CC BY
35УДК 595.3(268.45)
Е.А. Горбачева
Полярный филиал Всероссийского научно-исследовательского института рыбного хозяйства и океанографии (ПИНРО им. Н. М. Книповича), Мурманск, 183038 e-mail: gorbach@pinro.ru
ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ ЛИЧИНОК ARTEMIA SALINA L.
ДЛЯ ЭКОТОКСИКОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ
БАРЕНЦЕВА МОРЯ
В 2010-2019 гг. методом биотестирования исследована токсичность донных отложений Баренцева моря для личинок жаброногого рачка Artemia salina L. Изучалось воздействие водных вытяжек донных отложений на выживаемость рачков. По данным экспериментов, на большей части изученной акватории Баренцева моря донные отложения нетоксичны. Токсичные для личинок A. salina пробы донных отложений зарегистрировали в Центральном, Норвежском, Демидовском, Западно-Новоземельском, Южно-Новоземельском и Кольском желобах, на Мурманской, Финмаркенской и Северо-Канинской банках, Мурманском мелководье и в прибрежье на участке от Мотовского залива до о. Кильдин. Среди токсичных донных отложений преобладали слаботоксичные. Результаты биотестирования согласуются с опубликованными данными химико-аналитических исследований. В ряде экспериментов токсичность для личинок A. salina более разбавленных водных вытяжек донных отложений превышала токсичность концентрированных. Водные вытяжки донных отложений оказывали стимулирующее воздействие на рост личинок A. salina.
Ключевые слова: биотестирование, Баренцево море, донные отложения, Artemia salina.
E.A. Gorbacheva
Polar Branch of Russian Federal Research Institute of Fisheries and Oceanography (PINRO named after N.M. Knipovich), Murmansk, 183038 e-mail: gorbach@pinro.ru
EXPERIENCE IN APPLICATION OF ARTEMIA SALINA L. LARVAE FOR ECOTOXICOLOGICAL STUDIES OF BOTTOM SEDIMENTS OF
THE BARENTS SEA
During 2010-2019 a bioassay method was applied to study the toxicity of bottom sediments from the Barents Sea for larvae of brine shrimp Artemia salina L. The effect of water extracts of bottom sediments on the survival of crustaceans was studied. According to experimental data, bottom sediments are nontoxic in most of the studied water area of the Barents Sea. The sediment samples which are toxic to the larvae of A. salina were recorded in the Central, Norwegian, Demidovsky, Zapadno-Novozemelsky, Yuzhno-Novozemelsky and Kolsky gutters; in the Murmansk, Finmarkenskaya and Severo-Kaninskaya sand banks; in the Murmansk shoaling water and in the coastal area from the Motovsky Bay to Kildin Island. The slightly toxic bottom sediments prevailed. The results of the bio-assay are consistent with the published data of chemical analytical studies. In a number of experiments, the toxicity for A. salina larvae of more dilute water extracts of bottom sediments exceeded the toxicity of concentrated ones. Water extracts of bottom sediments had a stimulating effect on the growth of A. salina larvae.
Key words: bioassay, the Barents Sea, marine sediments, Artemia salina.
В настоящее время при проведении экологического мониторинга все чаще используется комплексный подход к оценке качества водной среды, который предполагает применение химико-аналитических и биологических методов исследований. Степень загрязнения среды оценивается как по уровню накопления в ней отдельных химических веществ и их сравнению с нормативами или фоновыми данными, так и по результатам биотестирования, биоиндикации и биомаркерам.
Использование при экологическом мониторинге приемов биотестирования позволяет оценить совместное воздействие на тест-организм всего комплекса накопленных поллютантов и пригодность исследуемой среды для существования гидробионтов. Так как тест-организмы характеризуются избирательной чувствительностью к токсикантам, то биотестирование осуществляется, как правило, на нескольких видах гидробионтов, представляющих различные трофические уровни. Особенно часто используются в токсикологических исследованиях ракообразные из-за их широкого распространения в морских и пресноводных водоемах, важной роли в пищевых цепях и высокой чувствительности к поллютантам. Одним из представителей ракообразных, рекомендуемых в РФ для исследования экотоксичности морских вод и донных отложений, является эвригалинный жаброногий рачок Artemia salina L. (личинки) [1]. Преимуществом данного тест-организма является возможность использования его при исследованиях вод различной солености в течение большей части года (для получения личинок используются сухие яйца A. salina). Среди недостатков A. Salina как тест-объекта отмечают особенно сильную изменчивость токсикорезистентности в зависимости от типа действующего агента и стадии развития рачка [2].
