CC BY
67
Труды ИБВВ РАН, вып. 84(87), 2018
Transactions of IBIW, issue 84(87), 2018
УДК 595.324.2:639.95
ОБОБЩЕННЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ ИМИДАКЛОПРИДСОДЕРЖАЩИХ ИНСЕКТИЦИДОВ НА DAPHNIA MAGNA
Г. А. Папченкова
Институт биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина РАН 152742 пос. Борок, Ярославская обл., Некоузский р-н, e-mail: gala_al@mail.ru
Инсектицид имидаклоприд является одним из наиболее широко применяемых пестицидов в мире. В силу повсеместного использования возможно его попадание в водоемы. Некоторыми исследователями было обнаружено присутствие имидаклоприда в водной среде, представляющее опасность для экосистем. Водные организмы, в том числе беспозвоночные, широко используются для экологического биомониторинга. Изменения, как видового состава, так и отдельных показателей у представителей некоторых видов гидробионтов считаются достоверными биомаркерами, сигнализирующими о неблагополучии окружающей среды. В частности, смертность и продукционные показатели Daphnia magna широко используются для определения токсичности воды. В настоящей работе были исследованы эффекты влияния различных концентраций имидаклоприда на половозрелых и новорожденных особей D. magna. Острую токсичность этого инсектицида оценивали в диапазоне концентраций от 3.0*102 мг/л до 3.0*10-7 мг/л с шагом один порядок. Были установлены витальные, летальные и средние летальные концентрации. Хроническая токсичность имидаклоприда исследовалась в концентрациях 3.0*10-1, 3.0*10-2, 3.0*10-7 мг/л, фиксировались суммарная плодовитость, сроки полового созревания (день первой репродукции) и линейные размеры тела. Обнаружено негативное влияние имидаклоприда на раннее развитие рачков, что проявлялось в ингибировании роста ооцитов, аномальном функционировании кишечника, замедлении роста тела и скорости роста популяции, а также наличии патологических изменений в тканях.
Ключевые слова: Daphnia mаgnа, инсектицид, имидаклоприд, токсичность.
DOI: 10.24411/0320-3557-2018-10020
ВВЕДЕНИЕ
Современное аграрное производство в большом объеме использует высокотехнологичные средства защиты от насекомых. С одной стороны, применение в сельском хозяйстве высокотехнологичных препаратов неизбежно. С другой — эти средства влияют не только на вредителей конкретной культуры, но и на всю окружающую экосистему, загрязняют водную среду. Во время обработки посадок пестицидом действие его на вредителей и сопутствующих представителей животного и растительного мира носит острый характер. В том случае, когда применённое вещество остаётся и накапливается в среде обитания, действие его принимает хронический характер. Неизбирательное использование пестицидов стало серьезной экологической проблемой. В силу широкомасштабного применения имидак-лопридсодержащих инсектицидов и возможности их попадания в водные экосистемы необходимо изучение их токсического действия на жизнедеятельность гидробионтов. Имидак-лоприд относится к классу химических веществ, называемых неоникотиноидами, которые действуют на центральную нервную систему насекомых. Неоникотиноиды являются вторыми наиболее используемыми пестицидами в мире [^Лке et а1., 2011].
Имидаклоприд и продукты его разложения обнаруживаются в пробах воды в природных водоемах в местах проведения постоянно-
го эколого-токсикологического мониторинга в Европе и Северной Америке от следовых количеств до 11.9 мкг/л. Отмечается, что его содержание в воде повышается после дождей за счет вымывания из почв. Инсектицид весьма стоек, по данным некоторых исследователей период полураспада в водной среде составляет 36 сут и более [Canadian water quality..., 2007]. По другим источникам имидаклоприд может сохраняться в почве с периодом полураспада 28 - 1250 сут, который сильно варьирует в зависимости от типа почвы и некоторых других факторов [Goulson, 2013]. Кроме того, в зависимости от количества осадков и типа почв, от 2.4% до ~80% от массы неоникоти-ноидов (в том числе имидаклоприд) могут проникать в водоемы [Kurwadkar et al., 2013]. В связи с этим хроническое действие имидак-лоприда на компоненты водных экосистем весьма вероятны.
Токсикологические исследования чрезвычайно важны, поскольку в водоемах разного типа обитает большое количество организмов. Использование живых организмов (биоиндикаторов), способных указывать на наличие стрессов, вызванных загрязнителями [Carneiro, Takayanagui, 2009; Hosnia, Manal, 2015], является одним из способов мониторинга негативных процессов в окружающей среде. В качестве тест-объектов используются многие виды рыб, ракообразных, моллюсков и пр., демонст-
рирующие чувствительность к различным не-оникотиноидам. Биотестирование в данных исследованиях проводили на Daphnia magna Straus, 1820 (Daphniidae, Cladocera, Crustacea). Эти ракообразные много лет используются для стандартных испытаний токсичности. Дафнии — важное звено в трофической сети водных экосистем. Кроме того, они обладают высокой чувствительностью к химическим веществам и большой скоростью воспроизводства. Используя лабораторные популяции при контроли-
МАТЕРИАЛЫ
Использованные инсектициды
Использовали имидаклопридсодержа-щие инсектициды: биотлин, искра золотая, ко-радо, муссон, сонет+, танрек, жукоед. Они предназначены для уничтожения насекомых вредителей сельского и лесного хозяйства. Действующим веществом в первых шести вышеперечисленных препаратах является ими-даклоприд в концентрации 200 г/л. По действующему веществу эти препараты относятся к классу неоникотиноидов, являются водорастворимыми концентратами. Ингредиенты, усиливающие активность действующего вещества или облегчающие использование инсектицида, в инструкциях к препаратам не указаны. В состав препарата жукоед входят три активных действующих вещества, принадлежащие к разным классам химических соединений, отличающихся по механизму действия и физическим свойствам альфа-циперметрин 125 г/л, имидаклоприд 100 г/л, клотианидин 50 г/л.
-Альфа-циперметрин относится к пирет-роидам - оказывает контактное действие, характеризуется мгновенным действием - "нокдаун-эффект".
-Имидаклоприд из класса неоникоти-ноидов - обладает системным действием.
-Клотианидин также принадлежит к классу неоникотиноидов.
Действующие вещества из группы не-оникотиноидов воздействуют непосредственно на нервную систему насекомых, связываясь с рецепторами нервных клеток. При этом нарушается передача импульсов, происходит нервное перевозбуждение и наступает необратимый паралич всех жизненно важных центров [Инсектицид Танрек®..., 2015 (Insecticide Tanrek®..., 2015)].
Все инсектициды зарегистрированы в России, выпускаются разными производителями: биотлин, танрек и жукоед - ЗАО Фирма "Август", искра золотая и сонет+ - ООО "ЦСП
руемых условиях, можно измерить многие показатели, в т. ч. удельную скорость роста популяции, а также влияние на неё различных факторов [Odum, 1953]. В природных популяциях измерить эти показатели трудно или невозможно.
Целью настоящей работы является обобщение результатов серии экспериментов по выявлению токсичности имидаклопридсо-держащих инсектицидов на D. magna.
И МЕТОДЫ
Техноэкспорт", корадо - ООО "Ваше хозяйство", муссон - ООО "МосАгро".
Для проведения экспериментов по изучению острой токсичности готовили растворы инсектицидов на культивационной воде в диапазоне концентраций от 3.0*102 мг/л до 3.0*10-7 мг/л (по имидаклоприду) с шагом 1 порядок. Для изучения хронической токсичности готовили растворы в концентрации 3.0х10-1, 3.0х10-2, 3.0х10-7 мг/л (в пересчете на имидаклоприд). Такой выбор концентраций обусловлен тем, что 3.0* 10-2 мг/л - это предельно допустимая концентрация (ПДК) ими-даклоприда в воде водоемов в России [ГН 1.2.1323_03. Гигиенические нормативы..., 2003 (GN 1.2.1323_03. Gigienicheskie normativy..., 2003)]. Было важно проанализировать биологические эффекты в ответ на воздействие заведомо более высоких и сверхнизких концентраций токсикантов по сравнению с ПДК. В контроле использовали насыщенную кислородом культивационную воду без добавления инсектицидов.
