CC BY
13УДК 595.324.2.08+[574.64:595.324.2] 08
Г.А.Папченкова
ИССЛЕДОВАНИЕ ХРОНИЧЕСКОЙ ТОКСИЧНОСТИ ГЕРБИЦИДА РАУНДАП
В РЯДУ ПОКОЛЕНИЙ DAPHNIA MAGNA
Институт биологии внутренних вод им. И.Д.Папанина РАН, Борок, Ярославская обл.
Исследовано влияние витальных концентраций 0,02, 0,2 и 2,0 мг/л (в пересчете на глифосат) раундапа в ряду поколений Daphnia magna Straus. Определены эффекты по показателям плодовитости, качества потомства, линейным размерам дафний. Отмечено влияние токсиканта как на родительские особи, так и на последующие поколения. В ряду 7-ми поколений не удалось выявить адаптацию Daphnia magna к раундапу в растворах с концентрацией 0,2 и 2,0 мг/л.
Ключевые слова: глифосат, токсичность, адаптация, Daphnia magna.
Введение. Уже второе десятилетие в России в качестве эффективного средства борьбы с сорняками на полях и приусадебных участках, для улучшения качества лугов и осветления лесов активно используется средство «Раундап» и его аналоги по активному веществу, которые представляют собой водный раствор глифосата [N-(phosphonomethyl) glycine] — гербицида широкого спектра действия. Литературы, особенно зарубежной, по исследованию свойств глифосата достаточно много. Она в основном касается вопросов острого и хронического влияния на организмы и безопасного применения гербицида [9 и мн. др.]. Вопросы адаптации к глифосату рассматриваются, главным образом, применительно к растениям и почвенным микроорганизмам [8, 10]. Однако очень важен вопрос приспособления животных к токсическому веществу и увеличения их резистентности к какому-либо токсиканту [4, 7]. Известны работы по повышению резистентности гидробионтов, в частности, разных ракообразных, к солености [6], сточным водам [5], повышенному содержанию ионов калия [1] и др.
Целью настоящего исследования стало изучение влияние раундапа в концентрациях 0,02, 0,2 и 2,0 мг/л (в пересчете на глифосат) на несколько поколений Daphnia magna Straus. Изучали изменения размеров рачков и их репродуктивных показателей в ряду поколений.
Материал и методы исследования. Хроническую токсичность витальных концентраций растворов раундапа определяли методом тестирования согласно методике Государственного комитета РФ по охране окружающей среды [3]. Эксперимент проводили на культуре Daphnia magna, размножающейся в условиях лаборатории партеногенезом. Культуру непрерывно поддерживали в лаборатории в 1,5-литровых аквариумах с дехлорированной водопроводной водой при 22—
23°C. Тестирование проводили в 15-суточном тесте. Генетически однородных рачков, возраст которых был менее 24 часов, рассаживали в стаканы объемом 250 мл с 125 мл среды по 1 особи в каждый, в 12 повторностях для каждой концентрации токсиканта и контроля. В качестве контроля использовали отстоянную водопроводную воду, насыщенную кислородом. На этой же воде готовили растворы раундапа (в пересчете на глифосат) в концентрации 0,02, 0,2 и 2,0 мг/л. Среду обновляли в 1, 5 и 10-й дни. Рачков ежедневно кормили суспензией клеток водоросли Chlorella vulgaris Beyer, культура которой поддерживается в лаборатории. Один раз в сутки контролировали наличие или отсутствие помета, пересчитывая народившуюся молодь, выборочно измеряли ее длину. Измерения проводили под бино-куляром при увеличении х8. Длину тела измеряли от вершины головы до основания хвостовой иглы. На 15-й день эксперимента измеряли длину взрослых самок, молодь из каждой линии использовали для запуска эксперимента по определению хронической токсичности препарата в следующих поколениях. Всего проанализировано 7 поколений, в том числе родительское (0), отличающееся от последующих поколений тем, что особи его не подвергались воздействию токсиканта на стадиях оогенеза и эмбриогенеза. После завершения эксперимента подсчитывали в каждом поколении суммарную плодовитость на 1 самку за 15 суток эксперимента, число пометов на 1 самку за 15 суток и количество новорожденных в одном вымете.
