al.] // The Veterinarian. - 2019. - No 2. - P. 30-37. - DOI 10.33632/1998-698X.2019-2-30-37.
8. Perfilova, K. V. Substantiation of the component composition of the complex agent «Zeapitox» in relation to T-2 toxin in experiments in vitro / K. V. Perfilova, N. N. Mishina, E. I. Semenov // Scientific notes of the Kazan State Academy of Veterinary Medicine named after N.E. Bauman. - 2021. - Vol. 247. - No 3. -P. 208-212. - DOI 10.31588/2413-4201-1883-247-3-208-212.
9. The use of high-performance liquid chromatography - time of flight mass spectrometry for the determination of neonicotinoid lethal intoxicants of bees / E. R. Rakhmetova, I. M. Fitsev, A. Z. Mukharlyamova [et al.] // Butlerov messages. - 2020. - Vol. 63, No 9. - P. 59-67. - DOI 10.37952/ROI-jbc-01/20-63-9-59.
10. Sorbent for the prevention of mycotoxicosis of animals / A. I. Samsonov, E. I. Semenov, O. K. Ermolaeva [et al.] // Toxicosis of animals and actual problems of diseases of young animals: International scientific conference, Kazan, October 25-27, 2006. - Kazan : Federal Center for Toxicological, Radiation and Biological Safety, 2006. - P. 172-174.
11. Improvement of the methodology for determining the level of imidacloprid in feed by the method of high-performance liquid chromatography / D. D. Khairullin, G. R. Yamalova, K. F. Khalikova [et al.] // Scientific notes of the Kazan State Academy of Veterinary Medicine named after N. E. Bauman. - 2017. -Vol. 231, No 3. - P. 154-156.
12. Yakupova, L. F. The study of the effectiveness of zeolite and microwave processing of grain affected by mycotoxins on white rats / L. F. Yakupova, E. K. Papunidi, S. Y. Smolentsev // Bulletin of the Mari State University. Series: Agricultural Sciences. Economic sciences. - 2022. - Vol. 8, No 2(30). - P. 166172. - DOI 10.30914/2411-9687-2022-8-2-166-172.
13. Matrosova, L. E. Efficiency of enterosorbent for mineralization attenuation in pig mycotoxicosis / L. E. Matrosova, N. N. Mishina, S. A. Tanaseva [et al.] // International Journal of Research and Development in the field of mechanical engineering and production Technology (IJMPERD). - 2020. - Vol. 10. - P. 18511856.
14. Zeolite, hepatoprotector and probiotic in swine aflatoxicosis international / L. Matrosova, S. Tanaseva, E. Tarasova, N. Mishina [et al.] // International Journal of Research and Development in the field of Mechanical Engineering and production Technology (IJMPERD). -2020. - Vol. 10. - P. 7053-7060.
© MumuHa H. H., AneeB fl. B., ^MaroBa r. P., XanHKOBa K. O., TanayTgHHOBa r. r. 2023