Тест-объект
Биотестирование проводили на партено-генетической лабораторной культуре D. magna. Эти рачки обладают высокой чувствительностью к химическим веществам и большой скоростью воспроизводства. Опыты проводили с учетом методических рекомендаций Государственного комитета РФ по охране окружающей среды [Токсикологические методы..., 1999 (Toxicological control., 1999)].
Эксперименты
В зависимости от поставленных задач схемы экспериментов были разными. Так в опытах по изучению острой токсичности приготовленные растворы токсиканта и контрольный раствор разливали в сосуды объемом 0.25 л в трех повторностях на каждую концентрацию, рассаживали по 10 генетически однородных особей, возраст которых не превышал 24 часа. Фиксировали количество выживших дафний через 3, 24, 48, 72, 96 часов. Измеряли
размер тела экспериментальных рачков в возрасте <24 часов (неонаты) и 96 часов (выжившие к окончанию эксперимента особи).
В исследованиях хронической токсичности приготовленные растворы токсиканта и контрольный раствор разливали в стаканы емкостью 0.1 л в 10 повторностях, в каждый помещали 1 особь возрастом <24 часов с целью регистрации первого вымета для каждой дафнии. Ежесуточно контролировали появление молоди, которую удаляли. Длительность хронического эксперимента обычно составляла 21 сут, если не было специальных задач. Если в эксперименте были задействованы взрослые особи, то они отбирались по принципу одинакового физиологического состояния: выводковая камера заполнена эмбрионами, в яичниках набирающие желток яйца. Измерения размера тела особей проводилось в начале эксперимента, в некоторых случаях после 6-ти сут экспозиции и в последний день экспериментов.
В случае исследования популяционных характеристик использовались сосуды с токсикантом объемом 0.45 л в трех повторностях для каждой концентрации и контроля. В зависимости от задачи по 5 экз. рачков либо возрастом <24 часов, либо специально отобранные половозрелые помещались в растворы токсиканта. Ежедневно фиксировали количество выживших особей, удаляли погибших, вновь родившуюся в течение эксперимента молодь не отсаживали, а включали в состав модельной популяции. Условием окончания эксперимента служила неизменность показателя численности популяции или его снижение в течение 3-5 сут из-за ограниченного объема среды. Удельную скорость роста популяции (r) рассчитывали по уравнению
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕД<
Сравнение токсичности ряда имидак-лопридсодержащих инсектицидов
Как уже упоминалось, в последнее десятилетие были созданы сотни биоцидных препаратов на основе имидаклоприда для применения в аграрном производстве во всем мире. Ряд самых популярных в России имидакло-придсодержащих инсектицидов (сонет+, кора-до, биотлин, танрек, муссон, искра золотая -готовая форма в концентрации 200 г/л) исследованы на острую и хроническую токсичность в отношении D. magna [Папченкова, 2016 (Papchenkova, 2016)]. Анализ результатов исследования острой токсичности показал, что все инсектициды в растворах концентрацией 3.0*102 мг/л угнетающе действовали на рачков с момента помещения их в токсикант. Гибель
r=/«[N(t2)/N(t1)]/(t2-t1) для определения среднего значения скорости роста на произвольном интервале времени t2-t1 и при произвольном законе изменения численности N(t) популяции [Воронов, 2005 (Voronov, 2005)].
Рачков ежедневно кормили хлореллой Chlorella vulgaris Beyer., которая культивируется в лаборатории. Оптимальные условия содержания: температура 23±0.5°С и световой режим день-ночь (16-8 часов) поддерживались автоматически. В длительных экспериментах среда полностью менялась через 5 сут. Для этого сразу при запуске эксперимента готовили резервные растворы токсикантов всех концентраций. Таким образом, концентрация токсиканта в экспериментальных сосудах совпадала с концентрацией обновленной среды, поскольку со временем уровень содержания имидаклоприда снижается за счет естественной деградации. Измерения размера тела экспериментальных рачков проводили от вершины головы до основания хвостовой иглы под бинокулярным микроскопом при увеличении х8. После 6-суточной экспозиции в растворах инсектицида и контроле анализировали общее состояние особей, а также состояние яичников и кишечника с помощью микроскопа Olympus СХ31 при увеличении ><40. С целью сравнения степени развития (или деградации) фотографировали яичники и окрашенные гистологические срезы при помощи окуляр-камеры JVC TK_C1481BEG. Действие токсиканта оценивали по выживаемости, динамике и удельной скорости роста популяции, изменению некоторых биологических параметров (длина тела, день первого вымета), а также степени развития яичников, состоянию кишечника и жирового тела.
1Я И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
отдельных особей отмечалась уже через три часа, а через 24 часа наблюдалась 100%-ная смертность. В растворах всех инсектицидов с концентрацией 3.0Х101 мг/л через 24 часа смертность не превышала 10-15%, хотя визуально токсическое действие проявлялось явно - особи были малоподвижны, окраска тела была значительно светлее, чем в контроле. Через 48 часов в инсектицидах биотлин, корадо, муссон смертность составляла 100%; в остальных (искра, сонет+, танрек) 80-90%. Через 72 часа смертность во всех без исключения токсикантах этой концентрации была 100%. В растворах инсектицидов с концентрацией 3.0 мг/л визуальные эффекты токсического воздействия присутствовали уже через 24 часа, летальные эффекты были выражены не сильно. Так,
только в растворе корадо этой концентрации через 72 часа смертность составляла 100%, в растворах биотлин и сонет+ порядка 60%, в инсектицидах искра, муссон, танрек смертность была менее 10%. Через 96 часов только в сонет+ смертность была 100%, в остальных инсектицидах повысилась незначительно. После 72-часовой экспозиции рачков в токсикантах с концентрациями 3.0х10_1-3.0х10"3 мг/л
В Биотлин ■ Искра В Корадо 200 -|-
смертность не превышала 5-6%. Та же картина наблюдалась после экспозиции длительностью 96 часов во всех токсикантах за исключением корадо. В растворах корадо с указанными концентрациями после экспозиции длительностью 96 часов смертность рачков составляла порядка 10-12%. В сверхнизких концентрациях токсикантов 3.0х10"4-3.0х10"7 мг/л выживаемость дафний была фактически 100%-ной.
В Муссон И Сонет + И Танрек
180 -160 -140 -
.g
S 120 -
sf s
I 100 -
н s
0
1 80«
60 -
40 -
20 -
24
48
72
96
Экспозиция, часы
Рис. 1. Значения средней летальной концентрации (LC50) инсектицидов биотлин, искра золотая, корадо, муссон, сонет+, танрек через 24, 48, 72, 96 часов экспозиции в токсиканте.
Fig. 1. The values of the average lethal concentration (LC50) of insecticides biotlin, golden iskra, corado, mosson, sonet+, tanrek in 24, 48, 72, 96 hours exposure in the toxicant.
Результаты исследования острой токсичности позволяют рассчитать летальные концентрации токсиканта. Одна из основных характеристик острой токсичности это средняя летальная концентрация ^С50), т.е. концентрация, вызывающая гибель 50% животных. На рис. 1 представлены значения средней летальной концентрации ^С50) всех исследуемых инсектицидов через 24, 48, 72, 96 часов экспозиции тест-объекта в токсиканте. Как видно из графика, значения средней летальной концентрация существенно снижаются с увеличением экспозиции с 24 часов до 48 часов, незначительно с увеличением экспозиции с
48 часов до 72 часов и фактически остаются без изменения при 96 часовой экспозиции по сравнению с 72 часовой.
Исследования хронической токсичности основывались на изучении влияния инсектицидов на линейные размеры тела дафний и репродукцию. Как уже отмечалось, в остром опыте рачки в растворах с высокой концентрацией токсиканта в первые же часы начинали терять окраску, затем наблюдалось отставание в росте. В таблице 1 приведены некоторые биологические параметры D. magna в эксперименте. Сильное влияние токсикант оказывал на линейный рост тела особей (измерения про-
0
водили в конце опытов - острого на 4-е и хронического на 21 -е сутки). Этот показатель у особей, экспонировавшихся в растворах всех инсектицидов с концентрацией 3.0*10-1 -3.0*10-2 мг/л достоверно отличался от контрольных значений. Для всех растворов в кон-
Таблица 1. Биологические параметры D. magna в растворах инсектицидов и контроле Table 1. Biological parameters of D. magna in solutions of insecticides and control
центрации 3.0*10- мг/л отмечалась тенденция к уменьшению длины тела. Причем инсектицид корадо даже в столь малой концентрации приводил к статистически значимым отличиям от контроля.
