CC BY
7ОКСИКОЛОГИЧЕСКИИ ВЕСТНИК №1 (100)
Рейтинговое голосование читателей
проводится на сайтах ФГУЗ рпоХБВ роспотребнадзора www. rpohv.ru и журнала toxreview.ru.
Экологическая токсикология УДК 504.4.054:595.3
Конкурс «Лучшая работа молодого ученого»
С.А. Мальцева
РЦГЭКиМ по Кировской области ФГУ«Государственный научно-исследовательский институт промышленной экологии», Киров
Обоснование методических подходов к выбору тест-объектов для биомониторинга загрязнения арсенитом натрия системы «вода - донные отложения»
арсенитом натрия (на примере ОУХО «Марадыковский»)
Обсуждаются особенности воздействия арсени-та натрия на Scenedesmus quadricauda (Тигр.) ВгеЬ и Ce-riodaphnia affinis ЫЩеЬо^. На основе полученных экспериментальных данных выведены уравнения регрессии, описыва-
ющие зависимость «концентрация - эффект» при воздействии арсенита натрия на выбранные чувствительные тест-объекты. Проведенные исследования подготовили основу для усовершенствования существующих методик биотестирования в целях
оперативного обнаружения источников загрязнения водных объектов арсенитом натрия.
Ключевые слова: биотестирование, токсический эффект, острая токсичность, хроническая токсичность, тест-объект.
Введение. В настоящее время осуществляются многочисленные и разнообразные исследования токсических эффектов воздействия загрязняющих веществ с помощью методов биотестирования.
Вместе с тем мало изучено воздействие продуктов детокси-кации отравляющих веществ на биотест-объекты. Уделяется недостаточное внимание вопросу биотестирования донных отложений, которые играют определяющую роль в миграции веществ и регулирования и их содержания в водной среде. С одной стороны донные отложения способствуют самоочищению водной среды, накапливая разнообразные химические вещества, с другой, при возникновении определенных условий могут рассматриваться как потенциальный источник вторичного загрязнения. Методическая база для выполнения работ по биотес-
тированию донных отложений в Российской Федерации пока отсутствует, и в организациях разных ведомств используют различающиеся методические приемы и различную технику [1].
Особый интерес представляет изучение токсичности арсе-нита натрия, как одного из продуктов детоксикации люизита. Известно, что арсенит натрия стимулирует рост водорослей, а его концентрация 31 мг/л при 16 ч экспозиции токсична для Daphnia magna Straus [2]. Было установлено, что арсенит натрия в концентрации 100 мг/кг почвы угнетает рост подсолнечника, сорго и кукурузы на 50%, а в концентрации 1мг/мл угнетают жизнедеятельность бактерий типа Azospirillum brasilense Sp245 [3]. Результаты оценки острой токсичности арсенита натрия в растворах различных концентраций на интенсивность биолюминесценции бактерий,
смертность дафний и цериодаф-ний, хемотаксическую реакцию инфузорий, двигательную активность дафний, рост хлореллы и флюоресценцию хлорофилла водоросли сценедесмус показали наибольшую чувствительность дафний и цериодафний [4].
Мышьяк и его соединения относятся к группе тиоловых ядов. Поэтому антидотом выступают вещества, содержащие тиоловые (сульфгидрильные) группы. Ме-таллотионеины, белки с низкой молекулярной массой и высоким содержанием цистеина, связывают ионы тяжелых металлов, снижая их токсичность [5].
Цикл развития C. affinis в 2 раза короче, чем у D. magna, поэтому метод с использованием C. affinis при строгом соблюдении условий опыта вдвое короче [6]. Эксперименты с рачком C. affinis из-за его малых размеров требуют меньших объемов растворов. Одноклеточные зеленые водо-
росли (фитопланктон) реагируют на многие загрязнители. В отличие от C. vulgaris, S. quadri-caud представляет собой колониальный организм, состоящий из соединенных друг с другом 2-4 клеток, поэтому реакция этой комплексной структуры очень важна в контроле и мониторинге природных сред и объектов.
Проблема загрязнения водной среды мышьяком является весьма актуальной в Кировской области, т.к. с 2006 г. начал работать объект по уничтожению отравляющих веществ (проектная мощность 2000 т/год). Уничтожению подлежат авиационные боеприпасы и боевые части ракет, снаряженные фосфорор-ганическими отравляющими веществами, а также смесью иприта и люизита (около 7 тыс. т) [7]. В настоящее время в рамках программы экологического контроля и мониторинга объекта по уничтожению отравляющих веществ в Кировской области преимущественное значение принадлежит химическим аналитическим методам. Наряду с этим осуществляется биотестирование природных вод и донных отложений. В то же время применяемые методы биотестирования природных вод с помощью тест-объектов C. affinis Lill. и S. quadricauda (Turp.) Breb имеют ряд существенных недостатков, а для биотестирования донных отложений используют только методику с помощью инфузорий.