Результаты и обсуждение. Некоторые репродуктивные показатели Daphnia magna и средние размеры рачков представлены в таблице. Гибели дафний во время эксперимента не наблюдалось. Влияние токсиканта на D. magna проявилось уже в родительском поколении, при этом плодовитость в растворах с концентрациями 0,02 и 0,2
Таблица
Размеры и плодовитость рачков Daphnia magna в ряду поколений при экспозиции в растворе гербицида Раундап
Концентрация глифосата, мг/л Поколение
0 I II III IV V VI
Суммарное количество новорожденных на 1 самку
2,0 44,42±5,92 133,25±6,10 72,25+3,68 83,33+3,34 94,75±7,12 89,58±4,71 71,58±3,61
0,2 80,00+6,65 155,42±8,02 60,83+3,65 99,25+5,47 75,42+5,56 93,17±5,25 96,75+8,53
0,02 73,58+4,43 104,75+5,29 64,08+4,13 81,67+4,63 74,17+5,07 63,50+4,66 96,92+4,43
Контроль 77,33+4,36 94,50+7,18 74,50+5,50 94,33+5,04 74,92+3,47 68,50+5,49 106,33+4,88
Число пометов
2,0 2,58+0,15 3,92+0,08 3,17+0,11 3,58+0,15 4,00±0,13 3,92±0,08 3,75+0,13
0,2 3,25+0,13 3,75+0,13 3,00+0,00 3,67+0,14 3,08+0,19 3,50±0,15 4,33+0,22
0,02 2,92+0,08 3,92+0,08 2,92+0,08 3,08+0,15 3,50+0,19 3,00+0,00 3,92+0,08
Контроль 2,92+0,08 3,67+019 2,92+0,08 3,50+0,15 3,08+0,08 3,00+0,12 3,92+0,08
Количество новорожденных в одном помете
2,0 16,85±1,84 34,05±1,40 22,90+1,06 23,56±1,14 23,44+1,26 22,82+1,01 19,29±1,12
0,2 24,58+1,73 41,51±1,62 20,28+1,22 27,12+1,19 24,46+0,95 27,03+1,78 21,95±1,35
0,02 25,29+1,38 26,67+2,00 21,86+1,14 26,74+1,37 21,40+1,23 21,17+1,55 24,64+0,83
Контроль 26,57+1,33 25,76+1,57 25,49+1,64 26,97+1,05 24,28+0,90 22,88+1,73 27,15+1,09
Длина новорожденных рачков, мм
2,0 0,74±0,02 0,70±0,01 0,78±0,01 0,79±0,01 0,82+0,01 0,89±0,02 0,78±0,01
0,2 0,84+0,01 0,78±0,02 0,80+0,01 0,83±0,01 0,80±0,01 0,93+0,02 0,86+0,01
0,02 0,85+0,01 0,80+0,02 0,85+0,01 0,83±0,01 0,83+0,01 0,88±0,02 0,85+0,01
Контроль 0,85+0,01 0,83+0,01 0,83+0,01 0,86+0,01 0,84+0,01 0,93+0,03 0,88+0,01
Длина взрослых особей в последний день эксперимента, мм
2,0 3,58±0,04 3,67±0,07 3,48+0,04 3,78±0,07 3,49±0,10 3,78+0,05 3,81+0,05
0,2 3,76+0,03 4,10+0,04 3,58+0,04 3,90+0,05 3,80+0,04 3,59±0,05 3,72±0,05
0,02 3,71+0,03 4,10+0,03 3,53+0,4 3,88+0,03 3,68+0,04 3,79+0,03 3,85+0,05
Контроль 3,79+0,04 4,16+0,04 3,57+0,05 3,98+0,04 3,82+0,03 3,70+0,04 3,91+0,05
Примечание. Жирным шрифтом выделены показатели, достоверно отличающиеся при р< 0,05 от контроля
мг/л не отличалась от контроля, при концентрации же 2,0 мг/л она была достоверно ниже контрольной. В первом поколении, наоборот, плодовитость опытных самок (0,2 и 2,0 мг/л) была достоверно выше контрольных, при концентрации токсиканта 0,02 мг/л она не отличалась от контрольной. То есть отклик на токсикант родительского и первого поколений рачков был диаметрально противоположным. Очевидно, это связано с разными условиями развития особей. Рачки родительского поколения были помещены в раствор раундапа новорожденными от неэкспонированных в токсиканте матерей, в то время как особи 1-го поколения рачков прошли все стадии развития, включая оогенез и эмбриогенез, в токсиканте. Во II и III поколениях плодовитость экспериментальных и контрольных самок сравнялась. В !У-У поколениях плодови-
тость контрольных самок достоверно уступала плодовитости самок, экспонируемых в растворе с концентрацией 2,0 мг/л, также как и в У-ом поколении при концентрации 0,2 мг/л, и не отличалась от контроля в других вариантах опыта. В "У[-ом поколении плодовитость контрольных самок достоверно превышала плодовитость экспериментальных только в растворе токсиканта с концентрацией 2,0 мг/л.