Концентрация Суммарная Сроки первого Кол-во пометов Длина тела особи Длина тела особи
токсиканта, мг/л плодость, экз. вымета, сут за 21 сутки на 4-е сутки, мм на 21-е сутки, мм
Toxic agent con- No. young per Days to first No. broods per Length of the body Length of the body
centration, mg/L adult for 21 days brood adult for 21 days to 4 day, mm to 21 day , mm
Биотлин
Biotlin
3.0 * 10-7 172.5±24.5 7.3±1.16 6.7±0.48 2.15±0.08 3.92±0.22
3.0 * 10-2 164.2±20.3 6.5±1.71 7.0±0 1.93±0.13* 3.87±0.08*
3.0 * 10-1 160.6±51.9 7.8±1.14* 6.1±1.52 1.77±0.14* 3.76±0.14*
Искра золотая
Golden iskra
3.0 * 10-7 147.2±22.5 7.0±0.21 6.7±0.15 2.13±0.10 3.91±0.17
3.0 * 10-2 150.6±19.5 7.7±0.48* 6.3±0.48* 2.01±0.10* 3.91±0.10*
3.0 * 10-1 155.0±25.3 7.8±0.63* 6.3±0.67* 2.08±0.10* 3.85±0.11*
Корадо
Corado
3.0 * 10-7 149.8±15.5 6.9±0.74 6.7±0.48 1.88±0.24* 3.52±0.11*
3.0 * 10-2 58.0±19.3* 9.4±1.06* 4.6±1.06* 1.64±0.08* 3.17±0.17*
3.0 * 10-1 113.0±25.1* 9.4±0.52* 5.3±1.06* 1.43±0.21* 3.29±0.10*
Муссон
Mosson
3.0 * 10-7 141.6±30.7 7.1±0.71 6.3±1.10 2.11±0.14 3.95±0.05
3.0 * 10-2 53.7±21.6* 10.0±3.36* 4.5±1.64* 1.66±0.14* 3.15±0.37*
3.0 * 10-1 72.3±13.5* 9.5±1.29* 5.3±0.96* 1.78±0.10* 3.25±0.18*
Сонет+
Sonet+
3.0 * 10-7 155.6±28.2 6.7±0.95 6.8±0.63 2.10±0.16 3.97±0.06
3.0 * 10-2 127.6±21.4* 7.0±0.94 6.5±0.52* 1.96±0.18* 3.73±0.08*
3.0 * 10-1 111.4±21.9* 7.5±0.71* 6.2±0.42* 1.84±0.23* 3.60±0.10*
Танрек
Tanrek
3.0 * 10-7 141.6±37.2 7.1±0.93 6.7±0.50 2.13±0.05 3.93±0.13
3.0 * 10-2 109.6±18.8* 7.5±0.85* 6.1±0.32* 1.95±0.20* 3.45±0.19*
3.0 * 10-1 100.6±16.2* 8.5±1.08* 5.9±0.57* 1.87±0.11* 3.51±0.08*
Контроль 164.7±19.5 6.4±0.7 7.0±0 2.28±0.22 4.02±0.06
Control
Примечание: "*" - показатели, достоверно отличающиеся от контрольных значений. Приведены значения среднего арифметического и стандартного отклонения.
Суммарная плодовитость 4-х из 6-ти исследованных инсектицидов была достоверно ниже контрольной в концентрациях 3.0*10-1 -3.0*10-2 мг/л. В растворах с концентрацией 3.0х10-2 мг/л (ПДК в воде водоемов) суммарная плодовитость была ниже контрольной для корадо на 64.6%, муссона на 67.3%, сонета на 22.6%, танрека на 33.5%; а в растворах с концентрацией 3.0*10-1 мг/л суммарная плодовитость корадо, муссона, сонета и танрека была на 31.1%, 55.9%, 32.3% и 39.0% ниже этого показателя в контроле. Сроки достижения ста-
дии половой зрелости рачков (сутки первого вымета) в преобладающем большинстве исследуемых инсектицидов достоверно отличались от контроля в концентрациях 3.0*10-1 -3.0*10-2 мг/л. У дафний, экспонированных в растворах с этими концентрациями, первый вымет происходил на 1-3 сут позднее, чем в контроле. Вследствие задержки полового созревания рачков в растворах инсектицидов с вышеназванными концентрациями количество пометов за 21 день было достоверно ниже для всех растворов за исключением биотлин. Ре-
зультаты опыта по изучению хронической токсичности указывают на то, что экспозиция дафний даже в растворе в концентрации равной ПДК в воде водоемов - 3.0*10-2 мг/л ими-даклоприда не безобидна для дафний. Первое отрождение молоди в растворах с такой концентрацией происходило позднее, чем в контроле, снижалась суммарная плодовитость.
Несмотря на то, что все исследованные имидаклопридсодержащие инсектициды био-тлин, искра золотая, корадо, муссон, сонет+, танрек имеют одинаковую концентрацию действующего вещества (200 г/л) токсическое воздействие на D. magna оказалось разным. Средняя летальная концентрация (LC50) корадо в первые 24 часа эксперимента была в 2 раза меньше, чем у муссона, в 3 раза меньше чем у танрека, искры золотой, биотлина и в 6 раз меньше, чем у сонета+. Влияние на воспроизводство тоже разное. Так суммарная плодовитость дафний в препаратах корадо, муссон, танрек, сонет в 1.5-2 раза меньше чем в контроле. Сроки полового созревания и количество пометов достоверно отличаются от контроля. Суммируя результаты острого и хронического опытов можно сделать вывод, что токсичность инсектицидов убывает в следующем порядке: корадо, муссон, танрек, искра золотая, сонет+, биотлин.
Исследование влияния имидаклоприда на органы и ткани
Аналогичные концентрации (3.0*10-1, 3.0*10"2, 3.0*10"7 мг/л в пересчете на имидак-лоприд) использовались нами в опыте по исследованию влияния одного из имидаклоприд-содержащих инсектицидов (танрек) на органы и ткани D. magna [Papchenkova, Makrushin, 2013]. Действие токсиканта на дафний оценивали по степени развития яичников, состоянию кишечника и жирового тела. В этом эксперименте на протяжении всего опыта делали снимки внутренних органов рачков, как контрольных особей, так и из растворов инсектицида. Было обнаружено повреждающее действие препарата, особенно в период раннего развития рачков, выраженное в замедлении или даже прекращении развития ооцитов, что приводит к задержке начала репродукции и угнетению воспроизводства.
Рассмотрим действие токсиканта на дафний после 6 сут экспозиции. На рис. 2 представлены наиболее часто встречающиеся варианты развития яичников для каждой исследованной концентрации токсиканта и контроля.
Большое число контрольных рачков имели в выводковой сумке хорошо развитые
подвижные эмбрионы первого вымета, готовые покинуть выводковую камеру, а также хорошо видимые яйцеклетки следующей генерации в яичниках (рис. 2a). Т. е. на этой стадии яйца контрольных особей перешли из яичников в выводковую сумку уже довольно значительное время назад и следующая генерация яйцеклеток была на завершающей стадии накопления желтка. Некоторое влияние инсектицида на репродукцию заметно уже и в растворах сверхнизких концентраций, так большая часть особей из раствора токсиканта с концентрацией 3.0*10"7 мг/л имела в выводковой сумке недавно перешедшие из яичников яйца, а следующая генерация яйцеклеток только начинала накапливать желток (рис. 2Ь). У дафний, содержавшихся в растворах с концентрацией 3.0*10"2 мг/л, чаще всего в выводковой сумке наблюдали только что перешедшие из яичников яйца. Следующая генерация яйцеклеток в яичнике еще не просматривалась (рис. 2о). Рачки из растворов с концентрацией 3.0*10-1 мг/л имели совершенно пустую выводковую камеру и только начинающие накапливать желток яйцеклетки в яичнике (рис. 2d).