Исходя из вышеизложенного, исследования, связанные с совершенствованием методик биотестирования природных вод и донных отложений актуальны. Целью настоящих исследований является обоснование методических подходов к выбору и использованию тест-объектов для биомониторинга загрязнения водных систем соединениями мышьяка.
Материалы и методы исследования. Проводились сезонные опыты по установлению острого и хронического токсического действия арсенита натрия в концентрациях, пересчитанных на мышьяк (III) 5,0-Ю-4 мг/л, 5,0-Ю-3
мг/л, 5,0-Ю-2 мг/л, 0,5 мг/л, 0,6 мг/л, 0,7 мг/л, 0,8 мг/л, 0,9 мг/л, 1,0 мг/л, 1,5 мг/л на С. affinis и 5. quadri-cauda. В данной работе изучалась токсичность арсенита натрия для тест-объектов на организменном, дем- и синэкологическом уровнях. На организменном уровне проводились эксперименты: с дополнительной функциональной нагрузкой (отсутствие кормления); на токсичность арсенита натрия в ряду поколений рачков С.
На популяционном уровне изучалось влияние токсиканта на биомассу партеногенетической модельной популяции рачков, на численность культуры микроводоросли Б. quadricauda. В опытах с экотоксикологическими микрокосмами исследовали токсичность арсенита натрия в системе «вода - донные отложения» с помощью личинок хирономид и рачков. Сбор личинок хирономид осуществляли в соответствии с методическими рекомендациями
[8] в искусственном водоеме зеленой зоны пригорода, биотический индекс которого - 9 баллов, что соответствует чистому водоему
[9]. Эксперименты с С. осуществлялись по методике, предложенной Н.С. Жмур, основанной на определении смертности и изменений плодовитости третьего поколения рачков в токсичной среде по сравнению с контрольной выборкой в чистой воде [10]. Опыты проводились в 10 параллельных сериях (10 стаканов) в двух повторностях. Молодь, возраста не более 24 ч, помещалась по одной в 15 мл исследуемой воды. Плотность суспензии водорослей Б. quadricauda, используемой для ежедневного кормления рачков, составляла 2-3 млн. кл/ мл. Тестирование проводилось при температуре 19°-24°С, освещенности 900 лк и световом периоде 16 ч. Для культивирования рачков использовалась питьевая, дехлорированная вода с содержанием кислорода не меньше 4 мг/л, рН=7.0-8.5 и общей жесткостью 2.0-4.0 мг экв./л. Методика обеспечивает получение результатов анализа с погрешностями, не превышающими значений пока-
зателя точности - 40%, предела повторяемости - 30%, показателя воспроизводимости - 20%.
При постановке хронических опытов (3 недели) на модельных партеногенетических популяциях исходная плотность посадки молоди третьего поколения составляла 20 особей на 500 мл. Воздействие данной концентрации испытывали в двух повторностях. Учитывали общую биомассу подопытной популяции рачков.
Методика с применением тест-объекта Б. quadricauda основана на снижении роста численности водорослей в токсичной среде, по сравнению с контрольной культурой в чистой воде. Биотестирование осуществлялось в климатостате с постоянной температурой 25°С, освещенностью 8 000 лк и световым периодом 24 ч для достижения скорости роста контрольной культуры 0.7 сут-1 за 72 ч [11] или 96 ч [12]. Использовалась культура, находящаяся в экспоненциальной стадии роста (3-5 сут после пересева), когда все клетки сохраняют высокую физиологическую активность. Опыты проводились в двух по-вторностях. Исходный инокулят составлял 35 тыс. кл/мл. Число клеток водорослей определялось под микроскопом методом прямого счета в камере Горяева. Из каждой контрольной и опытной колбы просчитывалось по 4 капли (по 10 мкл) водорослевой суспензии. Методика обеспечивает получение результатов анализа с погрешностями, не превышающими значений показателя точности - 32%, предела повторяемости - 30%, показателя воспроизводимости - 15%.
При статистической обработке данных рассчитывали среднее арифметическое, среднее ква-дратическое отклонение, ошибку среднего арифметического, показатель достоверности различий двух сравниваемых величин. Рассчитанный показатель достоверности сравнивался с критерием Стьюдента (Р=0.05).
Результаты и обсуждение. На основе экспериментальных
данных выведены уравнения зависимости «концентрация -эффект» для С affinis: у = 0,345 ^С(Лб) + 4,143 и для 5. quadri-cauda: у = 0,752^С(А8)+5,118. Мышьяк не оказал острого
токсического действия (50% гибель за 48 ч) на рачков третьего поколения С. affinis, в том числе в экспериментах с дополнительной функциональной нагрузкой (отсутствие
кормления). Установлена хроническая токсичность мышьяка для рачков в концентрации 0,8 мг/л, 0,9 мг/л, 1,5 мг/л по критерию смертности (20% гибель за 7 сут) (табл. 1).