Необходимо отметить значительное увеличение количества новорожденных у УТ-го поколения в контроле и при концентрации 0,02 мг/л по сравнению с другими поколениями. Можно предположить, что причиной этого могло быть влияние сезонных особенностей жизнедеятельности культуры — эксперимент с УЬом поколением пришелся на май, когда начинается активное размножение рачков в природе.
Следует также отметить, что, несмотря на стимулирующее воздействие раундапа, о чем можно судить по увеличению суммарной плодовитости D. magna в I-ом поколении при концентрациях 0,2 и 2,0 мг/л, визуально новорожденные контрольной группы и группы, экспонируемой в среде с концентрацией 0,02 мг/л, отличались от особей из групп 0,2 и 2,0 мг/л интенсивностью окраски. Бледная окраска особей последних групп, по сравнению с интенсивной окраской в контроле, сохранилась до конца эксперимента. Наиболее выражено это было в группах с максимальной концентрацией гербицида (2,0 мг/л), т. е. в этой группе, несмотря на неплохие репродуктивные показатели, в большей степени ощущалось угнетающее действие токсиканта.
В каждом поколении за время 15-суточного теста было получено 2—4 (чаще — 3) выводка новорожденных. Среднее число новорожденных в одном выводке варьировало от 16,8 до 41,5 особей. Во всех поколениях, кроме I-го, число новорожденных на один помет в контроле был больше, чем в опыте и наоборот число пометов в опытных линиях, как правило, было выше, чем в контроле. Можно предположить, что учащенные выметы, т. е. ускоренное увеличение численности является защитой культуры от вымирания под влиянием токсиканта. Вследствие такого ускоренного размножения на свет появляются ослабленные особи. Хотя и считается, что на начальном этапе адаптации к интенсивным внешним воздействиям реализуется срочный, но несовершенный набор защитно-компенсаторных реакций, которые позволяют поддерживать адекватную жизнедеятельность за счет усиленного использования функциональных резервов [2], в данном случае вряд ли можно назвать наблюдаемый нами процесс адаптацией, даже на его начальном этапе.
Промеры длин, как новорожденных, так и взрослых особей, показали, что средние размеры
Рис. День первого вымета потомства рачков в опытных и контрольном вариантах по поколениям
рачков в контрольной группе всегда больше, чем в экспериментальных группах, причем сравнение контрольного варианта с группами с высокой концентрацией токсиканта, обычно дает достоверные различия.
На рисунке представлены средние величины числа дней до первого вымета потомства рачков в опытных и контрольном вариантах по поколениям. Зависимость дня появления первого выводка от концентрации токсиканта не прослеживается. Варьирование точек кривой, как опытных вариантов, так и контроля, происходит синхронно, подчиняясь, вероятно, каким-то эндогенным причинам (стимулам).
Таким образом, репродуктивные показатели и размеры рачков экспериментальной линии с концентрацией 0,02 мг/л практически не отличаются от контроля. В линиях же, где концентрация 0,2 и 2,0 мг/л, во многих поколениях показатели продуктивности и размеры достоверно отличаются от контроля. Тем не менее, за 7 поколений рачков и 3,5 месяца проведения опыта в экспериментальных рядах поколений не произошло восстановление интенсивности окраски, плодовитости и размеров рачков до показателей контрольной линии. По-видимому, в проведенном эксперименте нам не удалось получить линию Daphnia magna, устойчивую к гербициду раундап.
Выводы. 1. Концентрация раундапа 0,02 мг/л (по глифосату) не оказала влияния на размер и плодовитость рачков.
2. При концентрации раундапа 0,2 и 2,0 мг/л (по глифосату) показатели продуктивности и размеры рачков достоверно отличаются от контроля.
3. Выявить адаптацию Daphnia magna к раун-дапу (активное вещество глифосат) в растворах с концентрацией 0,2 и 2,0 мг/л в ряду 7-ми поколений не удалось.
Список литературы
1. Калинкина Н.М., Пименова И.В. Увеличение резистентности Simocephalus serrulatus Koch при акклимации к повышенным концентрациям ионов калия // Биология внутренних вод, 2002. — № 3. — С. 93-96.
