Научная статья на тему 'О ВЛИЯНИИ ПАВ НА БАЙКАЛЬСКУЮ ОЛИГОХЕТУ MESENCHYTRAEUS BUNGEI MICHAELSEN, 1901'

О ВЛИЯНИИ ПАВ НА БАЙКАЛЬСКУЮ ОЛИГОХЕТУ MESENCHYTRAEUS BUNGEI MICHAELSEN, 1901 Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

CC BY
95
32
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА / ЛАУРИЛСУЛЬФАТ НАТРИЯ / ЦЕТРИЛМЕТИЛАММОНИЯ БРОМИД / ТВИН-80 / ОЛИГОХЕТЫ / БАЙКАЛ

Аннотация научной статьи по биологическим наукам, автор научной работы — Жданова Галина Олеговна, Зюзина Ксения Даниловна, Сергиенко Светлана Эдуардовна, Саксонов Михаил Наумович, Балаян Алла Эдуардовна

В условиях эксперимента исследовано воздействие на выживаемость эндемичных байкальских олигохет Mesenchytraeus bungei Michaelsen, 1901 трёх широко используемых поверхностно-активных соединений разных типов: анионного - лаурил-сульфата натрия, катионного - бромид цетилтриметиламмония и неионогенного - твин-80. Проанализировано воздействие широкого диапазона концентраций ПАВ на тест-объект, построен ряд токсичности испытуемых ПАВ.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по биологическим наукам , автор научной работы — Жданова Галина Олеговна, Зюзина Ксения Даниловна, Сергиенко Светлана Эдуардовна, Саксонов Михаил Наумович, Балаян Алла Эдуардовна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

ON THE EFFECT OF SURFACTANTS ON THE BAIKAL OLIGOCHAETE MESENCHYTRAEUS BUNGEI MICHAELSEN, 1901

Pollution of natural objects with surfactants is relevant, including for the lake Baikal. Here, until the near future, there was a constant increase in the tourist flow and, as a result, the ingress of these pollutants into the reservoir. First of all, the inhabitants of the littoral zone come into contact with the incoming pollutants. In this regard, the work evaluated the effect of surfactants on the survival rate of the Baikal endemic oligochaetes Mesenchytraeus bungei Michaelsen, 1901. These enchitreids are a common species. They are widespread throughout the lake from the water's edge to the deepest depths. Therefore, M. bungei is recommended as an indicator object for ecological monitoring of the lake Baikal. The tested compounds are representatives of different types of surfactants: anionic - sodium lauryl sulfate, cationic - cetyltrimethylammonium bromide and nonionic - tween-80. Baikal oligochaetesM. bungei Michaelsen, 1901 were collected in July - August 2020 in the splash zone of Lake Baikal in settlement Bolshiye Koty (South Baikal). Enchitreid about 1.8-2.0 cm long was used in the experiments. After adaptation to laboratory conditions (2 days with water aeration using a microcompressor), further incubation was carried out in glass or plastic cages with non-sterile Baikal water at a temperature of 8-10 °C and an illumination of 250-300 lux. River sand was placed at the bottom, the layer thickness of which was 0.8-1.5 cm. Baikal oligochaetes M. bungei Michaelsen, 1901 turned out to be sensitive to the anionic surfactant sodium lauryl sulfate and cationic cetyltrimethylammonium bromide at a content of 0.005-0.006 mM. So, with the addition of 0.006 mM sodium lauryl sulfate for 3 days of the experiment, the proportion of dead individuals of the test object was 40%, at 0.0125 mM - 60%, at 0.025 mM - 90%, and at0.05 mM complete death of all enchitreid individuals was observed. Adding CTAB at a concentration of 0.005 mM increased the proportion of dead oligochaetes to 40%. TAB twice - up to 0.01 mM - led to the death of all worms. The nonionic surfactant tween-80 did not have a negative effect on the Baikal oligochaetes in the concentration range from 1 to 60 mM. The tested surfactants to reduce the degree of their effect on the survival of oligochaetes can be arranged in the following row: cetyltrimethylammonium bromide (LC100 = 0.01 mM)> sodium lauryl sulfate (LC100 = 0.05 mM)> tween-80 (harmless up to 60 mM inclusive).

Текст научной работы на тему «О ВЛИЯНИИ ПАВ НА БАЙКАЛЬСКУЮ ОЛИГОХЕТУ MESENCHYTRAEUS BUNGEI MICHAELSEN, 1901»

Серия «Биология. Экология»

2021. Т. 35. С. 86-96 Онлайн-доступ к журналу: http://izvestiabio.isu.ru/ru

И З В Е С Т И Я Иркутского государственного университета

УДК 574.64+574.24+57.044+595.142.35 https://doi.org/10.26516/2073-3372.2021.35.86

0 влиянии ПАВ на байкальскую олигохету Mesenchytraeus bungei Michaelsen, 1901

Г. О. Жданова1, К. Д. Зюзина1, С. Э. Сергиенко1'2, М. Н. Саксонов1, А. Э. Балаян1, В. Ж. Цыренов4, Д. И. Стом1,2,3

1 Иркутский государственный университет, г. Иркутск, Россия

2 Иркутский национальный исследовательский технический университет, г. Иркутск, Россия

3Байкальский музей ИНЦ СО РАН, пос. Листвянка, Россия

4Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления, г. Улан-

Удэ, Россия

E-mail: stomd@mail.ru

Аннотация. В условиях эксперимента исследовано воздействие на выживаемость эндемичных байкальских олигохет Mesenchytraeus bungei Michaelsen, 1901 трёх широко используемых поверхностно-активных соединений разных типов: анионного - лаурил-сульфата натрия, катионного - бромид цетилтриметиламмония и неионогенного - твин-80. Проанализировано воздействие широкого диапазона концентраций ПАВ на тест-объект, построен ряд токсичности испытуемых ПАВ.

