CC BY
37
Труды ИБВВ РАН, 2017, вып. 79(82)
Transactions of IBIW RAS, 2017, issue 79(82)
УДК 574.64(571.51)
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТОКСИЧНОСТИ БОЛОТНЫХ ВОД МЕТОДАМИ БИОТЕСТИРОВАНИЯ
И. А. Шадрин
Красноярский государственный аграрный университет 660049 г. Красноярск, проспект Мира, д. 90, e-mail: schadrin@bk.ru
Проведена оценка токсичности болотных вод по реакции выживаемости инфузории Paramecium cau-datum (Ehrenberg, 1833) заказника «Саратовское болото» (Красноярский край). Полевые исследования выполнены в мае 2017 г. Были отобраны пробы болотных вод на четырёх участках болота, отличающихся по степени антропогенного воздействия. Установлено, что в целом токсичность болотных вод по реакции выживаемости простейших оценивается на уровне допустимой степени токсичности (Ti=0.02-0.19), что свидетельствует о невысоком уровне токсического воздействия на болотную экосистему. Наибольший токсический эффект отмечался в пробах, отобранных на юго-восточном участке, расположенном рядом с д. Кононово, и оценённый на уровне умеренной токсичности (Ti=0.29-0.42). Токсичный эффект по показателю выживаемости Paramecium caudatum проявлялся в основном на уровне 2-10% и выше смертности особей. Отмечено снижение выживаемости клеток инфузорий в опытных пробах по истечению 60 минут эксперимента. Исследуемые образцы природных болотных вод оказывали незначительное воздействие на поведенческие реакции (хемотаксис) парамеций.
Ключевые слова: болотные воды, тест-объект, Paramecium caudatum, инфузории, простейшие.
ВВЕДЕНИЕ
В связи с ростом антропогенного воздействия растёт потребность в оценке токсичности природных вод, в том числе, болот. Широко применяемые в экологическом мониторинге физико-химические методы не всегда способны выявить токсичное влияние комплекса химических элементов, а также отдалённые последствия загрязнения [Бурдин, 1985 (ВиМт, 1985)]. Для решения подобной задачи рекомендуется применять методы биотестирования, способные дать интегральную оценку состояния водных экосистем [Бойкова, 1991 (Воукоуа, 1991); Жмур, 1997 ^Ьшиг, 1997)].
Для оценки токсичности природных вод болот, как правило, применяются методы химического анализа [Шмаков, 2015 ^Ьшакоу, 2015)]. В тех же случаях, когда она проводится по биологическим показателям, в качестве тест-объектов обычно применяются личинки и эмбрионы земноводных. Это связано с тем, что различные виды амфибий имеют неодинаковую
устойчивость к действию болотных вод [Saber, Dunson, 1978]. Возможно, токсичность болотных вод может объясняться низкими значениями pH [Karns, 1984].
Возможность использования в качестве тест-объекта протистов показана на примере болот Западной Сибири, где по реакции хемотаксиса инфузорий Paramecium caudatum (Ehrenberg, 1833) установлена зависимость между содержанием алюминия и токсичностью болотных вод [Воробьева, Нефедова, 2014 (Vo-robyeva, Nefedova, 2014)].
Целью настоящей работы был анализ возможностей использования реакции выживаемости и хемотаксиса Paramecium caudatum для оценки токсичности болотных вод в условиях Восточной Сибири. Отметим, что данный тест-объект широко применяется для оценки токсичности природных вод на территории Красноярского края [Gol'd et al., 2003], однако на болотах региона ещё не использовался.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Объектом исследования являлись природные воды заказника «Саратовское болото» (Красноярский край, Сухобузимский муниципальный район; ~56°31' с.ш., ~93°41' в.д.). Заказник организован в 2015 г. с целью сохранения и восстановления редких и исчезающих видов растений и животных, занесённых в Красные книги России и Красноярского края. Заказник имеет площадь 67.44 км2. На территории заказника встречаются торфяные отложения и своеобразные болотные фитоценозы. Данная территория подвержена сильному антропогенному воздействию из-за высокой плотности населения и хозяйственной деятель-
ности человека [интенсивной охоты, добычи биоресурсов (ягоды, грибы, лов рыбы, сбор лекарственных трав), вырубки леса и т.п.].