Цель наших исследований - оценить экотоксичность донных отложений Баренцева моря с помощью биотеста на личинках A. salina и сравнить полученные данные с результатами химико-аналитических исследований. Выявить особенности воздействия водных вытяжек донных отложений на личинок A. salina.
Пробы донных отложений для исследования были отобраны в рейсах научно-исследовательских судов в Баренцевом море в 2010-2019 гг. Для отбора проб использовали батометр Ван-Вина с площадью захвата 0,1 м2. До начала исследований донные отложения хранили не более двух месяцем при температуре -20°С.
Токсичность донных отложений определяли по результатам биотестирования их водных вытяжек. Перед приготовлением вытяжек донные отложения высушивали до воздушно-сухого состояния при температуре (20 ± 5)°С. Высушенные донные отложения заливали водой из условно чистого района моря в отношении 1 : 4 по объему и перемешивали в течение 2 ч. После отстаивания (в течение 1 ч при температуре (20 ± 5)°С и 20 ч при температуре от 2 до 4°С) надо-садочную жидкость сливали и центрифугировали при скорости 4000 об/мин в течение 10 мин.
Токсикологические исследования на личинках A. Salina проводили в соответствии с ГОСТ Р 53886-2010 [3] и ГОСТ 31960-2012 [4]. В качестве тест-функции выбрали выживаемость рачков. Продолжительность экспериментов составляла 96 ч при температуре (20 ± 2)°С.
Токсический эффект (А, %) водных вытяжек донных отложений вычисляли по формуле (1):
A = Хк IХан , (1)
Хк
где хк - среднее арифметическое выживших тест-организмов в контрольной пробе, шт.; хш -среднее арифметическое выживших тест-организмов в анализируемой пробе, шт. [3, 4].
Степень токсичности донных отложений (нетоксичные, слабо-, средне- и высокотоксичные) оценивали в соответствии с ГОСТ 31960-2012 [4].
Всего за период исследований была оценена токсичность 133 проб донных осадков, отобранных преимущественно в открытых районах Баренцева моря (рис. 1). Подавляющее большинство изученных донных отложений не оказывало токсического воздействия на личинок A. salina. Токсичными для рачков являлись только 30 проб донных отложений. Причем среди токсичных проб преобладали слаботоксичные - 80%.
Данные биотестирования указывают на относительно низкий уровень загрязнения донных отложений на большей части исследованной акватории Баренцева моря. На основании результатов экспериментов удалось выделить участки накопления загрязнения в Центральном, Норвежском, Демидовском, Западно-Новоземельском, Южно-Новоземельском и Кольском желобах, на Мурманской, Финмаркенской и Северо-Канинской банках, Мурманском мелководье и в прибрежье, от Мотовского залива до о. Кильдин (у м. Медвежий, на траверзе м. Поганьнаволок и напротив м. Черный). Следует отметить согласованность результатов биотестированияи данных химического анализа, представленных в литературе. Отмечая в целом низкое загрязнение донных отложений Баренцева моря [5, 6], авторы химико-аналитических исследований регистрировали наиболее высокое накопление ряда поллютантов в осадках Центрального, Западно-
Новоземельского, Южно-Новоземельского желобов, Мурманской банки и прибрежной зоне Западного Мурмана [7].
Рис. 1. Результаты биотестирования донных отложений Баренцева моря с использованием личинок A. salina
Загрязняющие вещества поступают в Баренцево море преимущественно с теплыми водами Нордкапского течения, транспортирующего поллютанты от североевропейских промышленных центров, атмосферными аэрозолями и вследствие хозяйственной деятельности на акватории. В Южно-Новоземельский и Западно-Новоземельский желобы загрязнение переносится также и с водами холодного течения Литке из Карского моря. В последние годы все больше внимания уделяется исследованиям роли льда в переносе взвешенного вещества в Арктике. При образовании льда взвешенное вещество (включая загрязнение) может захватываться из воды, накапливаться на его поверхности в результате атмосферных выпадений и транспортироваться в район таяния, где оно фиксируется в донных отложениях [8, 9]. В Баренцевом море наблюдается как местный лед, так и поступающий через Карские ворота и пролив между архипелагами Земля Франца-Иосифа и Новая Земля.