Ключевые слова: поверхностно-активные вещества, лаурилсульфат натрия, цетрилме-тиламмония бромид, твин-80, олигохеты, Байкал, Mesenchytraeus bungei.

Для цитирования: О влиянии ПАВ на байкальскую олигохету Mesenchytraeus bungei Michaelsen, 1901 / Г. О. Жданова, К. Д. Зюзина, С. Э. Сергиенко, М. Н. Саксонов, А. Э. Балаян, В. Ж. Цыренов, Д. И. Стом // Известия Иркутского государственного университета. Серия Биология. Экология. 2021. Т. 35. С. 86-96. https://dol.org/10.26516/2073-3372.2021.35.86

Введение

Поверхностно-активные вещества (ПАВ) относятся к числу наиболее распространённых загрязнителей. Их используют для изготовления различных моющих средств, повышения нефтеотдачи [Surfactants for enhanced oil recovery ..., 2020; The study on the properties..., 2020], плёнкообразования, стабилизации эмульсии, получения стабильных пен, солюбилизации, гид-рофобизации поверхностей, ингибирования коррозии [Corrosion inhibition ..., 2001; Migahed, Al-Sabagh, 2009], пеногашения [Cationic-anionic fluorinated..., 2018], гашения волн, замедления испарения, флотации, смачивания, антистатического действия, деэмульгирования и диспергирования [Polymeric surfactants ..., 2018; Kumar, Tyagi, 2014].

Начиная с определенных концентраций ПАВ способны оказывать негативное действие на организмы, приводя к различным нарушениям как у животных, так и у растений [Prediction of acute inhalation toxicity ..., 2018]. Они

деформируют клетки, приводят к сбоям в осморегуляции. Некоторые ПАВ могут вызывать канцерогенез [Sharma, Chadha, 2018] либо оказывать острое токсическое воздействие даже в крайне малых (0,0005-0,003 мг/л) концентрациях [Васильев, Гусарова, 2013; Борис, 2015; Comparative assessment ... , 2016]. Из-за амфифильного строения молекулы ПАВ адгезируются прежде всего на клеточных поверхностях, мембранах, что приводит к деполяризации мембран и, как следствие, к острым и хроническим отклонениям [Ecotoxicological Characterization ... , 2018; Quaternary ammonium surfactant ... , 2016].

Как правило, ПАВ подразделяют на четыре основных класса в зависимости от химической природы: анионные, АПАВ (гидрофильная группа несёт отрицательный заряд); катионные, КПАВ (гидрофильная группа несёт положительный заряд); цвиттер-ионные, ЦПАВ (гидрофильная группа имеет группировки, позволяющие молекуле иметь как положительный, так и отрицательный заряд) и неионогенные, НПАВ (гидрофильная группа не несёт заряда) [Tiwari, Mall, Solanki, 2018].

Загрязнение ПАВ актуально в том числе и для оз. Байкал. Здесь до ближайшего времени наблюдался постоянный рост туристической отрасли, в числе прочих воздействий повлёкший за собой увеличение сброса этих загрязнителей в водоём. В первую очередь в контакт с поллютантами вступают организмы из сообществ прибрежья, в которых заметное место занимают олигохеты [Семерной, 2004; Особенности экологии ... , 2012]. Энхит-реида Mesenchytraeus bungei массово распространена повсюду от уреза воды до самых больших глубин, что обусловливает возможность рассматривать этот вид олигохет как перспективный индикаторный объект для экологического мониторинга оз. Байкал.

Целью настоящей работы явилось исследование воздействия ПАВ разных классов - анионного (лаурилсульфат натрия), катионного (бромид це-тилтриметиламмония), неионогенного (твин-80) на выживаемость байкальской эндемичной олигохеты Mesenchytraeus bungei.

Материалы и методы

Объекты исследования байкальские олигохеты M. bungei собраны в июле - августе 2020 г. в заплесковой зоне оз. Байкал в районе пос. Бол. Коты (Южный Байкал, 51°54'25" с. ш., 105°04'14" в. д.). Сбор червей осуществляли у уреза воды вручную, раскапывая грунт при помощи пластикового шпателя.

После адаптирования к лабораторным условиям (2 суток при аэрации воды с помощью микрокомпрессора) дальнейшее инкубирование осуществляли в стеклянных или пластиковых садках с нестерильной байкальской водой при температуре 8-10 °С и освещённости 250-300 люкс. На дно помещали речной песок, толщина слоя которого составляла 0,8-1,5 см.

