Научная статья на тему 'ПРИМЕНЕНИЕ МОДЕЛИ «РАСТЕНИЕ—ПОЧВА» ДЛЯ НОРМИРОВАНИЯ ХИМИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ В ПОЧВЕ'

ПРИМЕНЕНИЕ МОДЕЛИ «РАСТЕНИЕ—ПОЧВА» ДЛЯ НОРМИРОВАНИЯ ХИМИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ В ПОЧВЕ Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

CC BY
1
0
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
Гигиена и санитария
Scopus
ВАК
CAS
RSCI
PubMed
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по промышленным биотехнологиям , автор научной работы — E.И. Гончарук, М.С. Соколов, Л.Б. Шостак, В.И. Геец, В.Г. Никоненок

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

Текст научной работы на тему «ПРИМЕНЕНИЕ МОДЕЛИ «РАСТЕНИЕ—ПОЧВА» ДЛЯ НОРМИРОВАНИЯ ХИМИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ В ПОЧВЕ»

тически идентичной ширине «концентрационной зоны» дистиллированной воды, вводимой в эквивалентном количестве. При этом, при анализе прудовой и речной воды отмечалось появление пиков неизвестных веществ. Введение в образец речной воды ДМНА или ДЭНА в количестве 10 мг/л приводило к появлению соответствующего по времени удерживания пика НА. Следовательно, присутствие в исследуемой воде органических веществ в данных условиях не препятствует анализу НА с использованием принятой хроматографической системы. Тем не менее при анализе природных вод на содержание НА в случаях появления пиков со временем удерживания, равным соответствующим НА, желательна специфическая идентификация последних (препаративной, тонкослойной хроматографией и т. д.). Такая необходимость, однако, отпадает в условиях эксперимента, когда исследователь имеет дело с заведомо известными веществами. Результаты исследований подтверждают возможность применения предложенного метода для анализа природных и питьевых вод на содержание НА.

В связи с тем что в природных водах, по всей вероятности, количество НА исчисляется в микрограммах (Fine и соавт.; Dure и соавт.), необходимо усовершенствование метода, чтобы снизить уровень определяемых концентраций НА. С этой целью на основе базового прибора ЛХМ-8МД можно применить программирование температуры в сочетании с системой отвода паров воды из колонки. В этом случае объем вводимых проб может быть увеличен до 200—250 мкл, а определяемые концентрации снижены до 0,05— 0,01 мг/л. Применение термоионного детектора, на 2—3 порядка более чувствительного к азотсодержащим соединениям, чем ПИД, позволит еще более понизить определяемый уровень НА в воде (до 0,001—0,001 мг/л). Также актуален и поиск эффективных методов концентрирования.

Таким образом, установлена возможность применения метода газовой хроматографии для прямого количественного определения ДМНА и ДЭНА в воде в концентрациях до 0,5 мг/л не только в модельных условиях, но и в воде, загрязненной органическими соединениями.

ЛИТЕРАТУРА. БерезкинВ. Г., ТатаринскийВ. С. Газохро-матографические методы анализа примесей. М., 1970, с. 67. — Бражников В. В. Дифференциальные детекторы для газовой хроматографии. М., 1974.—Дмитриев М. Т., К и т р о с с к и й Н. А. — «Гиг. и сан.», 1969, № 10, с. 69. — К а н н Ю. М., Каск К. А., Tay тс О. В. и др.—«Труды Таллинск. политехнического ин-та», 1973, № 33, с. 109. — D и г е G., W е i 1 d L., Q u е n t i п К. Е. — «Wasser u. Abwasser Forsch.», 1975, Bd 8, S. 20. — F i d d 1 e r W. — «Toxicol, appl. Pharmacol.», 1975, v. 31, p. 352. - Foster J. S„ M u r f i n L. W. — «Analyst», 1965, v. 90, p. 118. — H i 1 1 O. W., N e v e 1 H. A. — «Nature», 1965, v. 206, p. 708. — L u -ceroD. P. — «J. chromatogr. Sei.», 1972, v. 10, p. 463.

Поступила t/VI 1976 r.

УДК 614.77

[ Проф. Е. И. Гончарук, канд. сельскохозяйственных наук М. С. Соколов, Л. Б. Шостак, В. И. Геец, В. Г. Никоненок, А. С. Спасов

ПРИМЕНЕНИЕ МОДЕЛИ «РАСТЕНИЕ—ПОЧВА» ДЛЯ НОРМИРОВАНИЯ ХИМИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ В ПОЧВЕ

Киевский медицинский институт им. А. А. Богомольца

В условиях современного научно-технического прогресса происходит интенсивное целенаправленное и неплановое поступление экзогенных химических веществ в почву, что может привести к возникновению искусственных геохимических провинций, опасных для здоровья человека.