В качестве примера приведены наиболее типичные состояния развития репродуктивной системы дафний после 6 сут экспозиции в токсиканте. Во всех исследованных концентрациях встречались особи, отличающиеся от вышеописанных. Как правило, такие рачки имели недоразвитую репродуктивную систему. Например, ооциты в яичнике некоторых особей в растворах концентрацией 3.0*10-1 мг/л не развивались совсем, т.е. происходила полная блокировка оогенеза. У некоторых рачков просматривалась только цепочка ооцитов, еще не накопивших желток. У рачков из растворов с концентрацией 3.0*10"2 мг/л наблюдали перешедшие в выводковую камеру яйца первого вымета, при этом следующая генерация ооци-тов не созревала, роста яйцеклеток не происходило (яичник представлен оогониями). Иногда яйцеклетки распадалась с последующей резорбцией (подробное описание изменений репродуктивной системы дафний в [Papchenkova, Makrushin, 2013]). Однозначно можно утверждать, что наблюдалась сильная зависимость между концентрацией токсиканта и степенью развития репродуктивной системы.
Стенки кишечника у особей из контроля были четко выражены, кишечник полностью заполнен пищей, в теле отмечены обильные скопления клеток жирового тела. У особей, экспонированных в растворах токсиканта, с увеличением концентрации наблюдали деформацию стенок кишечника, размытие границ и
неоднородное наполнение его пищей. Клетки жирового тела присутствовали, но были разрознены и не образовывали скоплений, как в контроле. Стенки кишечника рачков, экспонированных в растворе инсектицида с концентрацией 3.0x10"1 мг/л, имели рыхлую структу-
ру, клетки жирового тела отсутствовали. Часть выживших к окончанию эксперимента особей была покрыта снаружи водорослями, по-видимому, из-за ослабления двигательной активности рачков.
Рис. 2. Состояние яичников через 6 дней экспозиции в растворах инсектицида и контроле. Концентрации ин-
сектицида, мг/л: a - контроль, b - 3.0*10"', c - 3.0*10"2, d -3.0*10-1; ov - яичники, bc - выводковая камера.
Fig. 2. Condition of the ovaries in 6 days of the exposure to the insecticide solutions. Insecticide concentrations, mg/L: a - control, b - 3.0*10"', c - 3.0*10"2, d - 3.0*10-1; ov - ovary, bc - brood chamber.
было известно и ранее [Mehlhorn, 1999; Mehlhorn, 2001]. На электронных микрографах срезов тканей блохи кошачьей Ctenocephalides felis и рунца овечьего Melophagus ovinus, подвергнутых воздействию препарата, содержащего имидаклоприд, наблюдали необратимое разрушение ганглий, нервных волокон, тканей мускул и др. повреждения.
Поступающие в водоемы ксенобиотики могут оказывать как негативное, так и стимулирующее влияние на различные параметры жизнедеятельности гидробионтов, в том числе на выживаемость, размер тела и плодовитость. В одних случаях токсиканты стимулируют [Syarki, Kalinkina, 2010], в других -угнетают [Papchenkova et al., 2009], повреждают и даже блокируют процессы жизнедеятельности [Папченкова, 2011 (Papchenkova, 2011)]. Некоторые химические вещества в небольшом интервале сверхнизких концентраций, воздействуя на эндокринную и иммунную системы,
Гистологическое исследование показало, что эпителий средней кишки в растворах тан-река после шести суток экспозиции (рис. 3d) был тоньше по сравнению с таковым у контрольных рачков (рис. 3 а). При концентрациях токсиканта 3.0*10"7 и 3.0*10"2 мг/л у отдельных особей наблюдалось утолщение пищеварительного эпителия (рис. 3d), связанное с набуханием клеток. Последние окрашивались слабее, чем клетки, не изменившие свою величину. В растворе с концентрацией 3.0*10"2 мг/л у отдельных особей наблюдалось отслоение эпителия от базальной мембраны. Эпителиальные клетки, оторвавшиеся от базальной мембраны, находились в просвете кишки. Клетки жирового тела у контрольных особей (рис. 3а и 3Ь) и рачков из растворов инсектицида с концентрациями 3.0*10"7 и 3.0*10"2 мг/л были крупнее, чем у дафний, экспонированных в растворе с концентрацией 3.0*10-1 мг/л. О повреждении тканей тела имидаклопридом
способны увеличивать продолжительность жизни и стимулировать воспроизводство [Zanuncio et я1., 2011]. Негативное влияние других токсикатов проявляется только через несколько поколений и выражается в появлении патоморфологических отклонений в строении структур рачков [Папченкова, Гре-бенюк, 2008 (Papchenkova, Grebenyuk, 2008)].
Раствор танрека во всех концентрациях снижал интенсивность окраски особей. Это явление связано с резким уменьшением количества клеток жирового тела и его размера.
Считается, что уменьшение жирового тела связано с недостаточным количеством корма [Лесников, 1971 (Lesnikov, 1971)]. 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 [Кривощеков и др., 2004 (Krivoshchekov et я1., 2004)].
Рис. 3. Участок ткани со среза тела Daphnia magna из контроля (a-c) и раствора Танрека 3.0*10- мг/л (d, e): a -средняя кишка, продольный срез, b - яичник партеногенетической самки и диффузное жировое тело, c диффузное жировое тело, d - средняя кишка, косой срез, e - яичник партеногенетической самки с распадающимися ооцитами старшей генерации и диффузное жировое тело; de - пищеварительный эпителий, pde - патологически измененный утолщенный участок пищеварительного эпителия, do - распадающиеся ооциты старшей генерации, l - нога; ov - яичник, ab - жировое тело. Полное гистологическое исследование влияния имидаклоприда на D. magna см. [Papchenkova, Makrushin, 2013].
Fig. 3. Region of the tissue from the cross section of the Daphnia magna body from control (a-c) and Tanrec solution of 3.0*10-7 mg/L (d, e): a - mesenteron; b - ovary of the parthenogenetic female and diffuse adipose body; c - diffuse adipose body; d - mesenteron, angular cross section; e - ovary of the parthenogenetic female with disintegrating oocytes of the older generation and diffuse adipose body; de - digestive epithelium; pde - pathologic digestive epithelium; do -disintegrating oocytes of older generation; l - leg; ov - ovary; ab - adipose body. The comprehensive histological study of the imidacloprid effect on D. magna see at [Papchenkova, Makrushin, 2013].
Опыт проходил при достаточном количестве корма. Следовательно, причина этого явления иная. Имидаклоприд характеризуется острым контактно-кишечным действием. Препарат
активно воздействует на нервную систему насекомых, блокируя никотинэргические рецепторы постсинаптического нерва. Он быстро подавляет передачу сигналов через централь-
ную нервную систему, отчего особи теряют двигательную активность, прекращают питаться и погибают [Инсектицид Танрек®. Презентация... (Insecticide Tanrek®. Presentation.)]. Возможно, в результате воздействия токсиканта нарушалась работа сложного фильтрационного аппарата дафний, особи получали недостаточное количество корма для жизнедеятельности. В результате уменьшения числа клеток жирового тела снижалось либо блокировалось накопление желтка в яйцеклетках, а также замедлялся рост особей.
Гистологическое исследование показало, что имидаклоприд вызывал у дафний патологические и нормальные защитные онтогенетические реакции. Нормальные реакции позволяют дафниям приспособиться к недостатку корма. Внезапно наступившая нехватка пищевых ресурсов приводит к дефициту энергии для жизнедеятельности рачков. Чтобы поддержать энергетический баланс организма, они сокращают траты энергии и используют резервные источники. Сокращение энергозатрат осуществляется путем замедления или остановки оогенеза, а использование внутренних источников энергии - путем резорбции ооци-тов и уменьшения клеток эпителия средней кишки и жирового тела. В отличие от нормальных реакций, патологические - это реакции атавистические. Ими организм отвечает на те изменения среды, приспособиться к которым с помощью нормальных реакций он не в состоянии. Цена, которую организм платит за их использование, много выше цены нормальных онтогенетических реакций [Орбели, 1949 (Orbeli, 1949)]. Патологической реакцией у дафний была эрозия пищеварительного эпителия. Ранее она была описана для ветвистоусых ракообразных, как вследствие воздействия различных токсикантов в лаборатории, так и в результате загрязнения естественной среды обитания [Макрушин, 1974 (Makrushin, 1974); Макрушин, 1995 (Makrushin, 1995); Макрушин, Голубков, 2010 (Makrushin, Golubkov, 2010)].