В работе анализировали воздействие на выживаемость олигохет таких ПАВ, как:

1. Натрия лаурилсульфат (натрия лаурилсульфат ЛСН, Ci2H25SO4Na) -натриевая соль лаурилсерной кислоты. Представитель анионоактивных ПАВ. Используется в качестве сильного детергента в промышленности, фармакологии, косметологии. Анализировали воздействие ЛСН в концентрациях 0,001; 0,003; 0,006; 0,0125; 0,025; 0,05 и 0,1 мМ.

2. Цетилтриметиламмония бромид (CTAB, C19H42BrN) - катионоактив-ное ПАВ, представляет собой четвертичное аммониевое поверхностно-активное вещество. Это один из компонентов местного антисептика цетри-мида: катион цетримония (гексадецилтриметиламмония) является эффективным антисептическим средством против бактерий и грибков. Он широко используется в синтезе наночастиц золота (например, сфер, стержней, бипи-рамид), наночастиц мезопористого кремнезёма (например, MCM-41) и продуктов для кондиционирования волос. ПАВ применяется для функционали-зации поверхности различных материалов, в том числе цеолитов [Adsorption of cetyltrimethylammonium bromide ..., 2019]. В эксперименте использовали концентрации 0,0001; 0,001; 0,0025; 0,005; 0,01 и 0,1 мМ.

3. Твин-80 (Tween-80, полисорбат-80, C64H26Oi24) - полиоксиэтилен, производный от сорбитана и олеиновой кислоты. Это неионогенное ПАВ является эмульгатором и солюбилизатором жиров. Используется в косметической, пищевой промышленности, применяется в процессах ремедиации нефтезагрязненных почв и пр. Оценивали воздействие ПАВ в концентрациях 1; 10; 20; 30; 40; 50 и 60 мМ.

Для изучения действия ПАВ на выживаемость байкальских олигохет в чашку Петри наливали 20 мл приготовленного на байкальской воде раствора ПАВ заданной концентрации. В каждую чашку помещали по 10 особей оли-гохет длиной 18-20 мм. Экспонирование экспериментальных чашек осуществляли при тех же условиях, в которых происходила адаптация олигохет перед опытами.

Исследование проводили в пяти независимых экспериментах по три повторности в каждом опыте. Выводы сделаны при вероятности безошибочного прогноза Р > 0,95. Статистическую обработку данных проводили с помощью Excel из пакета программ MS Office 2016.

Результаты и обсуждение

Лаурилсульфат натрия в концентрациях 0,001 и 0,003 мМ не оказывал негативного действия на жизнеспособность байкальских олигохет. При добавлении 0,006 мМ этого ПАВ за 3 сут. эксперимента доля погибших животных составляла 40 %, при 0,0125 мМ - 60 %, при 0,025 мМ - 90 %. Гибель все особей энхитреид наблюдали в пробах, содержащих 0,05 мМ ЛСН (рис. 1).

Цетилтриметиламмония бромид начинал снижать выживаемость M. bungei в концентрации 0,005 мМ. В этом случае смертность олигохет составляла 40 %. Повышение концентрации CTAB вдвое - до 0,01 мМ - приводило к гибели всех червей (рис. 2).

Рис. 1. Влияние лаурилсульфата натрия в разных концентрациях на выживаемость байкальских олигохет Мезепекуйтает Ьыще1

Рис. 2. Влияние цетилтриметиламмония бромида в разных концентрациях на выживаемость байкальских олигохет Мезепекуйтает Ьыще1

Твин-80 не оказывал токсического эффекта на байкальских олигохет во всём исследуемом диапазоне концентраций (1 мМ, 10 мМ, 20 мМ, 30 мМ, 40 мМ, 50 мМ, 60 Мм).

Полученное соотношение токсичности исследуемых ПАВ, относящихся к трём разным типам (катионный СТАВ, анионный лаурилсульфат натрия и неионогенный твин-80), коррелирует с данными, полученными другими авторами на других тест-организмах. Так, например, С. Ли и соавторы [Acute toxicity of different ... , 2013] изучали острую токсичность 3 катион-ных, 39 неионогенных и 6 анионных ПАВ по отношению к D. magna. Они показали, что наибольший токсический эффект вызвали катионные ПАВ, наименьший - неионогенные, а большинство анионных поверхностно-активных веществ обладали средней токсичностью. Между тем такое соотношение токсичности между классами ПАВ отражает тенденцию большин-

ства, но не всех представителей этих классов. Например, аналитические исследования M. Джексона с соавторами [Comprehensive review ... , 2016], которые проводили анализ имеющихся сведений по токсичности разных ПАВ для морских экосистем и их отдельных представителей, позволили построить несколько другой ряд токсичности анализируемых групп ПАВ. По убыли токсичности испытанные в их экспериментах ПАВ располагались в таком порядке: анионные алкилсульфаты (AS) > анионные линейные ал-килбензолсульфонаты (LAS) > неионогенные этоксилаты спирта (AE) > анионные этоксисульфаты спиртов (AES) > катионный диталлоу ди-метиламмоний хлорид (DTDMAC).

К. Масакорала с соавторами [Masakorala, Turner, Brown, 2011] изучали токсичность додецилсульфата натрия (SDS) (анионный ПАВ), Triton X-100 (TX) (неионогенный ПАВ) и бромида гексадецилтриметиламмония (HDTMA) (катионный ПАВ) по отношению к морским макроводорослям. Все эти ПАВ, начиная с определенных концентраций, снижали эффективность фотосинтетических процессов макроводорослей, при этом SDS проявлял меньшую фитотоксичность по сравнению с TX и HDTMA.