Научно обоснованным критерием безопасного содержания экзогенных химических веществ в почве является ПДК данного химического соедине-

ния. Для унификации и ускорения методики установления ПДК химических веществ в почве было предложено проводить гигиенические исследования на лабораторных модельных установках (Е. И. Гончарук; Е. И. Гончарук и соавт., 1975). Как известно, одним из показателей вредности при установлении ПДК экзогенных химических соединений в почве являются миграция и степень накопления препарата в тканях растения, выращенного на данной почве.

Для установления этого показателя вредности мы рекомендуем использовать модель «растение — почва», именуемую в дальнейшем «растение — МПЭ» и осуществляемую путем выращивания растений в лабораторной фитоклиматической установке на унифицированном модельном почвенном эталоне — МПЭ (Е. И. Гончарук и соавт., 1976). Предлагаемая нами импровизированная фитоклиматическая установка (см. рисунок) позволяет создавать в определенных пределах контролируемые микроклиматические условия и воспроизводить их в процессе культивирования растений. Применение такой установки дает возможность сократить с 3 лет до нескольких месяцев срок выбора растений для натурных исследований и установления критической концентрации 1 изучаемого препарата.

Исследования показали, что течение метаболических процессов у растений, выращиваемых в лабораторной фитоклиматической установке, близко к натурным, о чем свидетельствует сильная корреляция между данными, полученными нами при изучении распределения кельтана в системах редис — почва и редис — МПЭ.

В вегетационном опыте при установлении ПДК химического вещества в почве основным моментом является подбор тест-растення. При гигиеническом нормировании экзогенных химических веществ в почве под тест-растением мы понимаем такое растение, которое способно к максимальному накоплению изучаемого препарата в тканях и обладает умеренной чувствительностью к исследуемому соединению. Такое растение можно выбирать на основании уже имеющихся в литературе данных: например, овес, картофель, салат являются концентраторами тяжелых металлов; морковь, петрушка — хлорорганическнх инсектицидов (К. С. Стефанский; Edwards; Lichtenstein; Hurting и Harris). В тех случаях, когда в литературе еще нет сведений об избирательном накоплении изучаемого химического вещества в опыт в качестве тест-растения берется то растение, при выращивании которого чаще всего применяется данный препарат-. Наконец, в тех случаях, когда речь идет о вновь синтезированных, малоизученных химических соединениях или веществах, попадающих в почву со сточными водамч, промышленными выбросами, мы рекомендуем выбирать тест-растение с помощью предварительного лабораторного испытания группы растений на чувствительность и способность к избирательной кумуляции препарата. Анализ литературных данных и собственных наблюдений показал, что для подбора растений тест-претендентов могут выбираться лишь те, которые отвечают следующим требованиям:

1. Низкая или умеренная чувствительность к исследуемой группе веществ, устанавливаемая для каждого вида растений эмпирически по степени проявления фнтотоксического

1 Критическая концентрация — максимальная концентрация (в мг/кг) экзогенного химического соединения в почве, обеспечивающая миграцию и накопление его в растительной биомассе на уровне ПДОК.

2 В отдельных случаях для получения данных об избирательном накоплении химического вещества в полевых опытах следует брать не 1, а 3—4 вида растений, для обработки которых чаще всего применяют данный препарат.

Фитоклиматическая установка.

/ — таймер: 2 — панель управления; 3 — гравий 4 — МПЭ; 5 — температурное реле; 6 — вентилятор; 7 — источник света; 8 — тест-растение, 9 — дренажная трубка; 10 — вегетационный сосуд.

Таблица 1

Рекомендуемые условия культивирования растений тест-претендентов в фиток лиматической

лабораторной установке

Условия вегетации

почвенные климатические

Культура рн £ я л О О НПО и V. £ спектральный А Н и о X X Л н _ и о « ь = = >4 А = О температура воздуха (в град.) * л в н- — £ а

2 о я = 1! <С У Ч Ш о о И —X * состав (в им) £ о X ш о 1 и Я КО ? днем ночью еа « § О а а

Редис Кукуруза Салат Горох Овес 6,5 6,5 6,5 6,5 6,5 60—80 60-80 60—80 60—80 60-80 300—700 300—700 300—700 300—700 300—700 8000 6500 8000 8000 8000 16 10 12 16 12 18 23 20 23 20 10 18 16 16 16 50—60 50—60 50—70 60—70 50—60