Влияние имидаклопридсодержацих инсектицидов на рост популяции
Некоторые исследователи [Daniels, Allan, 1981] считают, что выживаемость в хронических опытах - наиболее адекватный показатель токсичности вследствие меньшей изменчивости по сравнению с репродуктивными параметрами. Другие утверждают, что репродукция более чувствительный показатель хронической токсичности пестицидов для D. magna, чем выживаемость [Buhl et al, 1993]. Ряд исследователей рекомендуют использо-
вать популяционные характеристики, такие как динамика численности популяции, и, в особенности, удельную скорость роста популяции (r) как лучший лабораторный токсикологический показатель, интегрирующий летальные и сублетальные эффекты [Stark and et al., 1997]. Токсикологические эксперименты чаще всего проводят с использованием новорожденных особей, т. к. молодь более восприимчива к загрязняющим веществам. Однако более реалистичную картину негативного действия токсиканта дают исследования, где используются также и половозрелые особи [Stark, Wennergren, 1995].
Эксперимент по изучению влияние ими-даклопридсодержащего инсектицида на попу-ляционный рост дафний 2-х возрастных групп показал, что в группе новорожденных особей в контроле и в растворах с концентрацией 3.0* 10-7 и 3.0*10-2 мг/л рост численности начинался на 7 сут, максимум численности приходился на 14-15 сут от начала эксперимента [Папченкова, 2015 (Papchenkova, 2015)]. После этого в контроле численность рачков стабилизировалась, а при концентрациях 3.0*10-7 и 3.0*10-2 мг/л численность имела тенденцию к снижению. Кривые динамики численности популяций D. magna в растворах токсиканта практически совпадают с кривыми контрольной популяции. В растворе с концентрацией 3.0Х101 мг/л рост численности начинался на 23 сут позднее, чем в контроле и достигал максимальных значений на 17 сут. Причем в данном варианте в течение всего периода наблюдений численность рачков была ниже, чем в контроле. К окончанию опыта численность рачков во всех растворах инсектицида была ниже, чем в контроле, но разница достоверна только для имидаклоприда в концентрации 3.0*10-1 мг/л (табл. 2).
В группе, сформированной из половозрелых особей, рост численности начинался на следующий день эксперимента. Максимальное значение этого показателя в контроле приходилось на 14 сут, после чего численность стабилизировалась до конца эксперимента. В варианте 3.0*10-7 мг/л до 14 сут численность рачков росла так же, как в контроле, затем наблюдалось снижение этого показателя. Аналогично, в варианте 3.0*10-2 мг/л наблюдалось отставание прироста численности дафний от контроля начиная с 15 сут эксперимента. При использовании максимальной концентрации имидаклоприда (3.0*10-1 мг/л) численность дафний была ниже контрольной почти весь период эксперимента, за исключением первых трёх суток, и ниже, чем при меньших концен-
трациях инсектицида. Но ни в одном из вариантов для половозрелых рачков не наблюдалось достоверной разницы численности по
Таблица 2. Биологические параметры D. magna в растворах инсектицида и контроле
Table 2. Biological parameters of D. magna in insecticide solutions and control
сравнению с контролем, что еще раз подчеркивает их большую устойчивость к токсиканту (табл. 2).
Концентрация ток- Макс. численность Уд. скорость роста Выживание Размер тела на 6 День первого
сиканта, мг/л популяции, экз -1 популяции, сут на 6 сут, % сут, мм вымета, сут
Toxic agent con- Max size of popula- Population Survival in 6 Body length at Days to first
centration, mg/L tion, ind grow rate, day-1 days the 4th day, mm brood
Контроль
Control
Молодь 233.0 ± 5.86 0.192 ± 0.001 100.0 2.64 ± 0.027 6.6 ± 0.131
Newborn
Половозрелые 167.6 ± 4.91 0.176 ± 0.001 100.0 - -
Mature
3.0х10-7
Молодь 192.8 ± 16.98 0.182 ± 0.004 92.0 2.48 ± 0.03 7.4 ± 0.272
Newborn
Половозрелые 135.6 ± 21.73 0.162 ± 0.009 100.0 - -
Mature
3.0х10-2
Молодь 213.6 ± 18.63 0.187 ± 0.004 88.0 2.14 ± 0.037 7.93 ± 0.344
Newborn
Половозрелые 135.6 ± 14.38 0.164 ± 0.005 100.0 - -
Mature
3.0х10-1
Молодь 198.6 ± 6.80* 0.184 ± 0.002* 48.0* 1.49 ± 0.044* 9.86 ± 0.322*
Newborn
Половозрелые 141.0 ± 19.17 0.165 ± 0.007 100.0 - -
Mature
Примечание. "*" - показатели, достоверно отличающиеся от контрольных значений. Приведены значения среднего арифметического и стандартной ошибки; "-" - показатели не определялись.
Аналогичным образом под влиянием растворов инсектицида изменялось значение показателя удельной скорости прироста популяции дафний (г). В группе, сформированной из молоди, при экспонировании в растворах с концентрациями 3.0* 10-7 и 3.0* 10-2 мг/л кривые удельной скорости роста популяций практически совпадали с таковыми для контрольных групп животных, за исключением значений в пиковых точках (рис. 4). И только кривая темпов прироста популяции дафний из этой группы в растворах 3.0* 10-1 мг/л отличалась от контрольной. Во-первых, максимальное значения показателя приходилось на более поздние сроки (пик сдвинут вправо по оси времени), и пик был ниже, чем в двух предыдущих вариантах. Во-вторых, в первые сутки экспозиции удельная скорость прироста популяции имела отрицательное значение. Кривые темпа прироста популяций половозрелых особей мало отличались от кривых контрольных групп животных, хотя значение показателя в области
пика было ниже. Среднее значение показателя удельной скорости роста популяции достоверно отличалось от контрольного только у молоди в растворах инсектицида 3.0* 10-1 мг/л (табл. 2). Кривые темпов прироста популяции были более информативны (рис. 4). Так, у половозрелых особей в растворах инсектицида с концентрациями 3.0* 10-2 и 3.0* 10-1 мг/л в первые сутки экспозиции наблюдали пониженное значение г, в отличие от контроля, что, скорее всего, было связано со стрессом, вызванным сменой среды на раствор токсиканта. На кривой хорошо отражена низкая выживаемость молоди в первые сутки экспозиции в растворе токсиканта концентрацией 3.0* 10-1 мг/л (отрицательное значение удельной скорости прироста), а также увеличение удельной скорости прироста популяции, которое началось на 23 сут позднее чем в контроле. При этом пиковое значение темпов прироста популяции имело самое низкое значение.
Рис. 4. Удельная скорость роста популяции D.magna группы, сформированной из новорожденных особей, и из половозрелых особей ("-" контроль, "о" - экспозиция в токсиканте).
Fig. 4. The population growth rate of the D. magna from group 1, consisting of newborn individuals, and group 2, consisting of mature individuals ("-" control, "о"- treatment).
Как уже упоминалось, молодь дафний в большей степени подвержена токсическому действию пестицида. Результаты, представленные в таблице 2, служат подтверждением этого. Гибель половозрелых особей ни в одном из экспериментальных растворов за 6 сут экспозиции не была зарегистрирована. Выживаемость особей в этой группе составила 100%. Выживаемость особей в группе, сформированной из молоди, была ниже контрольной во всех тестируемых растворах (достоверные отличия от контроля наблюдали в растворе с концентрацией 3.0 *10-1 мг/л). Наиболее сильное влияние токсикант оказывал на линейный рост тела (измерения проводили после 6 суток экспозиции) и сроки полового созревания рачков (сутки первого вымета). Отличия от контрольных значений по этим показателям было
статистически значимо для дафний, экспонированных во всех исследованных растворах инсектицида. Используя удельную скорость роста популяции, можно количественно определить эффект воздействия токсического вещества. Так, на графике (рис. 4) рост популяции молоди в растворе с концентрацией 3.0 х10-1 мг/л начинается на 9-10 сут. Причина этого раскрывается при сравнении состояния яичников особей всех исследованных вариантов (рис. 2). С увеличением концентрации токсиканта развитие яичников замедляется. Следовательно, влияние инсектицида на репродуктивную функцию рачков отмечается уже на стадии оогенеза. Такой эффект торможения развития или даже блокировки роста ооцитов наблюдался во всех экспериментах с имидак-лопридом.