Таблица 1
Смертность рачков Ceriodaphnia affinis Lill. при действии арсенита натрия
Концентрация мышьяка, мг/л Смертность рачков по отношению к контролю, %
Время от начала биотестирования, сут.
2 (летний эксперимент) 2 (осенний эксперимент) 7 (летний эксперимент) 7 (осенний эксперимент)
0,005 5,0 ± 2,0 0,0 5,6 ± 2,2 6,3 ± 2,5
0,050 5,0 ± 2,0 5,0 ± 2,0 11,1 ± 4,4 6,3 ± 2,5
0,500 10,0 ± 4,0 0,0 11,1 ± 4,4 5,0 ± 2,0
0,600 0,0 5,0 ± 2,0 11,1 ± 4,4 5,0 ± 2,0
0,700 0,0 5,0 ± 2,0 16,7 ± 6,7 5,0 ± 2,0
0,800 10,0 ± 4,0 0,0 27,8 ± 11,1 16,7 ± 6,7
0,900 0,0 10,0 ± 4,0 33,3 ± 13,3 16,7 ± 6,7
1,000 0,0 10,0 ± 4,0 15,0 ± 6,0 11,1 ± 4,4
1,500 - 10,0 ± 4,0 - 22,2 ± 8,8
Установлено снижение толерантности молоди C. affinis к мышьяку в ряду поколений. Если у молоди третьего поколения половозрелость
наступала на 3-4 сут и статистически достоверных отклонений в плодовитости не выявлено, то в последующих генерациях половоз-
релость не наступала. Концентрация 1,5 мг/л мышьяка оказала острое токсическое действие на рачков Б5-7 поколения (табл. 2).
Таблица 2
Смертность и плодовитость рачков в ряду поколений при действии 1,5 мг/л мышьяка
Поколение рачков Смертность, % Отклонение плодовитости (f - 28, t cT -2,05)
2 сут 7 сут
F3 10,0 ± 4,0 22,2 ± 8,8 не достоверно (1,06<2,05)
F4 28,0±11,2 94,4±37,8 -
F5 100 100 -
F6 100 100 -
F7 90,0±36,0 95,0±38,0 -
Мышьяк не оказал острого токсического действия на S. quadricauda, но оказал хрони-
ческое действие в концентрации 1,5 мг/л (статистически достоверное отклонение ко-
эффициента прироста числа подопытных клеток за 7 сут) (табл. 3).
Таблица 3
Значения коэффициента прироста микроводоросли в среде с разной
концентрацией мышьяка
Концентрация мышьяка (III), мг/л Коэффициент прироста за 7сут, раз
Зимний эксперимент Весенний эксперимент
0,005 132,0±9,9 147,2±0,5
0,050 128,9±5,8 107,2±4,1
0,500 108,6±10,6 103,7±12,8
1,500 46,9±0,8 52,2±1,5
контроль (0,000) 143,0±6,3 153,8±10,7
Примечание. Жирным шрифтом выделены результаты с достоверным отклонением от контроля Установлено двукратное увеличение чувствительности культуры
5. quadricauda при отсутствии в питательной среде Успенского фосфатов и железа.
Результаты токсикологических исследований в микрокосмах дают
основание полагать о высокой чувствительности рачков к арсениту натрия в сравнении с чувствительностью личинок хирономид по показателю гибели (табл. 4).
Таблица 4
Гибель C. affinis и личинок Chironomidae при действии 1,5 мг/л мышьяка
Тест-объекты Гибель тест-объектов, %
Время от начала биотестирования, сут
5 8 10 11 12 21 23 24 28
C. affinis 10 10 15 20 25 27,8 55,6 62,5 66,7
Chironomidae 0 6,3 6,3 6,3 6,3 7,1 7,1 10 10
Заключение. Из вышеизложенного следует, что эффект воздействия арсенита натрия проявляется по-разному в зависимости от условий постановки опытов. На
основе экспериментальных данных установлена высокая чувствительность рачков Б5-7 поколения к арсениту натрия. Проведенные исследования подготовили основу
дляусовершенствованиясуществу-ющих методик биотестирования в целях оперативного обнаружения источников загрязнения водных объектов арсенитом натрия.
1. Бакаева Е.Н. Гидробионты в оценке качества вод суши. - М.: Наука, 2006. - 239 с.
2. Методы биоиндикации и биотестирования природных вод. Вып. 2. -Л.: Гидро.мет.изд, 1989. - 266 с.