М. Воган и Р. ван Эгмонд [Vaughan, van Egmond, 2010] тестировали острую токсичность анионных, катионных и неионных ПАВ на эмбрионах и взрослых особях рыбок данио. Их исследование показало, что эмбрионы столь же чувствительны к катионным и неионным ПАВ, как и взрослые рыбы, но могут быть более чувствительны к анионным ПАВ.

В исследовании Я. Вана с соавторами [Exploring the effects ..., 2015] оценено влияние анионных (додецилсульфат натрия (SDS)), катионных (до-децилдиметилбензиламмоний хлорид (1227)) и неионогенных (полиокси-этиленовый эфир жирного спирта (AEO)) ПАВ на поведение личинок данио. Авторы регистрировали состояния покоя или бодрствования личинок и такие поведенческие параметры, как число периодов отдыха и их продолжительность, общая активность и активность бодрствования. Результаты показали, что додецилдиметилбензиламмоний хлорид (1227) и AEO в концентрации 1 мкг/мл были токсичными для двигательной активности личинок, а SDS не оказал значительного воздействия. Кроме того, оценка влияния этих трёх ПАВ на развивающиеся эмбрионы данио показала наличие токсического эффекта AEO. Этот ПАВ приводил к уменьшению размера головы, размера глаза и развитию меньшей длины тела по сравнению с SDS и 1227.

Выводы

Байкальские олигохеты Mesenchytraeus bungei Michaelsen, 1901 оказались чувствительны к анионоактивному ПАВ - лаурилсульфату натрия и катионоактивному - цетилтриметиламмония бромиду при их содержании 0,005-0,006 мМ. Неионогенный ПАВ твин-80 не оказывал негативного воздействия на байкальские олигохеты в диапазоне концентраций от 1 до 60 мМ.

Испытанные ПАВ по уменьшению степени их воздействия на выживаемость олигохет можно расположить в следующий ряд: цетилтриметилам-

мония бромид (LC10o = 0,01 мМ) > лаурилсульфат натрия (LC10o = 0,05 мМ) > твин-80 (безвреден до 60 мМ включительно).

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект 19-2905213 мк). В исследованиях использованы материалы Центра коллективного пользования «Коллекция» Байкальского музея ИНЦ СО РАН (http://ckp-rf.ru/ckp/495988/).

Список литературы

Борис О. А. Изучение токсичности поверхностно-активных веществ на гидробион-тах и почвенных беспозвоночных // Республиканская научно-практическая конференция с международным участием, посвященная 50-летию медико-профилактического факультета : сб. науч. тр. Минск, 22 апр. 2015 г. Минск : Белорус. гос. мед. ун-т, 2015. С. 10-13.

Васильев А. В., Гусарова Д. В. Биотестирование степени токсичности смазочно-охлаждающих жидкостей и анализ основных методов снижения их негативного воздействия // Известия Самарского НЦ РАН. 2013. Т. 15, № 3, С. 542-545.

Особенности экологии Mesenchytraeus bungei Michaelsen (Annelida, Oligochaeta) -массового вида олигохет зоны заплеска озера Байкал / Ю. М. Зверева, О. А. Тимошкин, Е. П. Зайцева, О. В. Попова, А. Г. Лухнёв, И. В. Томберг, Н. Н. Куликова, В. С. Вишняков // Известия Иркутского государственного университита. Серия Биология. Экология. 2012. Т. 5, № 3. С. 123-135.

Семерной В. П. Олигохеты озера Байкал. Новосибирск : Наука, 2004. 528 с. Acute toxicity of different type pesticide surfactants to Daphnia magna / X. H. Li, H. Li, C. Y. Chen, J. T. Li, F. Liu // Ying Yong Sheng Tai Xue Bao (J. Appl. Ecol.). 2013. Vol. 24, N 8. P. 2319-2324.

Adsorption of cetyltrimethylammonium bromide on zeolite surface / A. M. Spiridonov, E. V. Aprosimova, V. I. Zabolotskii, V. I. Fedoseeva, A. A. Okhlopkova, M. D. Sokolova // Russ. J. Phys. Chem. A. 2019. Vol. 93, N 5. P. 9722-9729 https://doi.org/10.1134/S0036024419050285

Cationic-anionic fluorinated surfactant mixtures based on short fluorocarbon chains as potential aqueous film-forming foam / Y. H. He, Q. Sun, H. Xing, Y. Wu, J. X. Xiao // J. Disper. Sci. Technol. (Online). 2018. https://doi.org/10.1080/01932691.2018.1468262

Comparative assessment of toxic effects of surfactants using biotesting methods / E. V. Evsyunina, D. O. Taran, D. I. Stom, M. N. Saksonov, A. E. Balayan, M. A. Kirillova, E. N. Esimbekova, V. A. Kratasyuk // Inland Water Biol. 2016. Vol. 9. Р. 196-199. https://doi.org/10.1134/S1995082916020061