действия химического вещества. Фитотоксичность химического соединения определяется в рекогносцировочных опытах по морфологическим изменениям тканей и органов растений (замедленный рост, деформация стебля, листьев и плодов, отмирание точек роста и т. д.) при внесении вещества в дозах, равных, кратных 3 от средних норм расхода препарата. Растения, обладающие высокой чувствительностью к исследуемому препарату, как правило, при внесении вещества в почвенный субстрат на уровне средней нормы расхода либо вообще не дают всходов, либо погибают в конце 2-й недели вегетации, не сформировав нормальной биомассы. Поэтому их нельзя использовать в качестве тест-претендентов. Они могут быть интересны лишь как фитоиндикаторы.

2. Быстрый рост в условиях относительного дефицита света.

3. Быстрое формирование надземной фитомассы или корнеплода.

На основании литературных данных, а также результатов собственных исследований вышеизложенным требованиям наиболее удовлетворяют следующие растения тест-претенденты: из крестоцветных — редис Сакса и хибинская капуста, из сложноцветных — салат, из злаковых — быстрорастущие сорта кукурузы (вир-42) и овес, из бобовых — горох (ранний) и фасоль Сакса. Срок вегетации этих культур достаточен для формирования растительной массы (надземной и подземной) и составляет от 2 до 4 нед (табл. 1).

Как видно из табл. 1, при культивировании растений в фитоклимати-ческой установке должны соблюдаться определенные почвенные и климатические условия.

Так, минимальная освещенность, необходимая для нормального роста растений, составляет 7000—8000 лк, или 30 000—35 000 эрг/с/см2 физиологически активной радиации (В. Н. Леман). При освещенности менее 5000 лк у растений наблюдается состояние зеленой этиоляции и т. д. (см. табл. 1).

Из перечисленных растений тест-претендентов выбирается 1 тест-рас-тение. Культивируя растения тест-претенденты в фитоклиматической установке на МПЭ, содержащем различные концентрации исследуемого химического вещества, выясняют его преимущественную локализацию в зеленой биомассе или корнеплодах по степени накопления препарата в растениях. При максимальном накоплении препарата в корнеплоде тест-претендентов в качестве тест-растения для дальнейших лабораторных и полевых исследований выбирается растение из группы сельскохозяйственных клубнекор-неплодов (морковь, свекла, картофель и т. д.). При накоплении исследуемого соединения в надземной биомассе в качестве тест-растения выбирают растения из группы сельскохозяйственных культур, надземная биомасса которых употребляется в пищу или идет на корм скоту.

Для решения вопроса о степени накопления препарата в растениях тест-претендентов используются следующие показатели: абсолютное содержание химического соединения в растительной биомассе, коэффициент распределения, скорость миграции препарата и скорость его детоксикацин. Абсолютное содержание характеризуется количеством препарата в растении, выраженное в миллиграммах на 1 кг сухой растительной массы. Чем выше абсолютное содержание препарата в изучаемом растении тест-претенденте, тем больше это растение подходит в качестве теста. Однако одного абсолют-

Таблица 2

Показатели степени накопления некоторых биоцидов в тканях растений тест-претендентов на 7-е и 15-е сутки после внесения препаратов в МПЭ

Препарат Культура Доза в кг/га КРп Абсолютное содержание (в нг на 1 кг сухой биомассы)

сутки

7-е 15-е 7-е 15-е | 7-е 15-е

Кельтан Редис 10 27,0 50,0 3,9 3,2 80,0 105,5

Пропанид Кукуруза 30 9,6 27,0 1,4 2,4 95,7 266,0

Линурон > 3 0.1 83,0 .0,01 11,8 0,09 43,6

3,4-ДХА препарат » 30 1,0 4,6 0,15 0,65 13,6 40,9

Пропанид Горох 15 0,02 25,0 0,001 3,5 0,09 107,0

Линурон » 1 0,3 41,0 0,04 5,8 0,09 11,0

3,4-ДХА препарат » 15 0,9 1,9 0,13 0,14 4,9 9,0

ного содержания порой еще для выбора тест-растения недостаточно. Необходимо знать также относительные показатели (коэффициент распределения, скорость миграции препарата, скорость детоксикации). Относительное содержание химического вещества в растении можно характеризовать коэффициентом распределения нативного препарата.

Коэффициент распределения нативного препарата (Крп) находят путем отношения абсолютного содержания химического вещества в тканях растения (в мг на 1 кг сухой биомассы) к содержанию этого соединения в питательном субстрате (почве) в пересчете на вес абсолютно сухой почвы.