3. Пурыгин П.П., Белоусова З.П. Основы химической токсикологии. -
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Издательство: Самарский университет, 2003. -51с.
4. Чупис В.Н., Лущай Е.А., Ларин И.Н., Загреков А.А., Ильина Е.В., Иванов Д.Е. Чувствительность к арсениту натрия тест-организмов, используемых в многокомпонентной системе биотестирования качества природ-
ных сред // Теоретическая и прикладная экология, 2007. - № 1. - С. 37-41.
5. Введение в проблемы биохимической экологии: Биотехнология, сельское хозяйство, охрана среды / М.М. Телитченко, С.А. Остроумов. - М.: Наука, 1990. - 288с.
6. Филенко О.Ф., Михеева И.В. Основы водной токсикологии. - М.: Колос, 2007. - 144 с.
7. Горохов Н.Г. Реализация программы уничтожения химического оружия в Кировской области // Теоретическая и прикладная экология, 2007. - №2. - С. 20-23.
8. Методические рекомендации по сбору и обработке материалов при гидробиологических исследованиях на пресноводных водоемах. Зообентос и его продукция. - Ленинград, 1983. - 50 с.
9. Мальцева С.А., Ашихмина Т.Я., Кондакова Л.В. Биоиндикационные
исследования территории дендрологического паркалесоводовКировской области и рекреационная емкость ландшафта // Проблемы региональной экологии в условиях устойчивого развития: Сб. материалов Всероссийской научно-практической конференции в 2 частях. Часть 1. (г. Киров, 27-29 ноября 2007 г.). - Киров: Издательство ВятГГУ, 2007. - С.50-51.
9. Жмур Н.С. Методика определения токсичности воды и водных вытяжек из почв, осадков сточных вод, отходов по смертности и изменению плодовитости цериодафний (ФР. 1.39.2007.03221). - М.: АКВА-
РОС, 2007. - 56с.
10. Жмур Н.С., Орлова Т.Л. Методика определения токсичности вод, водных вытяжек из почв, осадков сточных вод, отходов по изменению уровня флуоресценции хлорофилла и численности клеток водорослей (ФР.1.39.2007.03223). 2-е изд., испр. и доп. - М.: АКВАРОС, 2007. - 48 с.
11. Жмур Н.С. Методика определения токсичности вод, водных вытяжек из почв, осадков сточных вод, отходов по изменению уровня флуоресценции хлорофилла и численности клеток водорослей (ФР.1.39.2001.00284.). - М.: АКВАРОС, 2001. - 42 с.
S.A. Maltseva
Rational of methodical approaches to the selection of test objects to perform biomonitoring of the «water- bottom sediments» system using sodium arcenite ( on the example of the Facility of chemical
weapons destruction «Maradykovskiy»)
State institute of industrial ecology
Particularities of the exposure of Scenedesmus quadricauda (Turp.) Breb and Ceriodaphnia affinis Lilljeborg to sodium arcenite are considered. Basing on experimental data obtained, regression equations are derived to describe a «concentration-effect» relation at exposure of selected sensitive objects to sodium arcenite. Investigations conducted formed a basis to improve existing biotesting methods aiming at operational identification of sodium arcenite -pollution sources of water objects.
Материал поступил в редакцию 19.12.09
Экологическая токсикология УДК 547.: 574.5
Мониторинг полихлорированных бифенилов в водных объектах в Республике Армения
А.В. Хачатрян
Центр по изучению отходов, Ереван, Республика Армения
|ониторинговые исследования вод и донных отложений озера Севан и рек Республики Армения выявили их значительное загрязнение полихлорированными бифенилами. Причем содержание ПХБ в донных отложениях
на 1-2 порядка превышали содержание этих веществ в воде водоемов.
Ключевые слова: полихлорированные бифе-нилы, мониторинг, открытые водоемы.
Введение. Республика Армения, являясь стороной Стокгольмской конвенции о стойких органических загрязнителях, осуществляет в соответствии с международными обязательствами деятельность по сокращению и выводу из обращения веществ, включенных в конвенцию. Подпадающие под действие конвенции полихло-
рированные бифенилы (ПХБ) представляют собой смесь, получающуюся при действии хлора на дифенил С6Н5-С6Н5, и представлены 10 гомологами от монохлор-бифенила до декахлорбифенила. Структура бифенила допускает большое число изомеров хлорированных производных, теоретически больше 200 [8, 11].
В СССР промышленное применение получили трихлорбифенилы и пентахлорбифенилы [3], а также различные типы Совола, представляющие собой очищенные смеси тетра- и пентахлорбифенилов. Уникальные физико-химические свойства (температурная стабильность, высокая точка кипения, невоспламеняемость, резистентность к хи-