Comprehensive review of several surfactants in marine environments: Fate and Ecotoxi-city / M. Jackson, Ch. Eadsforth, D. Schowanek, T. Delfosse, A. Riddle, N. Budgen // Env. Toxicol. Chem. 2016. Vol. 35, N 5, P. 1077-1086. https://doi.org/10.1002/etc.3297

Corrosion inhibition of iron in 1 M HCl by some gemini surfactants in the series of al-kanediyl-a,ro-bis-(dimethyl tetradecyl ammonium bromide) / M. El Achouri, S. Kertit, H. M. Gouttaya, B. Nciri, Y. Bensouda, L. Perez, M. R. Infante, K. Elkacemi // Progress in Organic Coatings. 2001. Vol. 43, N 4. Р. 267-273. https://doi.org/10.1016/S0300-9440(01)00208-9

Ecotoxicological Characterization of Surfactants and Mixtures of Them / F. Rios, A. Fer-nandez-Arteaga, M. Lechuga, M. Fernandez-Serrano // Toxicity and Biodegradation Testing / E. D. Bidoia, R. N. Montagnolli (Eds.). Humana Press, 2018. P. 311-330. https://doi.org/10.1007/978-1-4939-7425-2

Exploring the Effects of Different Types of Surfactants on Zebrafish Embryos and Larvae / Y. Wang, Y. Zhang, X. Li, M. Sun, Zh. Wei, Y. Wang, A. Gao, D. Chen, X. Zhao, X. Feng // Sci. Rep. 2015. Vol. 5. 10107. https://doi.org/10.1038/srep10107

Kumar N., Tyagi R. Industrial applications of dimeric surfactants: A review // J. Dispers. Sci. Technol. 2014. Vol. 35, N 2. Р. 205-214. https://doi.org/10.1016/S0300-9440(01)00208-9

Masakorala K., Turner A., Brown M. T. Toxicity of Synthetic Surfactants to the Marine Macroalga, Ulva lactuca // Water Air Soil Pollut. 2011. Vol. 218. P. 283-291. https://doi.org/10.1007/s11270-010-0641-4

Migahed M. A., Al-Sabagh A. M. Beneficial role of surfactants as corrosion inhibitors in petroleum industry: a review article // Chemical Engineering Communications. 2009. Vol. 196, N 9. Р. 1054-1075. https://doi.org/10.1080/00986440902897095

Polymeric surfactants and emerging alternatives used in the demulsification of produced water: A review / F. Shehzad, I. A. Hussein, M. S. Kamal, W. Ahmad, A. S. Sultan, M. S. Nasser // Polymer Rev. 2018. Vol. 58, N 1. Р. 63-101. https://doi.org/10.1080/15583724.2017.1340308

Prediction of acute inhalation toxicity using in vitro lung surfactant inhibition / J. B. S0rli, Y. Huang, E. Da Silva, J. S. Hansen, Y. Y. Zuo, M. Frederiksen, A. W. N0rgaard, N. E. Ebbeh0j, S. T. Larsen, K. S. Hougaard // ALTEX - Alternatives to animal experimentation. 2018. Vol. 35, N 1. Р. 26-36. https://doi.org/10.14573/altex.1705181

Quaternary ammonium surfactant structure determines selective toxicity towards bacteria: mechanisms of action and clinical implications in antibacterial prophylaxis / A. S. Inácio, N. S. Domingues, A. Nunes, P. T. Martins, M. J. Moreno, L. M. Estronca, R. Fernandes, A. J. M. Moreno, M. J. Borrego, J. P. Gomes, W. L. C. Vaz, O. V. Vieira // J. Antimicrobial Chemotherapy. 2016. Vol. 71, iss. 3. P. 641-654. https://doi.org/10.1093/jac/dkv405

Surfactants for Enhanced Oil Recovery Applications / M. Sagir, M. Mushtaq, M. S. Ta-hir, M. B. Tahir, A. R. Shaik // Springer Nature Switzerland, 2020. 129 p. https://doi.org/10.1007/978-3-030-18785-9

The study on the properties of the newly extended Gemini surfactants and their application potentials in the petroleum industry / M. Mpelwa, Sh. Tang, L. Jin, R. Hu, Ch. Wang, Y. Hu // J. Petrol. Sci. Engin. 2020. Vol. 186. 106799. https://doi.org/10.1016/j.petrol.2019.106799

Tiwari S., Mall Ch., Solanki P. P. Surfactant and its applications: A review // Int. J. Engin. Res. Applic. 2018. Vol. 8, Is. 9 (Part I). P. 61-66. https://doi.org/10.9790/9622-0809016166

Sharma M., Chadha P. Toxicity of non-ionic surfactant 4-nonylphenol an endocrine disruptor: A review // Int. J. Fish. Aquat. Stud. 2018. Vol. 6, N 2. Р. 190-197.