Чем выше Крп при одинаковой дозе внесения препарата, тем больше препарата накапливается в растительной биомассе. Как показали наши исследования (табл. 2), при Крп<20, найденном на 15-е сутки после внесения химического соединения в МПЭ, существует вероятность активного накопления нативного препарата в тканях растения. Так, для линурона, кельтана и пропанида при накоплении препаратов в растительной биомассе кукурузы в количествах 43,6, 105,5, 266,0 мг на 1 кг сухой биомассы коэффициенты распределения составляют соответственно 83, 48 и 27. В то же время для 3,4-дихлоранилина (3,4-ДХА) при Крп<20 в тканях растения накапливается незначительное количество препарата. Таким образом, Крп характеризует способность растений тест-претендентов к активному накоплению того или иного химического соединения, а скорость накопления или скорость миграции нативного препарата (Ум) из почвы в растение является первой производной коэффициента распределения по времени и определяется по формуле:

где Ум — скорость миграции нативного препарата; Крп — коэффициент распределения нативного препарата; I — время, в течение которого происходит миграция нативного препарата из почвы в растение.

Если не известен аналитический вид коэффициента распределения, то для описания процесса миграции можно ограничиться нахождением его средней скорости (Ум)> которая определяется по формуле:

тт А (Крп)

где АКрп — изменение коэффициента распределения нативного препарата за промежуток времени А/.

Как показали наши исследования (см. табл. 2), чем выше скорость миграции препарата из питательного субстрата, тем больше химического соединения кумулируется в растительной биомассе и при Ум, большем 0,1, существует опасность активного накопления препарата в растении.

Для обоснованной оценки опасности накопления препарата и его метаболитов в тканях растения необходимо учитывать не только степень накопления, но и метаболическую деятельность ферментных систем клетки растения, так и параллельно с процессами миграции и накопления химического соединения в тканях растения происходят процессы детоксикации.

Для оценки степени детоксикации необходимо первоначально определить абсолютное содержание нетоксичных метаболитов в 1 кг сухой биомассы растения. Это абсолютное содержание нетоксичных метаболитов обычно выражают в процентах (В. М. Перелыгин). Для этого найденное в растительном экстракте количество нетоксичного метаболита в миллиграммах на 1 кг сухой биомассы растения выражают в процентах по отношению к суммарному количеству (в мг/кг) препарата \ содержащегося в этот же период в биомассе растения. По нашим данным, если абсолютное содержание метаболита не превышает 30% в течение первых 15 сут после поступления препарата в растение, то можно говорить о высокой степени детоксикации изучаемого препарата. Зная абсолютное содержание нетоксичных метаболитов, рассчитываем их относительное содержание, т. е. находим коэффициент распределения нетоксичного метаболита (КрМ) путем отношения содержания нетоксичного метаболита в растительной биомассе (в мг на 1 кг сухого веса) к суммарному содержанию нативного препарата и его метаболитов (нетоксичных и токсичных) в питательном субстрате (в мг на 1 кг сухого веса почвы).

Скорость детоксикации Уд является первой производной коэффициента распределения нетоксичных метаболитов по времени и находится по формуле;

„ Л(КРм) У* ~ <11*

где Уд — скорость детоксикации препарата в тканях растения; Крм — коэффициент распределения нетоксичного метаболита; / — время, в течение которого происходит детоксика-ция препарата в тканях растения.

При отсутствии аналитического вида Крм можно ограничиться нахождением его средней скорости (Ид), которая определяется по формуле:

77 А (Крм) М •

где ДКрм — изменение коэффициента распределения нетоксичного метаболита за промежуток времени ДI.

Чем выше скорость детоксикации, тем меньше вероятность накопления нативного препарата. Наши исследования показали, что при скорости детоксикации менее 1,5 существует опасность активного накопления неметаболизированного химического соединения.

На основании полученных абсолютных и относительных показателей степени накопления и детоксикации исследуемого химического соединения выбирают из группы растений тест-претендентов тест-растение для последующих лабораторных и полевых экспериментов. Чем выше степень накопления нативного препарата и ниже степень его детоксикации в биомассе растения тест-претендента, тем больше оно подходит для использования в качестве теста для последующих лабораторных и натурных исследований, так как при нормировании химических веществ в почве необходимо создавать экстремальные условия для оптимальной миграции и накопления препаратов в тест-растении (Е. И. Гончарук). Таким образом, чем больше данное растение подходит как тест для установления ПДК изучаемого препарата в почве, тем меньше данный препарат подходит для обработки этого растения и группы подобных сельскохозяйственных культур, используемых населением в качестве продуктов питания или на корм скоту.