Рис. 5. Динамика численности D. magna группы 1, сформированной из новорожденных особей, и группы 2, сформированной из половозрелых особей.
Fig. 5. Population dynamics of D. magna from group 1, consisting of newborn individuals, and group 2, consisting of mature individuals.
Необходимо затронуть ещё один аспект эксперимента. Теоретически любая популяция способна к неограниченному росту численности, если ее не лимитируют факторы внешней среды (ограниченность ресурсов, болезни, хищники, пространство и т. п. [Гиляров, 1990 (Gilyarow, 1990)]. В нашем эксперименте рост популяции во всех тестируемых растворах и в контроле, прекратился на 15-17 сут. Опыт проходил при достаточном количестве корма. Лимитирующим фактором был объем среды. Следовательно, популяция достигала критической плотности и, испытывая дефицит пространства, прекращала рост.
Была предпринята попытка провести подобное предыдущему исследование с другим имидаклопридсодержащим инсектицидом "Жукоед", который имеет в своем составе еще два действующих вещества (альфа-
циперметрин и клотианидин). В течение первых суток проведения эксперимента стало очевидно, что выполнить первоначально поставленную задачу невозможно из-за высокой смертности рачков в исследуемых растворах токсиканта. Поэтому были проведены три серии экспериментов, в которых имитировали три типа водоемов и водотоков: I тип - водоем практически непроточный (например, пруд), II тип слабопроточный водоем (например, озеро) и III тип водоем с хорошим водообменом (например, река). Имитацию водоемов разных типов достигали разным временем экспозиции тест объекта в растворах токсиканта. I тип -постоянная экспозиция в растворах токсиканта. II тип - экспозиция в течение суток в токсиканте, а затем D. magna пересаживали в чистую воду. III тип - экспозиция тест-объектов в
течение часа в токсиканте, затем рачков перемещали в чистую воду [Papchenkova, 2017].
Оценить динамику численности и скорость роста популяции удалось только в эксперименте III типа, имитирующем водоем с интенсивным водообменом. В опытах I типа в растворах токсиканта с концентрациями 3.0* 10-1 и 3.0х10"2 мг/л 100% смертность наблюдалась через 72-96 часов, как у молоди так и у половозрелых особей. Если от половозрелых особей в первые сутки появлялась молодь, то она тоже погибала через некоторое время. В
концентрации 3.0* 10- мг/л смертность была более 50% через 96 часов. Наблюдение за выжившими особями в течение 10 суток показало их низкую жизнеспособность - рачки продолжали гибнуть, длина тела молоди прирастала незначительно, яйцеклетки в яичнике практически не развивались, получить потомство не удалось. В эксперименте типа II результаты были аналогичными. Получить потомство не удалось, в основном из-за высокой смертности животных и блокировки развития репродуктивной системы.
25 35 _05 J Ю 20 30
Время (дни) ° Время (дни)
Рис. 6. Удельная скорость роста популяции D. magna группы 1, сформированной из новорожденных особей, и группы 2, сформированной из половозрелых особей.
Fig. 6. The population growth rate of the D. magna from group 1, consisting of newborn individuals, and group 2, consisting of mature individuals.
В группе 1 (тип III), где исходным материалом была молодь, в контроле и при концентрациях токсиканта 3.0* 10-7 и 3.0* 10-2 мг/л рост численности начинался на 7 сут, максимум численности приходился на 28-29 сутки от начала эксперимента (рис. 5). После этого численность рачков стабилизировалась на не-
которое время, затем незначительно снижалась. В растворе с концентрацией 3.0*10-1мг/л рост популяции начинался на 2-3 сут позднее, чем в контроле, и достигал максимальных значений на 30 сутки. Кривые динамики численности популяций D. magna в первые дни опыта в растворах токсиканта практически совпада-
ют с кривыми контрольной популяции (рис. 5). С 14-15 сут произошел значительный рост численности в контроле. Далее, до конца эксперимента, численность рачков в контроле была постоянно выше, чем в исследуемых растворах токсиканта, но различия были достоверны только для концентрации 3.0 х 10-1 мг/л.
Аналогичным образом под влиянием растворов инсектицида изменялось значение показателя г. В группе 1 (молодь) при экспонировании в растворах с концентрациями 3.0 х10-7 мг/л кривая удельной скорости роста популяций практически совпадала с кривой для контрольных групп животных, за исключением значений в пиковых точках (рис 6). Кривая удельной скорости роста популяции из раствора 3.0х10-2 несколько отличается от кривой контроля, во-первых, высотой максимального пика, а, во-вторых, сдвигом пика
вправо по оси времени. Кривая темпа прироста популяции дафний в растворе с концентрацией 3.0 х10-1 мг/л существенно отличалась от контрольной кривой. Максимальное значение показателя приходилось на более поздние сроки, а пик был значительно ниже, чем в двух предыдущих вариантах.
Кривые темпа прироста популяций половозрелых особей отличались от кривых контрольных групп животных некоторыми значениями показателей в области пиков. В первые сутки экспозиции у опытных рачков наблюдали пониженное значение г, что, скорее всего, было связано со стрессом, вызванным сменой среды. Кривые темпов прироста популяции довольно информативны (рис. 6). Четко дифференцируются начало торможения или прекращение роста популяции, вариации пиковых значений.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Результаты экспериментов показали, что имидаклопридсодержащие инсектициды в концентрации 3.0* 10-1 мг/л оказывают острое токсическое действие на D. magna, снижают удельную скорость роста популяции (r) в результате низкой выживаемости рачков и торможения развития ооцитов. Растворы имидак-лоприда в концентрациях 3.0х10-2 и 3.0х10-7 мг/л оказывают угнетающее действие на D. magna. Последнее выражается в уменьшении или исчезновении вакуолей в клетках жирового тела, деструкции ооцитов, блокировке оогенеза, замедлении роста тела рачков в период раннего онтогенеза, а также в снижении удельной скорости роста популяции (r). Результаты исследования имидаклопридсодер-
жащего инсектицида с дополнительными компонентами в составе (альфа-циперметрин и клотианидин) демонстрируют более негативную картину. Непродолжительное воздействие растворов этого токсиканта в концентрации 3.0х10-7 мг/л и более (в расчете на имидаклоприд) на дафний приводит к необратимым последствиям: высокой смертности животных и торможению или блокировке развития репродуктивной системы. Это очевидно полезное свойство инсектицида для сельскохозяйственного производства чрезвычайно пагубно для окружающей среды. При использовании исследованных препаратов необходимо учитывать вероятность их воздействия на все элементы экосистем.
Работа выполнена в рамках государственного задания (тема № АААА-А18-118012690222-4).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Воронов Д.А. Расчет удельной скорости роста популяции: сопоставление определения и модели // Ж. общ. биол. 2005. Т. 66. № 5. С. 425-430.
ГН 1.2.1323_03. Гигиенические нормативы содержания пестицидов в объектах окружающей среды (перечень). М.: Минздрав России, 2003. 79 с.
Гиляров А.М. Динамика численности пресноводных планктонных ракообразных. М.: Наука, 1987. 191 с.
Инсектицид Танрек®. Презентация фирмы Август "Быстрый эффект и длительное воздействие" // http://www.avgust.com/product/?country=rf&drug_type=73&drug_id=1082
Лесников Л.А. Методика оценки влияния воды из природных водоемов на Daphnia magna Straus // Методики биологических исследований по водной токсикологии. М.: Наука, 1971. С. 157-166.
Кривощеков С.Г., Леутин В.П., Диверт В.Э. и др. Системные механизмы адаптации и компенсации // Бюл. Сиб. отд. РАМН. 2004. № 2. С. 128-153.