С помощью биотестирования можно не только выявить на дне районы повышенного накопления загрязняющих веществ, но и оценить биологическую доступность содержащихся в донных отложениях химических веществ, учесть синергические и антагонистические взаимодействия поллютантов и их метаболитов. При проведении исследований водной вытяжки результаты токсикологического анализа отражают воздействие на тест-организм всего комплекса химических элементов и соединений, перешедших в нее из донных отложений, включая биогенные элементы и легкоокисляемое органическое вещество. Фильтрация или центрифугирование водной вытяжки донных отложений применяется для удаления из нее взвеси, являющейся механическим раздражителем для рачков-фильтраторов. Центрифугирование (скорость 4 000 об/мин в течение 10 мин) позволяет наиболее быстро удалить из вытяжки большую часть присутствующего в ней мелкодисперсного взвешенного вещества и избежать его негативного воздействия на фильтрационный аппарат А. salina. Вместе с тем данным методом не удается полностью отделить наиболее мелкие частицы взвеси, на которых могут быть адсорбированы загрязняющие вещества, в том числе и гидрофобные (хлорорганические соединения, полициклические ароматические углеводороды и др.). Отмечают, например, что тесно связаны с мелкодисперсной взвесью дихлор-дифенилтрихлорэтан (ДДТ) и его метаболиты [10]. В морской среде мельчайшие частицы взвеси
могут попадать в придонные слои воды и переноситься на дальние расстояния после взмучивания верхнего слоя донных отложений течениями, волнами, в результате биотурбации, оползней и т. д. Если при подготовке водных вытяжек из донных отложений не удается полностью удалить взвешенные вещества, то при биотестировании оценивается экотоксичность всех присутствующих в ней загрязнителей, включая адсорбированные на мельчайших частицах взвеси.
Поступающие в водную вытяжку из донных отложений биогенные элементы и легкоокис-ляемое органическое вещество, вероятно, способствуют развитию бактерий, простейших и одноклеточных водорослей, которые вместе с мельчайшими частицами взвеси отфильтровываются рачками и используются в качестве корма. Наиболее высокие концентрации пищи создаются в наименее разбавленных вытяжках. Обилие корма может быть причиной более успешной адаптации рачков к загрязнению в наиболее концентрированных водных вытяжках, и токсический эффект может быть в них менее выражен. Часть энергии потребленной пищи может расходоваться в организме личинок A. salina на детоксикацию поллютантов. В результате в некоторых экспериментах наблюдали снижение токсичности с увеличением концентрации водной вытяжки донных отложений. На рис. 2 представлены результаты биотестирования донных отложений двух станций, одна из которых располагалась в Южно-Новоземельском, другая - в Кольском желобах Баренцева моря. Донные отложения Южно-Новоземельского желоба оказывали наибольшее токсическое воздействие на личинок A. salina в первой серии экспериментов при концентрациях водной вытяжки 0,1 и 1%, во второй - 50%. В Кольском желобе донные отложения отбирались на одной и той же станции в 2016 и 2019 гг. По данным биотестирования в 2016 г., токсический эффект здесь в наибольшей степени проявился при концентрации 50%, в 2019 г. -0,1 и 10% в первой и второй серии опытов соответственно. В наиболее разбавленных водных вытяжках донных отложений токсикорезистентность рачков к действию токсических соединений снижалась на третьи и четвертые сутки экспозиции, когда большая часть запасов эндогенных питательных веществ была израсходована и ощущался недостаток корма (согласно ГОСТ Р 53886-2010 [3] и ГОСТ 31960-2012 [4] личинок A. salina в краткосрочных экспериментах не кормят). Недостаток корма в данном случае являлся дополнительной функциональной нагрузкой и способствовал увеличению чувствительности биотеста. Следует отметить, что в первые 96 ч личинки могут питаться эндогенно [3, 4], и в контроле, для которого использовалась морская вода из условно чистого района Баренцева моря, выживаемость рачков до конца опытов сохранялась на высоком уровне - 95-100%.