Vaughan M., van Egmond R. The Use of the Zebrafish (Danio rerio) Embryo for the Acute Toxicity Testing of Surfactants, as a Possible Alternative to the Acute Fish Test // Altern. Lab. Anim. (ATLA). 2010. Vol. 38. P. 231-238. https://doi.org/10.1177/026119291003800310

On the Effect of Surfactants on the Baikal Oligochaete Mesenchytraeus bungei Michaelsen, 1901

G. O. Zhdanova1, K. D. Zyuzina1, S. E. Sergienko1,2, M. N. Saksonov1, A. E. Balayan1, V. Zh. Tsyrenov4, D. I. Stom1,2,3

1 Irkutsk State University, Irkutsk, Russian Federation

2 Irkutsk National Research Technical University, Irkutsk, Russian Federation 3Baikal Museum ISC SB RAS, Listvyanka, Russian Federation

4 East Siberian State University of Technology and Management, Ulan-Ude, Russian Federation

Abstract. Pollution of natural objects with surfactants is relevant, including for the lake Baikal. Here, until the near future, there was a constant increase in the tourist flow and, as a result, the ingress of these pollutants into the reservoir. First of all, the inhabitants of the littoral zone come into contact with the incoming pollutants. In this regard, the work evaluated the

Известия Иркутского государственного университета Серия «Биология. Экология». 2021. Т. 35. C. 86-96

effect of surfactants on the survival rate of the Baikal endemic oligochaetes Mesenchytraeus bungei Michaelsen, 1901. These enchitreids are a common species. They are widespread throughout the lake from the water's edge to the deepest depths. Therefore, M. bungei is recommended as an indicator object for ecological monitoring of the lake Baikal. The tested compounds are representatives of different types of surfactants: anionic - sodium lauryl sulfate, cationic - cetyltrimethylammonium bromide and nonionic - tween-80. Baikal oligochaetes M. bungei Michaelsen, 1901 were collected in July - August 2020 in the splash zone of Lake Baikal in settlement Bolshiye Koty (South Baikal). Enchitreid about 1.8-2.0 cm long was used in the experiments. After adaptation to laboratory conditions (2 days with water aeration using a microcompressor), further incubation was carried out in glass or plastic cages with nonsterile Baikal water at a temperature of 8-10 °C and an illumination of 250-300 lux. River sand was placed at the bottom, the layer thickness of which was 0.8-1.5 cm. Baikal oligochaetes M. bungei Michaelsen, 1901 turned out to be sensitive to the anionic surfactant sodium lauryl sulfate and cationic cetyltrimethylammonium bromide at a content of 0.005-0.006 mM. So, with the addition of 0.006 mM sodium lauryl sulfate for 3 days of the experiment, the proportion of dead individuals of the test object was 40%, at 0.0125 mM - 60%, at 0.025 mM - 90%, and at 0.05 mM complete death of all enchitreid individuals was observed. Adding CTAB at a concentration of 0.005 mM increased the proportion of dead oligochaetes to 40%. TAB twice - up to 0.01 mM - led to the death of all worms. The nonionic surfactant tween-80 did not have a negative effect on the Baikal oligochaetes in the concentration range from 1 to 60 mM. The tested surfactants to reduce the degree of their effect on the survival of oligochaetes can be arranged in the following row: cetyltrimethylammonium bromide (LC100 = 0.01 mM)> sodium lauryl sulfate (LC100 = 0.05 mM)> tween-80 (harmless up to 60 mM inclusive).

Keywords: surfactants, cetrylmethylammonium bromide, sodium lauryl sulfate, tween-80, oligochaetes, Baikal, Mesenchytraeus bungei.

For citation: Zhdanova G.O., Zyuzina K.D., Sergienko S.E., Saksonov M.N., Balayan A.E., Tsyrenov V.Zh., Stom D.I. On the Effect of Surfactants on the Baikal Oligochaete Mesenchytraeus bungei Michaelsen, 1901. The Bulletin of Irkutsk State University. Series Biology. Ecology, 2021, vol. 35, pp. 86-96. https://doi.org/10.26516/2073-3372.2021.35.86 (in Russian)

References

Boris O.A. Izuchenie toksichnosti poverkhnostno-aktivnykh veshchestv na gidrobiontakh i pochvennykh bespozvonochnykh [Study of the toxicity of surfactants on hydrobionts and soil invertebrates]. Respubl. nauch.-prakt. konf. s mezhdunar. uchastiem, posv. 50-letiiu mediko-profilakticheskogo fakulteta: sb. nauch. tr., Minsk, 22 apr. 2015 [Rep. Sci. Conf. to 50th An-niv. Fac. Med.: Minsk, Belarus]. Minsk, Belarus St. Med. Univ. Publ., 2015, pp. 10-13. (in Russian)

Vasiliev A.V., Gusarova D.V. Biotestirovanie stepeni toksichnosti smazochno-okhlazhdaiushchikh zhidkostei i analiz osnovnykh metodov snizheniia ikh negativnogo vozde-istviia [Biotesting of the degree of toxicity of cutting fluids and analysis of the main methods of reducing their negative impact]. Bull. Samara SC RAS, 2013, vol. 15, no. 3, pp. 542-545. (in Russian)

Semernoy V.P. Oligokhety ozera Baikal [Oligochetes of Lake Baikal]. Novosibirsk, Nauka Publ., 2004. 528 p. (in Russian)

