CC BY
42
2008
Известия ТИНРО
Том 154
УДК 628.394.17:597.553.1(265.54)
С.А. Черкашин1, Т.С. Пряжевская2, А.П. Черняев1, О.Н. Лукьянова1*
1 Тихоокеанский научно-исследовательский рыбохозяйственный центр,
690990, г. Владивосток, пер. Шевченко, 4
2 Дальневосточный государственный технический рыбохозяйственный
университет, 690950, г. Владивосток, ул. Луговая, 52Б
ВЛИЯНИЕ БЕНЗ(А)ПИРЕНА НА ВЫЖИВАЕМОСТЬ ПРЕДЛИЧИНОК ЯПОНСКОГО АНЧОУСА ENGRAULIS JAPONICUS
Исследовано влияние бенз(а)пирена (БП) на предличинок японского анчоуса Engraulis japonicus зал. Петра Великого (Японское море) летом 2005 г. Наибольший прирост гибели отмечали в первые 24 ч экспозиции. Медианные летальные концентрации БП (ЛК50) при 96-часовой экспозиции составили 210 нг/л при температуре 16-17 °С и 650 нг/л при температуре 18-21 °С. Максимальные недействующие концентрации БП (72-96-часовые ЛК0) в опытах с различным температурным режимом достоверно не различались и варьировали в пределах 610 нг/л. Концентрация БП в поверхностном слое вод Амурского залива в августе 2005 г. была минимальна (< 0,1 нг/л) во внешнем районе, у о. Рейнеке. Максимальная концентрация (0,55 нг/л) отмечена в воде интенсивно загрязняемой акватории у г. Владивосток. Приведенные результаты свидетельствуют о низкой устойчивости предличинок анчоуса к БП, однако его концентрации в водах Амурского залива не могут оказывать отрицательного влияния на их выживаемость при кратковременном воздействии.
Ключевые слова: бенз(а)пирен, токсичность, предличинки японского анчоуса, Амурский залив.
Cherkashin S.A., Pryazhevskaya T.S., Chernyaev A.P., Lukyanova O.N.
Effect of benzo(a)pyrene on prelarvae survival of japanese anchovy, Engraulis japonicus // Izv. TINRO. — 2008. — Vol. 154. — P. 270-275.
Effect of benzo(a)pyrene (BaP) on prelarvae of japanese anchovy, Engraulis japonicus, in Peter the Great Bay (Japan Sea) was investigated in summer 2005. This species is widely distributed and numerous in the Japan Sea and other areas of the North-West Pacific. The larvae were exposed to different concentrations of BaP (0.01, 0.1, 0.5, 1, 5, and 10 pg/l) during 96 hours. Results of the experiment were processed by the method of probit-analysis. The BaP toxicity for the anchovy prelarvae was similar or weaker than for other tests-objects investigated earlier. The BaP
* Черкашин Сергей Анатольевич, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник, e-mail: [email protected]; Пряжевская Татьяна Сергеевна, старший преподаватель; Черняев Андрей Павлович, кандидат химических наук, старший научный сотрудник, e-mail: [email protected]; Лукьянова Ольга Николаевна, доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник, e-mail: [email protected].
concentration 0.1-10.0 pg/l caused a significant mortality of the larvae, in particularly in the first 24 h. Median lethal concentrations (LC50) for 72 h exposition were 0.27+0.09 pg/l at the temperature 16-17 °C and 2.12+1.76 pg/l at the temperature 18-21 °C. For 96 h exposition, the LC50 were 0.21+0.06 and 0.65+0,28 pg/l, accordingly. The maximal ineffective concentrations of BaP (LC0) were 6-10 ng/l, with slight dependence on the duration and temperature of exposition.
The BaP distribution in the Amur Bay (Peter the Great Bay, Japan Sea) was surveyed in August 2005. The samples of seawater were collected at the sea surface only. The minimal concentration (< 0.1 ng/l) was detected in the external part of the Bay, and the highest one (0.55 ng/l) — in the area of intensive anthropogenic pollution near Vladivostok. Thus, although the BaP is highly toxic, its maximal ineffective concentration for anchovy prelarvae exceeds the background concentrations in the waters of Peter the Great Bay, even in the most wasted areas. Therefore the BaP has no negative influence on the anchovy prelarvae survival.
Key words: benzo(a)pyrene, toxisity, prelarvae, japanese anchovy, Amur Bay.