Макрушин А.В. Применение гистологической методики в токсикологических исследованиях на дафниях // Изв. Гос. НИИ озер. и реч. рыб. хоз-ва. 1974. Т. 98. С. 40-43.
Макрушин А.В. Гистопатологическое обследование некоторых ветвистоусых ракообразных Рыбинского водохранилища // Зоол. журн. 1995. Т. 74. № 9. С. 128-130.
Макрушин А.В., Голубков С.М. Гистопатологическое обследование Cladocera (Crustacea) из восточной части Финского залива // Регион. экол. 2010. № 4. С. 31-39.
Орбели Л.О. Эволюционный принцип в физиологии // Проблемы советской физиологии, биохимии и фармакологии. VII Всесоюз. съезд физиологов, биохимиков и фармакологов. М.: Изд-во АН СССР, 1949. Кн. 1. С. 813.
Папченкова Г.А., Гребенюк Л.П. Влияние сублетальных концентраций гербицида "Раундап" на размеры, плодовитость и морфологические параметры Daphnia magna Straus (Cladocera) // Токсикол. вестн. 2008. № 4. С. 27-30.
Папченкова Г.А. Влияние инсектицида Кинмикс на молодь Daphnia magna Straus (Cladocera) // Токсикол. вестн. 2011. № 4. С. 41-45.
Папченкова Г. А. Влияние имидаклопридсодержащего инсектицида на рост популяции Daphnia magna Straus // Вода: химия и экология. 2015. № 4. С. 45-50.
Папченкова Г.А. Сравнительная оценка токсичности имидаклопридсодержащих инсектицидов на Daphnia magna // Токсикол. вестн. 2016. № 3. С. 52-56.
Токсикологические методы контроля // Методика определения токсичности воды по смертности и изменению плодовитости дафний. М.: Гос. комитет РФ по охране окружающей среды, 1999. 35 с.
Buhl K.J., Hamilton S.J., Schmulbach J.C. 1993. Chronic toxicity of the bromoxynil formulation buctril to Daphnia magna exposed continuously and intermittently // Arch. Environ. Contam. Toxicol. Vol. 25. P. 152-159.
Carneiro R.M.A., Takayanagui A.M.M. 2009. Estudos sobre bioindicadores vegetais e poluicao atmosferica pormeio de revisao sistematica da literatura // Rev. Bras. Eng. Agric. Ambient. Vol. 13. P. 26-44.
Daniels R.E., Allan J.D. 1981. Life table evaluation of chronic exposure to a pesticide // Can. J. Fish. Aquat. Sci.
Vol. 38. P. 485-494.
Сanadian water quality guidelines: Imidacloprid the Canadian council of ministers of the environment. 2007. 51 p.
Goulson D. 2013. Review: an overview of the environmental risks posed by neonicotinoid insecticides // J. Appl. Ecol. Vol. 50. № 4. P. 977-987.
Mehlhorn H., Mencke N., Hansen O. 1999. Effects of imidacloprid on adult and larval stages of the flea Ctenocephalides felis after in vivo and in vitro application: a light and electron microscopy study // Parasitol. Res. Vol. 85. P. 625-637.
Mehlhorn H., D'Haese J., Mencke N., Hansen O. 2001. In vivo and in vitro effects of imidacloprid on sheep keds (Melophagus ovinus): a light and electron microscopic study // Parasitol. Res. Vol. 87. P. 331-336.
Hosnia S.A.M, Manal A.M.M. 2015. Accumulation of some heavy metals in Oreochromis niloticus from the nile in Egypt: Potential hazards to fish and consumers. // J. Environ. Protect. Vol. 6. P. 1003-1013.
Jeschke P., Nauen R., Schindler M., Elbert A. 2011. Overview of the status and global strategy for neonicotinoids // J. Agric. Food Chem. Vol. 59. № 7. P. 2897-2908.
Kurwadkar S.T., Dewinne D., Wheat R., McGaha D.G., Mitchell F.L. 2013. Time dependent sorption behavior of dinotefuran, imidacloprid and thiamethoxam. // J. Environ. Sci. Health C. Vol. 48. № 4. P 237-242.
Odum E. P. 1953. Fundamentals of Ecology // Saunders. Philadelphia. 384 p.
Papchenkova G.A., Golovanova I.L., Ushakova N.V. 2009. The parameters of reproduction, sizes, and active ities of hydrolases in Daphnia magna Straus of successive generations affected by roundup herbicide // Inland Water Biol. Vol. 2. № 3. P. 286-291. D0I:10.1134/S1995082909030158
Рарсhenkova G.A., Makrushin A.V. 2013. Effect of the Insecticide Tanrec® on Reproduction and Vital Activity of Daphnia magna Straus in a 15-day Test // Inland Water Biol. Vol. 6. №. 4. P. 328-334. D0I:10.1134/S1995082913040123
Papchenkova G.A. 2017. Preliminary assessment of the toxic effects of the novel insecticide Zhukoed on population growth and certain biological parameters of Daphnia magna // Curr. Top. Toxicol. Vol. 13. P. 13-21.
Stark J.D., Wennergren U. 1995 Can population effects of pesticides be predicted from demographic toxicological studies? // J. Econom. Entomol. Vol. 88. № 5. P. 1089-1096.
Stark J.D., Tanigoshi L., Bounfour M., Antonelli A. 1997. Reproductive potential: its influence on the susceptibility of a species to pesticides // Ecotoxicol. Environ. Saf. Vol. 37. P. 273-279.
Syarki M.T. Kalinkina N.M. 2010. Assessment of the effect that sodium lignosulfonate, the main component of wastewaters of pulp and paper industry, has on the state of natural and laboratory cladoceran populations // Inland Water Biol. Vol. 3. №. 4. P. 369-387. DOI: 10.1134/S1995082910040115
Zanuncio J.C., Jusselino-Filho P., Ribeiro. R. et al. 2011. Hormetic responses of a stinkbug predator to sublethal doses of pyrethroid // Bull. Environ. Contam. Toxicol. Vol. 87. № 6. P. 608-614.
REFERENCES
Buhl K.J., Hamilton S.J., Schmulbach J.C. 1993. Chronic toxicity of the bromoxynil formulation buctril to Daphnia magna exposed continuously and intermittently // Arch. Environ. Contam. Toxicol. Vol. 25. P. 152-159.
Carneiro R.M.A., Takayanagui A.M.M. 2009. Estudos sobre bioindicadores vegetais e poluicao atmosferica pormeio de revisao sistematica da literatura // Rev. Bras. Eng. Agric. Ambient. Vol. 13. P. 26-44.
Daniels R.E., Allan J.D. 1981. Life table evaluation of chronic exposure to a pesticide // Can. J. Fish. Aquat. Sci. Vol. 38. P. 485-494.
Сanadian water quality guidelines: Imidacloprid The Canadian council of ministers of the environment. 2007. 51 p.
Goulson D. 2013. Review: an overview of the environmental risks posed by neonicotinoid insecticides // J. Appl. Ecol. Vol. 50. № 4. P. 977-987.
Gilyarow, A.M. 1987. Dinamika chislennosti presnovodnykh planktonnykh rakoobraznykh [The population dynamics
of freshwater planktonic crustaceans] // M.: Nauka. 191 s. [In Russian]. GN 1.2.1323_03. 2003 Gigienicheskie normativy soderzhaniya pestitsidov v obiektakh okruzhayushchei sredy (perechen) [(HN 1.2.1323_03. Hygiene norms (HN) for chemicals and pesticides in the external entities (Checklist)] Moscow: Minzdrav Rossii. 79 s. [In Russian] Hosnia S.A.M, Manal A.M.M. 2015. Accumulation of some heavy metals in Oreochromis niloticus from the nile in
Egypt: Potential hazards to fish and consumers. // J. Environ. Protect. Vol. 6. P. 1003-1013. Insecticide Tanrek®. Prezentatsiya firmy Avgust "Bystryy effekt i dlitel'noye vozdeystviye" [Presentation of the Avgust Company Rapid Effect and Lasting Impact:] //
http://www.avgust.com/product/?country=rf&drug_type=73&drug_id=1082 Jeschke P., Nauen R., Schindler M., Elbert A. 2011. Overview of the status and global strategy for neonicotinoids // J.