Zvereva Yu.M., Timoshkin O.A., Zaitseva E.P., Popova O.V., Lukhnev A.G., Tomberg I.V., Kulikova N.N., Vishniakov V.S. Osobennosti ekologii Mesenchytraeus bungei Michaelsen (Annelida, Oligochaeta) - massovogo vida oligokhet zony zapleska ozera Baikal [Ecological features of Mesenchytraeus bungei Michaelsen (Annelida, Oligochaeta) - a mass species of oligochaetes in the splash zone of Lake Baikal]. The Bull. Irkutsk St. Univ. Ser. Biol. Ecol., 2012, vol. 5, no. 3, pp. 123-135. (in Russian)

Li X.H., Li H., Chen C.Y., Li J.T., Liu F. Acute toxicity of different type pesticide surfactants to Daphnia magna. Ying Yong Sheng TaiXue Bao (J. Appl. Ecol.), 2013, vol. 24, no. 8, pp. 2319-2324. (in Chinese)

Spiridonov A.M., Aprosimova E.V., Zabolotskii V.I., Fedoseeva V.I., Okhlopkova A.A., Sokolova M.D. Adsorption of cetyltrimethylammonium bromide on zeolite surface. Russ. J. Phys. Chem. A, 2019, vol. 93, no. 5. pp. 9722-9729 https://doi.org/10.1134/S0036024419050285

He Y.H., Sun Q., Xing H., Wu Y., Xiao J.X. Cationic-anionic fluorinated surfactant mixtures based on short fluorocarbon chains as potential aqueous film-forming foam. J. Disper. Sci. Technol., 2018. https://doi.org/10.1080/01932691.2018.1468262

Evsyunina E.V., Taran D.O., Stom D.I., Saksonov M.N., Balayan A.E., Kirillova M.A., Esimbekova E.N., Kratasyuk V.A. Comparative assessment of toxic effects of surfactants using biotesting methods. Inland Water Biol., 2016, vol. 9, pp. 196-199. https://doi.org/10.1134/S1995082916020061

Jackson M., Eadsforth Ch., Schowanek D., Delfosse T., Riddle A., Budgen N. Comprehensive review of several surfactants in marine environments: Fate and Ecotoxicity. Env. Toxicol. Chem, 2016, vol. 35, no. 5, pp. 1077-1086. https://doi.org/10.1002/etc.3297

El Achouri M., Kertit S., Gouttaya H.M., Nciri B., Bensouda Y., Perez L., Infante M.R., Elkacemi K. Corrosion inhibition of iron in 1 M HCl by some gemini surfactants in the series of alkanediyl-a,ro-bis-(dimethyl tetradecyl ammonium bromide). Progress in Organic Coatings, 2001, vol. 43, no. 4, pp. 267-273. https://doi.org/10.1016/S0300-9440(01)00208-9

Rios F., Fernandez-Arteaga A., Lechuga M., Fernandez-Serrano M. Ecotoxicological Characterization of Surfactants and Mixtures of Them. Toxicity and Biodegradation Testing. E.D. Bidoia, R.N. Montagnolli (eds.). Humana Press, 2018, pp. 311-330. https://doi.org/10.1007/978-1-4939-7425-2

Wang Y., Zhang Y., Li X., Sun M., Wei Zh., Wang Y., Gao A., Chen D., Zhao X., Feng X. Exploring the Effects of Different Types of Surfactants on Zebrafish Embryos and Larvae. Sci. Rep, 2015, no. 5, 10107. https://doi.org/10.1038/srep10107

Kumar N., Tyagi R. Industrial applications of dimeric surfactants: A review. J. Dispers. Sci. Technol, 2014, vol. 35, no. 2, pp. 205-214. https://doi.org/10.1016/S0300-9440(01)00208-9

Masakorala K., Turner A., Brown M.T. Toxicity of Synthetic Surfactants to the Marine Macroalga, Ulva lactuca. Water Air Soil Pollut, 2011, vol. 218, pp. 283-291. https://doi.org/10.1007/s11270-010-0641-4

Migahed M.A., Al-Sabagh A.M. Beneficial role of surfactants as corrosion inhibitors in petroleum industry: a review article. Chem. Engin. Comm., 2009, vol. 196, no. 9, pp. 10541075. https://doi.org/10.1080/00986440902897095

Shehzad F., Hussein I.A., Kamal M.S., Ahmad W., Sultan A.S., Nasser M.S. Polymeric surfactants and emerging alternatives used in the demulsification of produced water: A review. Polymer Rev, 2018, vol. 58, no. 1, pp. 63-101.

https://doi.org/10.1080/15583724.2017.1340308

S0rli J.B., Huang Y., Da Silva E., Hansen J.S., Zuo Y.Y., Frederiksen M., N0rgaard A.W., Ebbeh0j N.E., Larsen S.T., Hougaard K.S. Prediction of acute inhalation toxicity using in vitro lung surfactant inhibition. ALTEX - Alternatives to animal experimentation, 2018, vol. 35, no. 1, pp. 26-36. https://doi.org/10.14573/altex.1705181

Inacio A.S., Domingues N.S., Nunes A., Martins P.T., Moreno M.J., Estronca L.M., Fer-nandes R., Moreno A.J.M., Borrego M.J., Gomes J.P., Vaz W.L.C., Vieira O.V. Quaternary ammonium surfactant structure determines selective toxicity towards bacteria: mechanisms of action and clinical implications in antibacterial prophylaxis. J. Antimicrobial Chemotherapy, 2016, vol. 71, is. 3, pp. 641-654. https://doi.org/10.1093/jac/dkv405