Отбор проб на токсикологический анализ проводился со стандартных станций заказника «Саратовское болото» (ст. 1-1У). Выбор точек отбора проб был обоснован необходимостью оценки природных вод различных зон/участков болота. С южной и юго-западной стороны к заказнику (ст. II - 56°30'43.9" с.ш., 93°41'40.7" в.д.) примыкает сосновый бор-брусничник, территория, расположенная рядом с д. Кононово. Центральная часть (ст. I -56°30'58.6" с.ш., 93°41'06.4" в.д.) представляет
собой облесённое сосной обыкновенной [Pinus sylvestris L.] и берёзой повислой [Betula pendula Roth] болото. Северо-восточная (ст. III -56°33'06.9" с.ш., 93°43'21.4" в.д.) и северозападная часть (ст. IV - 56°32'01.1" с.ш., 93°37'52.0" в.д.) заказника представляет собой болотистые участки, заросшие редколесьем и низкорослым кустарником.
Пробы вод отбирались на болоте в мае 2017 г. из поверхностного горизонта. В качестве тест-объекта использовался представитель пресноводной биоты - инфузория Paramecium caudatum. Для оценки острого воздействия на тест-объект применялся метод индивидуальных линий парамеций (экспресс-метод, 5-60 мин. экспозиции) [Кокова, 1982 (Kokova, 1982)].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ Оценена токсикологическая ситуация 4-х станций (ст. I-IV) болота Саратовское по показателям острого эксперимента (см. рисунок).
На основании анализа проб установлено, что воды ст. I в мае 2017 г. оценивались по реакциям выживаемости Paramecium caudatum на уровне допустимой степени токсичности (Tj=0.06-0.15), ингибируя движение парамеций на 6-15% за всё время эксперимента (5-60 мин. экспозиции), что свидетельствует о низком уровне токсичности протестированных проб: Хк±тк=6.20±0.20; Х5±т5=5.80±0.25;
Х30±т30=5.60±0.30; Х60±т60=5.30±0.30.
Воды ст. II оценивались по реакциям выживаемости парамеций на уровне допустимой (Tj=0.05, 5 мин. экспозиции) и умеренной (Tj=0.29-0.42, 30-60 мин. экспозиции) степени токсичности, ингибируя движение инфузорий на 30-40%, что свидетельствует о токсичности
T
0 5
0.4
0 3
0 2
Оценивали показатель токсичности (выживаемость, фиксируемая по числу выживших линий парамеций) и регистрировали динамику деления и гибели инфузорий в разных средах (контроль - среда Лозина-Лозинского; опытная проба - образец природной воды из болота).
Критерием токсичности служило статистически достоверное различие с контролем. Достоверность различий между контрольными и опытными вариантами оценивалась по критерию Стьюдента и по индексу токсичности (Т), где Т1=0-0.25 - допустимая токсичность; Т1=0.26-0.70 - умеренная токсичность; Т1 >0.71 - высокая токсичность. Кроме того, учитывался хемотаксис парамеций [Временное..., 2002 (Угешеппое 2002)].
проб: Хк±тк=6.20±0.20; Х30±т30=4.40±0.34;
0.1
ОБСУЖДЕНИЕ протестированных Х5±т5=5.90±0.23; Х60±ш60=3.60±0.33.
Токсический эффект неразбавленных природных вод (ст. II) снимался двукратным разбавлением (1^=0.01-0.06, 5-60 мин. экспозиции), когда двигательные реакции парамеций варьировали на уровне контроля: Хк±шк=6.20±0.20; Х5±ш5=6.10±0.23;
Х30±ш30=5.80±0.29; Х60±ш60=5.80±0.29.
Установлено, что неразбавленные воды ст. III оценивались по реакциям выживаемости инфузорий на уровне допустимой (Tj=0.02-0.13) степени токсичности, что свидетельствует о низкой токсичности проб: Хк±шк=6.20±0.20; Х5±ш5=6.10±0.38; Х30±ш30=5.60±0.56;
Х60±ш60=5.40±0.52.
■ 1
S2
□ 3
I
II
III
IV
Токсичность природных вод заказника «Саратовское болото» по реакции выживаемости Paramecium caudatum (май 2017 г.): на оси х обозначены станции отбора проб; на оси y - индекс токсичности (Tj); экспозиция (1 - 5 мин., 2 - 30 мин., 3 - 60 мин.).
Toxicity of natural waters of the reserve "Saratovskoe mire" on the survival of the Paramecium caudatum (May 2017): Axis X- sampling stations; on they Axis Y- toxicity index (Ti); exposure (1 - 5 min., 2 - 30 min., 3 - 60 min.).
Болотные воды ст. IV оценивались на уровне допустимой (T;=0.06-0.19) степени токсичности: Хк±тк=6.20±0.20; Х5±т5=5.80±0.47; Х30±т30=5.10±0.35; Х60±т60=5.0±0.30.
Таким образом, качество вод болота Саратовское в мае 2017 г. по реакции выживаемости простейших оценивается в основном на уровне допустимой степени токсичности, что свидетельствует о невысоком уровне воздействия, за исключением проб со ст. II, оценённых как умеренно токсичные.