«
я и
и о н
70 60 50 40 30 20 10
25
I
■ 0,1 %
1 %
10 % а
II
'50 % "100%
20
«
я и
и о н
15
10
2016 г. ■0,1 %
2019 г. (I) 1 % 10 % 50 % б
2019 г. (II) 100 %
Рис. 2. Токсичность для личинок A. salina водных вытяжек донных отложений, отобранных на станциях в Южно-Новоземельском (а) и Кольском (б) желобах Баренцева моря. I - серия экспериментов;
II- серия экспериментов; 0,1; 1; 10; 50 и 100% - концентрации водной вытяжки
Обилие корма в водных вытяжках донных отложений зачастую стимулировало рост личинок A. salina. Загрязнение водной вытяжки, как правило, не оказывало негативного воздействия на рост рачков. Длина тела личинок A. salina в неразбавленных водных вытяжках донных отложений в конце экспозиции превышала контрольный уровень преимущественно на 8-20%, а в некоторых пробах - на 25-60%. Так, например, в водных вытяжках из донных отложений, отобранных в Мотовском заливе Баренцева моря, длина тела личинок А. salina составляла в конце эксперимента от 96 до 144% по сравнению с контролем (рис. 3).
5
0
0
1 2 3 4 5 6 7 Станции
Рис. 3. Длина тела личинок A. salina в вытяжках донных отложений Мотовского залива Баренцева моря, 4-е сут экспозиции (среднее ± станд. откл., п = 15)
Таким образом, по данным биотестирования, на большей части изученной акватории Баренцева моря донные отложения нетоксичны. Токсичные для личинок A. salina пробы донных отложений регистрировали во внутренних желобах Баренцева моря, на Мурманской, Финмаркен-ской и Северо-Канинской банках, Мурманском мелководье и в прибрежной зоне. Среди токсичных донных отложений преобладали слаботоксичные (80%). В ряде экспериментов токсичность для личинок A. salina более разбавленных водных вытяжек донных отложений превышала токсичность концентрированных. Водные вытяжки донных отложений оказывали стимулирующее воздействие на рост личинок A. salina.
Литература
1. Руководство по определению методом биотестирования токсичности вод, донных отложений, загрязняющих веществ и буровых растворов. - М.: РЭФИА, НИА-Природа, 2002. - 118 с.
2. Патин С.А. Влияние загрязнения на биологические ресурсы и продуктивность Мирового океана. — М.: Пищевая промышленность, 1979. - 301 с.
3. ГОСТ Р 53886-2010. Вода. Методы определения токсичности по выживаемости морских ракообразных. - М.: Стандартинформ, 2010. - 35 с.
4. ГОСТ 31959-2012. Вода. Методы определения токсичности по выживаемости морских ракообразных. — М.: Стандартинформ, 2014. — 32 с.
5. Плотицына Н.Ф., Жилин А.Ю. Характеристика состояния загрязнения элементов экосистемы Баренцева моря в 2010 г. // Природные ресурсы, их современное состояние, охрана, промысловое и техническое использование: Материалы II Всерос. научн.-практ. конф. (15-18 марта 2011 г.). — Петропавловск-Камчатский, 2011. — С. 259-294.
6. Жилин А.Ю., Плотицына Н.Ф. Характеристика состояния загрязнения элементов экосистемы Баренцева моря в 2012 г. // Природные ресурсы, их современное состояние, охрана, промысловое и техническое использование: Материалы IV Всерос. научн.-практ. конф. (18-22 марта 2013 г.). — Петропавловск-Камчатский, 2013. — С. 156-178.
7. НовиковМ.А., Жилин А.Ю. Динамика уровней загрязнения донных отложений Баренцева моря в последнее десятилетие // Природные опасности: связь науки и практики: Материалы II Междунар. научн.-практ. конф. (23-24 апреля 2015 г.). — Саранск, 2015. — С. 319-325.
8. Лисицын А.П. Нерешенные проблемы океанологии Арктики // Опыт системных океанологических исследований в Арктике. — М.: Научный мир, 2001. — С. 31-74.
9. Осадочный материал в снежном покрове дрейфующих льдов в проливе Фрама / В.П. Шевченко, А.П Лисицын, Е.И. Полякова, Д. Детлеф, В.В. Серова, Р. Штайн // Опыт системных океанологических исследований в Арктике. — М.: Научный Мир, 2001. — С. 376-384.
10. Методика получения водных вытяжек из донных отложений для биотестирования / Э.П. Щербань, О.М. Арсан, Т.Н. Шаповал, А.М. Цветкова, Ю.А. Пищолка, И.Г. Кукля // Гидро-биол. журн. — 1994. — Т. 30, № 4. — С. 100-111.