2. Кривощеков С.Г., Леутин В.П., Диверт В.Э. и др. Системные механизмы адаптации и компенсации // Бюллетень Сибирского отделения Российской академии медицинских наук. ГУ СО РАМН, 2004. - № 2. - С128-153.
3. Токсикологические методы контроля // Методика определения токсичности воды по смертности и изменению плодовитости дафний. Государственный комитет РФ по охране окружающей среды. М, 1999. - 35 с.
4. Флеров Б.А. К вопросу о приспособлении гидро-бионтов к токсическому фактору // Гидробиологи-
ческий журнал, 1971. - Т. VII. - № 6. - С. 61-67.
5. Флеров Б.А., Гремячих В.А., Изюмов Ю.Г. Плодовитость и размеры Ceriodaphnia Lill.в ряду поколений при действии бытовых сточных вод // Известия АН. Серия биологическая, 2003. -№ 3. - С. 375-377.
6. Хлебович В.В., Бергер В.Я. Некоторые аспекты фенотипической адаптации // Журнал общей биологии, 1975. - Т. XXXVI. - № 1. - С. 11-25.
7. Хлебович В.В., Комендантов А.Ю., Орлова М.И. и др. Акклиматизация как фундаментальное свойство животных организмов // Информационный бюллетень РФФИ, 1996. - Т. 4. - № 4. - С. 147.
8. Ayres Ed. Roundup-resistant weeds embarrass Monsanto // World Watch, 2003. - V. 16. - № 4. -P. 8.
9. Cox C. Glyphosate // Journal of Pesticide Reform. Winter, 2004. - V. 24. - № 4. - P. 11-15.
10. Merivani Y.N. Effect of tillage, glyphosate, and sethoxydim on quackgrass (Agropyron repens) in a corn (Zea mays) and soybean (Glycine max) rotation (bud bank, rhizome profile, adaptation components, growth increments) // Dissertation Abstracts International, 1986. - V. 46. - № 10. - P. 3273.
Материал поступил в редакцию 20.11.06.
G.A.Papchenkova
STUDIES ON THE CHRONIC TOXICITY OF HERBICIDE ROUNDUP IN A LINE OF DAPHNIA MAGNA GENERATIONS
I.D.Papanin Institute of Inland Waters Biology, Russian Academy of Sciences, Borok, Yaroslav Region
The influence of Roundup vital concentrations of 0.02; 0.2; 2.0 mg/l (taken as glyphosate) was studied.in a number of Daphia magna Straus generations. Effects were determined as to indicators of fertility, quality of posterity, linear dimensions of daphnia. The influence of toxicants both on parents and the following generations were noted. Along 7 generations the adaptation of Daphnia to Roundup could not be found out in solutions at a concentration of 0.2 and 2.0 mg/l.
УДК 577.49:595.713+632.954
ЕА-Саратовских1*, А.И.Бокова2
ВЛИЯНИЕ ГЕРБИЦИДОВ НА ПОПУЛЯЦИЮ ПОЧВООБИТАЮЩИХ КОЛЛЕМБОЛ
Институт проблем химической физики РАН, Черноголовка 2Московский педагогический государственный университет
Показано, что гербициды кузагард, раундап, медный и марганцевый комплексы гербицида лонтрел изменяют жизненные циклы почвообитающих коллембол видов Xenylla grisea (Hypogastruridae) и Folsomia candida (Isotomidae): снижают численность взрослых особей, количество яиц в кладках, кратность увеличения численности популяции. По степени воздействия гербициды и их комплексы с металлами выстроены в ряд: Си(лонтрел)2 > лонтрел > кузагард > раундап > базагран > Мп(лонтрел)2. Данная зависимость коррелирует с величинами констант комплексоо-бразования этих соединений с АТФ и ДНК. Причиной токсического действия гербицидов и их комплексов с металлами является нарушение энергетического метаболизма клетки, а образование комплексов гербицидов с ДНК и РНК вызывает нарушения функций размножения микроартропод.
Ключевые слова: пестициды, комплексы металлов, микроартроподы, комплексообразование, токсичность, жизненные циклы, корреляция.
Введение. Пестициды и металлы считаются в настоящее время преобладающими антропогенными загрязнителями окружающей среды [6, 16, 19]. В связи с этим, изучение действия пестици-
* Фрагмент диссертационной работы
дов на почвообитающих животных, в том числе микроартропод, имеет большое научное и практическое значение [7, 10, 17, 22]. Микроартроподы, и в частности, коллемболы являются удобной модельной группой для биоиндикационных исследований [20, 21, 24]. Их отличает огромная