Agric. Food Chem. Vol. 59. № 7. P. 2897-2908. Krivoshchekov S.G., Leutin V.P., Divert V.E., et al. 2004. Sistemnyye mekhanizmy adaptatsii i kompensatsii. [Systemic mechanisms of adaptation and compensation] // Bull. Sib. Otd. RAMN. № 2. S. 128-153. [In Russian] Kurwadkar S.T., Dewinne D., Wheat R., McGaha D.G., Mitchell F.L. 2013. Time dependent sorption behavior of
dinotefuran, imidacloprid and thiamethoxam. // J. Environ. Sci. Health C. Vol. 48. № 4. P 237-242. Lesnikov L.A. 1971. Metodika otsenki vliyaniya vody iz prirodnykh vodoyemov na Daphnia magna Straus [ Method of assessing the effect of water from natural water bodies on Daphnia magna Straus] // Methods of Biological Research on Aquatic Toxicology. Moscow: Nauka. S. 157-166. [In Russian] Makrushin A.V. 1974. Primeneniye gistologicheskoy metodiki v toksikologicheskikh issledovaniyakh na dafniyakh. [The use of histological techniques in toxicological studies in daphnias] // Izv. gos. NII ozer. rech. ryb. khoz. T. 98. S. 40-43. [In Russian]
Makrushin A.V. 1995. Gistopatologicheskoye obsledovaniye nekotorykh vetvistousykh rakoobraznykh Rybinskogo vodokhranilishcha. [Histopathological examination of some cladocerans of the Rybinsk reservoir] // Zool. Zh. T. 74. №. 9. S. 128-130. [In Russian] Makrushin A.V., Golubkov S.M. 2010. Gistopatologicheskoye obsledovaniye Cladocera (Crustacea) iz vostochnoy chasti Finskogo zaliva. [Histopathologi_cal examination of Cladocera (Crustacea) from the eastern part of the Gulf of Finland] // Region. Ekol. №. 4 (30). S. 31-39. [In Russian] Mehlhorn H., Mencke N., Hansen O. 1999. Effects of imidacloprid on adult and larval stages of the flea Ctenocephalides felis after in vivo and in vitro application: a light and electron microscopy study // Parasitol. Res. Vol. 85. P. 625-637.
Mehlhorn H., D'Haese J., Mencke N., Hansen O. 2001. In vivo and in vitro effects of imidacloprid on sheep keds
(Melophagus ovinus): a light and electron microscopic study // Parasitol. Res. Vol. 87. P. 331-336. Odum E. P. 1953. Fundamentals of Ecology // Saunders. Philadelphia. 384 p.
Orbeli L.O. 1949. Evolyutsionnyy printsip v fiziologii. [Evolutionary principle in physiology]. // Problemy sovetskoy fiziologii, biokhimii i farmakologii VII All Union Congress of Physiologists, Biochemists, and Pharmacologists. Moscow: Izd. Akad. Nauk SSSR. T. 1. S. 8-13. [In Russian] Papchenkova G.A., Grebenyuk L.P. 2008. Vliyaniye subletal'nykh kontsentratsiy gerbitsida "Raundap" na razmery, plodovitost' i morfologicheskiye parametry Daphnia magna Straus (Cladocera). [Effect of sublethal concentrations of the roundup herbicide on the size, fecundity, and morphological parameters of Daphnia magna Straus (Cladocera)] // Toksikol. Vestn. № 4. S. 27-30. [In Russian] Papchenkova G.A., Golovanova I.L., Ushakova N.V. 2009. The parameters of reproduction, sizes, and active ities of hydrolases in Daphnia magna Straus of successive generations affected by roundup herbicide // Inland Water Biol. Vol. 2. № 3. P. 286-291. DOI:10.1134/S1995082909030158 Papchenkova G.A. 2011. Vliyaniye insektitsida Kinmiks na molod' Daphnia magna Straus (Cladocera) [Effect of insecticide Kinmiks on juvenile Daphnia magna Straus (Cladocera)] // Toksikol. Vestn. № 4. S. 41-45. [In Russian] Papchenkova G.A., Makrushin A.V. 2013. Effect of the insecticide Tanrec® on reproduction and vital activity of Daphnia magna Straus in a 15-day test // Inland Water Biol. Vol. 6. №. 4. P. 328-334. DOI:10.1134/S1995082913040123 Papchenkova G.A. 2015. Vliyaniye imidakloprid soderzhashchego insektitsida na rost populyatsii Daphnia magna Straus [The effect of imidacloprid-containing insecticide on the growth of the population of Daphnia magna Straus] // Voda: khimiya i ekologiya. № 4. S. 45-50. [In Russian] Papchenkova G.A. 2016. Sravnitel'naya otsenka toksichnosti imidakloprdsoderzhashchikh insektitsidov na Daphnia magna [Comparative evaluation of toxicity of imidacloprid-based insecticides to Daphnia magna] // Toksikol. Vestn. № 3. S. 52-56. [In Russian] Papchenkova G.A. 2017. Preliminary assessment of the toxic effects of the novel insecticide Zhukoed on population
growth and certain biological parameters of Daphnia magna // Curr. Top. Toxicol. Vol. 13. P. 13-21. Stark J.D., Wennergren U. 1995 Can population effects of pesticides be predicted from demographic toxicological studies? // J. Econom. Entomol. Vol. 88. № 5. P. 1089-1096. Stark J.D., Tanigoshi L., Bounfour M., Antonelli A. 1997. Reproductive potential: its influence on the susceptibility of a species to pesticides // Ecotoxicol. Environ. Saf. Vol. 37. P. 273-279.
Syarki M.T. Kalinkina N.M. 2010. Assessment of the effect that sodium lignosulfonate, the main component of wastewaters of pulp and paper industry, has on the state of natural and laboratory cladoceran populations // Inland Water Biol. Vol. 3. №. 4. P. 369-387. DOI: 10.1134/S1995082910040115 Toxicological control methods. 1999. Metodika opredeleniya toksichnosti vody po smertnosti i izmeneniyu plodovitosti dafnii [Methods of Determining the Toxicity of Water by the Mortality and Fecundity Changes in Daphnids], Moscow: Gos. Komitet RF po Okhrane Okruzhayushchei Sredy. 35 s. [In Russian] Voronov D.A. 2005. Raschet udel'noy skorosti rosta populyatsii: sopostavleniye opredeleniya i modeli [Calculating the intrinsic growth rate: comparison of definition and model] // Zh. Obshch. Biol. T. 66. № 5. S. 425-430. [In Russian] Zanuncio J.C., Jusselino-Filho P., Ribeiro. R. et al. 2011. Hormetic responses of a stinkbug predator to sublethal doses of pyrethroid // Bull. Environ. Contam. Toxicol. Vol. 87. № 6. P. 608-614.
GENERALIZED RESULTS OF THE INVESTIGATION OF THE INFLUENCE OF IMIDACLOPRID-BASED INSECTICIDES ON DAPHNIA MAGNA
G. A. Papchenkova
Papanin Institute for Biology of Inland Waters Russian Academy of Sciences, 152742 Borok, Russia
e-mail: gala_al@mail.ru
Insecticide imidacloprid is the second most widely used pesticides worldwide. Several researchers have discovered its presence in the aquatic environment that constituting a risk to aquatic animals. The aquatic organisms, including the invertebrates, are used worldwide for ecological biomonitoring. They are considered as excellent models indicating environmental problems. Daphnia magna are one of the most demanded for ecotoxi-cology species. The biological and populational effects of various concentrations of imidacloprid on newborn and mature individuals of D. magna were investigated in the present study. Acute toxicity was observed in the concentration range from 3.0*102 mg/l to 3.0*10-7 mg/l. Vital, lethal and the mean lethal concentrations were established. Chronic toxicity was studied for the concentrations of 3.0*10-1, 3.0*10-2, 3.0*10-7 mg/l. Fecundity, the day of the first reproduction, and body size were also registered. A damaging effect of imidacloprid on the early development of D. magna was revealed. This effect manifested as the inhibition of oocytes' growth, abnormal functioning of the intestine, the retardation of body growth, the decrease of population growth rate, and some pathological changes in tissues.
Keywords: Daphnia magna, insecticide, imidacloprid, toxicity