Sagir M., Mushtaq M., Tahir M.S., Tahir M.B., Shaik A.R. Surfactants for Enhanced Oil Recovery Applications. Springer Nature Switzerland Publ., 2020, 129 p. https://doi.org/10.1007/978-3-030-18785-9

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Mpelwa M., Tang Sh., Jin L., Hu R., Wang Ch., Hu Y. The study on the properties of the newly extended Gemini surfactants and their application potentials in the petroleum industry. J. Petrol. Sci. Engin, 2020, vol. 186, 106799. https://doi.org/10.1016/j.petrol.2019.106799

Tiwari S., Mall Ch., Solanki P.P. Surfactant and its applications: A review. Int. J. Engin. Res. Applic, 2018, vol. 8, is. 9 (P. I), pp. 61-66. https://doi.org/10.9790/9622-0809016166

Sharma M., Chadha P. Toxicity of non-ionic surfactant 4-nonylphenol an endocrine disruptor: A review. Int. J. Fish. Aquat. Stud., 2018, vol. 6, no. 2, pp. 190-197.

Vaughan M., van Egmond R. The Use of the Zebrafish (Danio rerio) Embryo for the Acute Toxicity Testing of Surfactants, as a Possible Alternative to the Acute Fish Test. Altern.

2010, vol. 38, pp. 231-238. https://doi.org/10.1177 /

Lab. Anim. (ATLA), 026119291003800310

Жданова Галина Олеговна ведущий инженер

Иркутский государственный университет Россия, 664003, г. Иркутск, ул. К. Маркса, 1 e-mail: zhdanova86@yandex.ru

Zhdanova Galina Olegovna

Lead Engineer

Irkutsk State University

1, K. Marx st., Irkutsk, 664003,

Russian Federation

e-mail: zhdanova86@yandex.ru

Зюзина Ксения Даниловна лаборант-исследователь Иркутский государственный университет Россия, 664003, г. Иркутск, ул. К. Маркса, 1 e-mail: kzuzina109@gmail.com

Сергиенко Светлана Эдуардовна

лаборант-исследователь,

Иркутский государственный университет

Россия, 66400, г. 3 Иркутск, ул. К. Маркса, 1

магистрант,

Иркутский национальный исследовательский технический университет Россия, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83 e-mail: amygdifford@gmail.com

Саксонов Михаил Наумович кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Иркутский государственный университет Россия, 664003, г. Иркутск, ул. К. Маркса, 1 e-mail: msaksonov@mail.ru

Балаян Алла Эдуардовна кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Иркутский государственный университет Россия, 664003, г. Иркутск, ул. К. Маркса, 1 e-mail: 7balla@mail.ru

Zyuzina Ksenia Danilovna

Research Assistant

Irkutsk State University

1, K. Marx st., Irkutsk, 664003,

Russian Federation

e-mail: kzuzina109@gmail.com

Sergienko Svetlana Eduardovna

Research Assistant,

Irkutsk State University

1, K. Marx st., Irkutsk, 664003,

Russian Federation

Undergraduate Student

Irkutsk National Research Technical

University

83, Lermontov St., Irkutsk, 664074,

Russian Federation

e-mail: amygdifford@gmail.com

Saksonov Mikhail Naumovich Candidate of Sciences (Biology), Senior Research Scientist Irkutsk State University 1, K. Marx st., Irkutsk, 664003, Russian Federation e-mail: msaksonov@mail.ru

Balayan Alla Eduardovna Candidate of Sciences (Biology), Senior Research Scientist Irkutsk State University 1, K. Marx st., Irkutsk, 664003, Russian Federation e-mail: 7balla@mail.ru

Цыренов Владимир Жигжитович доктор биологических наук, профессор Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления Россия, г. Улан-Удэ, ул. Ключевская, 40В, стр. 1 e-mail: vtsyrenov@gmail.com

Стом Дэвард Иосифович

доктор биологических наук, профессор,

зав. лабораторией

Иркутский государственный университет Россия, 664003, г. Иркутск, ул. К. Маркса, 1 профессор

Иркутский национальный исследовательский

технический университет

Россия, 664074, г. Иркутск,

ул. Лермонтова, 83

главный научный сотрудник

Байкальский музей ИНЦ СО РАН

Россия, 664520, п. Листвянка,

ул. Академическая, 1

e-mail: stomd@mail.ru

Tsyrenov Vladimir Zhigzhitovich Doctor of Sciences (Biology), Professor East-Siberian State University of Technology and Management

40B, bld. 1, Klyuchevskaya St., Ulan-Ude, Russian Federation, 670013 e-mail: vtsyrenov@gmail.com

Stom Devard Iosifovich Doctor of Sciences (Biology), Professor, Head of Laboratory Irkutsk State University 1, K. Marx st., Irkutsk, 664003, Russian Federation Professor

Irkutsk National Research Technical University

83, Lermontov St., Irkutsk, 664074,

Russian Federation

Principal Research Scientist

Baikal Museum ISC SB RAS

1, Akademicheskaya St., Listvyanka Settl.,

664520, Russian Federation

e-mail: stomd@mail.ru

Дата поступления: 23.10.2020 Received: Oktober, 23, 2020

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.