Выбрав тест-растение, устанавливают затем критическую концентрацию химического вещества. Под критической концентрацией понимают максимальную концентрацию (в мг/кг) экзогенного химического соединения в почве, которая обеспечивает миграцию и накопление его в тканях на уровне ПДОК для данного препарата. Для установления критической концентрации используют возрастающую шкалу концентраций изучаемого вещества (например, 2, 4, 8, 16, 32 кг/га) при выращивании выработанного

1 Под суммарным количеством изучаемого препарата следует подразумевать содержание как нативного препарата, так и его токсичные и нетоксичные метаболиты, содержащиеся одномоментно в тканях исследуемого растения.

тест-растения. Та из концентраций, при которой к моменту созревания в то-варных органах тест-растения накапливается непревышающее ПДОК количество неметаболизированного препарата, считается критической. Найденная критическая концентрация уточняется затем в полевых условиях на выбранном тест-растении с учетом преимущественной локализации изучаемого препарата и широты использования данного растения в качестве^продукта питания или на корм скоту.

Таким образом, использование элемента экотоксикологической модели «растение — МПЭ» для гигиенических исследований позволяет решить следующие задачи: 1) изучить процессы распределения химического вещества в динамической системе растение — почва; 2) выбирать тест-растения из группы растений тест-претендентов; 3) установить ориентировочно критическую концентрацию экзогенного химического соединения; 4) научно обосновать запрет на применение данного препарата для обработки растений, предельно концентрирующих его в своей биомассе.

ЛИТЕРАТУРА. Гончару* Е. И., ЦиприянВ. И., Никоне-н о к В. Г. и др. — В кн.: Новейшие вопросы гигиены применения пестицидов. Киев, 1975, с. 36—37. — Г о н ч а р у к Е. И., С о к о л о в М. С., С п а с о в А. С. и др.—«Гиг. и сан.», 1976, № 4, с. 51—54.—Леман В. Н. Культура растений при электрическом освещении. М., 1971. — Перелыгин В. М. — В кн.: Материалы Съезда гигиенистов и санитарных врачей Азербайджана. Баку, 1975, с. 170—172. — С т е ф а н с к и й К. С. — В кн.: Гигиена применения, токсикология пестицидов и клиника отравлений. Вып. 6. Киев, 1968, с. 372. — Edwards С. A. Persistent Pesticides in the Enviroment. Cleveland, 1973, p. 170. — Lichtenstein E. P. — tj. Agricult. Food Chem.», 1967, v. 15, p. 864.

Поступила 24/1V 9176 г.

УДК 628.3 12:547.391.1

P. С. Ехина

РАЗДЕЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ АКРИЛОВОЙ И МЕТАКРИЛОВОЙ КИСЛОТ В ВОДЕ С ПОМОЩЬЮ ХРОМАТОГРАФИИ НА БУМАГЕ

Московский научно-исследовательский институт гигиены им. Ф. Ф. Эрисмана

Акриловая и метакриловая кислоты являются обязательными компонентами сточных вод при производстве акрилатов. Эти соединения, обладая различной токсичностью (ПДК акриловой кислоты составляет 0,5 мг/л, метакриловой — 1 мг/л), нормируются в воде водоемов по санитарно-токси-кологическому признаку вредности. Поэтому весьма важно раздельное определение этих кислот в воде при изучении санитарного состояния водоемов и контроле за сбросом сточных вод.

Описанные в литературе аналитические методы определения указанных веществ являются в основном групповыми или относятся к анализу технических и чистых веществ, воздуха.

Для раздельного определения акриловой и метакриловой кислот мы использовали метод бумажной хроматографии. В основу определения было положено переведение кислот в сложные эфнры и далее в нелетучие гидро-ксамовые производные, способные давать окрашенные комплексы с солями трехвалентного железа (Fink и Fink; Thompson; Л. К. Обухова, Ю. В. Абрамова).

Прежде всего мы специально исследовали возможность выделения акриловой и метакриловой кислот из воды. Было установлено, что эти кислоты не извлекаются из водных растворов органическими растворителями и не отгоняются с водяным паром. Изучаемые вещества удалось выделить из воды путем переведения их в натриевые соли с последующим экстрагированием 10% бутанолом в хлороформе (Н. И. Бродская и В. К. Цисковский).

Для проведения реакции этернфнкации был применен двухатомный спирт—этиленгликоль (Montgomery и Dymock).

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.