Метод биотестирования по реакции хемотаксиса Paramecium caudatum основан на способности инфузорий перемещаться от источника воздействия. Парамеций (в количестве 10-15 шт.) на 3 суток помещали в чистую каплю (среда Лозина-Лозинского), соединенную со второй каплей (опыт). Отмечено, что на 1-
3 сутки особи практически равномерно распределились в обоих каплях воды (контроль).
В опыте инфузории (10-15 шт.) в 1 сутки наблюдения проявляли положительный хемотаксис, перемещаясь из среды Лозина-Лозинского (контроль, Х±т=8.40±0.20) в каплю болотной воды (опыт, Х±т=4.50±0.35, ст. I). На 3 сутки эксперимента инфузории распределялись равномерно. Аналогичное распределение парамеций отмечено и по другим участкам: на ст. III (контроль, Х±т=6.80±0.40; опыт, Х±т=5.50±0.30) и на ст. IV (контроль, Х±т=9.70±0.50; опыт, Х±т=6.50±0.40). Исключением являлись пробы со ст. II, где парамеции проявляли отрицательный хемотаксис на 3 сутки, концентрируясь, в основном, в капле со средой Лозина-Лозинского (контроль, Х±т=8.50±0.23; опыт, Х±т=2.40±0.20).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Таким образом, по выживаемости и хе-мотаксическим реакциям Paramecium caudatum токсичность болотных вод Саратовского болота в большинстве случаев оценена однозначно -на уровне допустимой.
В целом, для оценки токсичности болотных вод применение в качестве тест-объекта инфузории Paramecium caudatum возможно, но для получения более достоверных оценок целесообразно проводить исследования/мониторинг хотя бы 2-3 раза за сезон с расширением числа станций отбора проб. Возможно, повысить достоверность получаемых данных позволит дополнительное использование других тест-объектов в сочетании с результатами токсикологического анализа почв и результатами физико-химического анализа воды и почвы.
Установлено, что токсичность болотных вод заказника «Саратовское болото» по реакции выживаемости простейших оценивается в основном на уровне допустимой степени токсичности (Tj=0.02-0.19), что свидетельствует о невысоком уровне токсического воздействия. Максимальный токсический эффект отмечался в пробах, отобранных на болоте близ населённого пункта (умеренно токсичные - Tj=0.29-0.42). Токсичный эффект по показателю выживаемости Paramecium caudatum проявлялся в основном на уровне 2-10% и выше смертности особей. Отмечено снижение выживаемости клеток инфузории в опытных пробах по истечению 60 минут эксперимента. Исследуемые образцы болотных вод оказывали незначительное воздействие на поведенческие реакции парамеций.
БЛАГОДАРНОСТИ
Работа выполнена при финансовой поддержке РГНФ и Краевого государственного автономного учреждения «Красноярский краевой фонд поддержки научной и научно-технической деятельности» (проект 16-16-24015).
Автор выражает благодарность Краевому государственному казённому учреждению «Дирекция по особо охраняемым природным территориям Красноярского края» в содействии проведению работ на территории заказника «Саратовское болото».
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Бойкова Д.Е. Применение простейших в токсикологических исследованиях // Экспериментальная водная токсикология. 1991. Вып. 15. С. 155-164. Бурдин К.С. Основы биологического мониторинга. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1985. 155 с.
Воробьева Д. А., Нефедова В.И. Применение метода биотестирования для определения токсичности природных вод // VII Сибирская науч.-практ. конф. молодых учёных по наукам о Земле (17-21 ноября 2014 г.): материалы. Новосибирск, 2014. С. 289-290. Временное методическое руководство по нормированию уровней содержания химических веществ в донных
отложениях поверхностных водных объектов (на примере нефти). М.: ВНИЦ «Экология», 2002. 56 с. Жмур Н.С. Государственный и производственный контроль токсичности вод методами биотестирования в России. М.: Международный Дом Сотрудничества, 1997. 144с. Кокова В.Е. Непрерывное культивирование беспозвоночных. Новосибирск: Наука, 1982. 167 с.
Шмаков А.В. Метод определения изменения химического состава болотных вод от их фильтрационного режима // Вода: химия и экология. 2015. № 10(88). С. 11-18. Gol'd Z.G., Glushchenko L.A., Morozova I.I., Shulepina S.P., Shadrin I.A. Water quality assessment based on chemical and biological characteristics: an example of classification of characteristics for the Cheremushnyi Creek-Yenisey river water system // Water Resources. 2003. Vol. 30, № 3. P. 304-314. DOI: 10.1023/A: 1023890431165 Karns D.R. Toxic bog water in northern Minnesota peatlands: ecological and evolutionary consequences for breeding
amphibians. PhD Thesis. University of Minnesota, Minneapolis. 1984. 164 p. Saber P.A., Dunson W.A. Toxicity of bog water to embryonic and larval anuran amphibians // Journal of Experimental Zoology. 1978. Vol. 204, is. 1. P 33-42. DOI: 10.1002/jez.1402040104
REFERENCES
Boykova D.E. 1991. Primenenie prostejshikh v toksikologicheskikh issledovaniyakh [The use of protozoa in toxicolog-
ical studies] // Eksperimental'naya vodnaya toksikologiya. Vol. 5. S. 155-164. [In Russian] Burdin K.S. 1985. Osnovy biologicheskogo monitoringa [Fundamentals of biological monitoring]. Moskva: Izd-vo
Moskovskogo univ. 155 s. [In Russian] Gol'd Z.G., Glushchenko L.A., Morozova I.I., Shulepina S.P., Shadrin I.A. 2003. Water quality assessment based on chemical and biological characteristics: an example of classification of characteristics for the Cheremushnyi Creek-Yenisey river water system // Water Resources. Vol. 30, № 3. P. 304-314. DOI: 10.1023/A: 1023890431165 Karns D.R. 1984. Toxic bog water in northern Minnesota peatlands: ecological and evolutionary consequences for
breeding amphibians. PhD Thesis. University of Minnesota, Minneapolis. 164 p. Kokova V.E. 1982. Nepreryvnoe kultivirovanie bespozvonochnykh [Continuous invertebrate cultivation]. Novosibirsk: Nauka. 167 s. [In Russian]
Saber P.A., Dunson W.A. 1978. Toxicity of bog water to embryonic and larval anuran amphibians // Journal of Experimental Zoology. Vol. 204, is. 1. P 33-42. DOI: 10.1002/jez.1402040104 Shmakov A.V. 2015. Metod opredeleniya izmeneniya khimicheskogo sostava bolotnykh vod ot ikh fil'tratsionnogo rezhima [Method for determining the change in the chemical composition of bog waters from their filtration regime] // Voda: khimiya i ekologiya. № 10(88). S. 11-18 [In Russian] Vorobyeva D.A., Nefedova V.I. 2014. Primenenie metoda biotestirovaniya dlya opredeleniya toksichnosti prirodnykh vod [Application of the method of biotesting to determine the toxicity of natural waters] // VII Sibirskaya nauchno-prakticheskaya konferentsiya molodykh uchyonykh po naukam o Zemle (17-21 noyabrya 2014 g.): materialy. Novosibirsk. S. 289-290. [In Russian] Vremennoe metodicheskoe rukovodstvo po normirovaniyu urovnej soderzhaniya khimicheskikh veschestv v donnykh otlozheniyakh poverkhnostnykh vodnykh ob"ektov (na primere nefti) [Temporary methodological guidance on the standardization of levels of chemical content in bottom sediments of surface water bodies (for example, oil)]. 2002. Moskva: VNITs:Ecologiya. 56 s. [In Russian] Zhmur N.S. 1997. Gosudarstvennyj i proizvodstvennyj kontrol' toksich'nosti vod metodami biotestirovaniya v Rossii [State and industrial control of water toxicity by methods of biotesting in Russia]. Moskva: Mezhdunar. dom so-trudnichestva. 144 s. [In Russian]
DETERMINATION OF TOXICITY OF MIRE WATERS BY BIOTESTING METHODS
I. A. Shadrin
Krasnoyarsk State Agrarian University Krasnoyarsk, 660049, Russia, e-mail: schadrin@bk.ru
The toxicity of mire waters was estimated by the survival of Paramecium caudatum (Ehrenberg, 1833) from the reserve "Saratovskoe mire" (Krasnoyarsk Territory). The field research was carried out in May 2017. The samples of mire water were taken from four sites of the mire differing in the degree of anthropogenic impact. It has been found that, in general, the toxicity of bog waters according to the survival of Protozoa is estimated at the level of permissible toxicity (Ti=0.02-0.19), which indicates a low level of toxic effects on the ecosystem. The highest toxic effect was registered in the samples taken from the southeastern site located near the village of Kononovo, and estimated at the level of moderate toxicity (Ti=0.29-0.42). The toxic effect on the survival rate of P. caudatum was manifested mainly at the level of 2-10% and higher than the mortality of individuals. A decrease in the survival of the cells of P. caudatum was registered in experimental samples in 60 minutes after the end of the experiment. The study samples of natural mire waters had a little effect on the behaviuoral reactions (chemotaxis) of Paramecium.
Keywords: mire waters, test object, Paramecium caudatum, Infusoria, Protozoa