Введение
Бенз(а)пирен (БП) является одним из наиболее опасных и широко распространенных полиароматических углеводородов (ПАУ), увеличение концентраций которых, наблюдаемое в последнее время в Мировом океане (Володкович, Наумова, 2000), вызвано в основном антропогенным загрязнением (Witt, 2002; Hylland, 2006). Известно, что наименее устойчивы к влиянию загрязнения мелкоразмерные животные, особенно на ранних этапах онтогенеза (Патин, 1997, 2001; Carls et al., 2000, 2002; Черкашин, 2001, 2005; Пряжевская, Черкашин, 2007). Состояние и выживаемость ихтиопланктона ухудшились в загрязненных нефтяными углеводородами прибрежных водах Австралии (Klumpp, von Westernhagen, 1995), в Северном море (Anonymous, 1990; MacGarvin, 1995), в районах нефтегазовых месторождений на шельфе восточного Сахалина (Давыдова, Черкашин, 2007).
В опытах с несколькими видами рыб обнаружено, что особенно пагубное воздействие нефтяные углеводороды оказывают на личиночные стадии, что, по всей вероятности, объясняется наличием у икры защитных оболочек (Rice et al., 1977; Pollino, Holdway, 2002). Приведенные факты достаточно убедительно свидетельствуют о вероятности негативных последствий загрязнения среды неф-теуглеводородами, включающими ПАУ, и необходимости исследований влияния БП на биоту дальневосточных морей России.
В последние годы предложен новый способ оценки токсичности загрязнителей на предличинках японского анчоуса Engraulis japonicus (Пат. № 2215290; Черкашин и др., 2004). Икра и личинки этого массового промыслового вида многочисленны в теплый период года в поверхностном слое прибрежных вод, легко культивируются в лабораторных условиях и весьма уязвимы к воздействию различных загрязняющих веществ. Цель настоящей работы состояла в оценке влияния бенз(а)пирена на выживаемость предличинок японского анчоуса в Амурском заливе Японского моря.
Материалы и методы
Икру рыб отлавливали в июле 2005 г. из поверхностного слоя у о. Рейнеке в зал. Петра Великого с помощью заякоренной поверхностной планктонной сети типа Маручи-Ами и затем инкубировали в лаборатории. Опыты с предличинка-ми анчоуса проводили в соответствии с методикой, подробно описанной ранее (Пат. № 2215290; Черкашин и др., 2004). Исследуемые концентрации получали добавлением в экспериментальные емкости с 5 предличинками необходимого количества БП, растворенного в ацетонитриле, доводя после этого объем испытуемых сред до 50 мл. Разведения готовили в трехкратной повторности. Конт-
рольные серии с чистой водой или раствором адетонитрила ставили также в трехкратной повторности.
Диапазон летальных кондентрадий БП устанавливали на основании результатов предварительных опытов. Всего в двух основных опытах при температуре растворов 16,0-17,0 и 18,0-21,0 °С исследовали по 5 кондентрадий. Температурные диапазоны соответствовали условиям инкубадии икры и суточным изменениям.
Поскольку в ходе эксперимента наблюдали гибель личинок как в растворах БП, так и в контрольных группах, для нивелирования данного эффекта при расчете среднего показателя смертности в каждой исследуемой кондентрадии рассчитывали количество погибших личинок в опыте по отношению к контролю. При установлении зависимости "доза—эффект" использовали метод пробит-ана-лиза, рекомендуемый для количественного анализа результатов токсикологических опытов (Лакин, 1973; Rice et al., 1977; Руководство ..., 2002; Коросов, 2003; Sato et al., 2005), реализованный в MS Excel (Черкашин и др., 2004). За последовательный ряд сроков — 24, 48, 72 и 96 ч — рассчитывали зависимость " доза— эффект", которая отражалась уравнением линейной регрессии:
Y = bLgX + A,
где X — кондентрадия изучаемого вещества; Y — эффект (показатель гибели в пробитах), производимый данной кондентрадией.
Оденивая токсичность БП, определяли ЛК50 и ЛК0 — кондентрадии, вызывающую гибель 50 % взятых для опыта организмов и максимальную не действующую на выживаемость в течение заданного срока наблюдений.
Ошибку ЛК50 вычисляли по формуле:
о
m = ,—,
4Ñ
где о — величина стандартного отклонения; N — общее число животных в группах, летальность в которых была не менeе 6,7 % (пробит 3,5) и не болeе 93,3 % (пробит 6,5).
Величина стандартного отклонения составляет половину разности между кондентрадиями, вызывающими гибель 84 и 16 % особей:
о = (ЛК84 - ЛК16)/2.
Значения этих кондентрадий вычисляли с помощью уравнения "доза—эффект", используя пробиты 5,99 (84 %) и 4,01 (16 %).
Определение содержания бенз(а)пирена производили в пробах, отобранных из поверхностного слоя (до 20 см) воды 4 районов Амурского залива в августе 2005 г. методом обращено-фазовой высокоэффективной жидкостной хроматографии.
Результаты и их обсуждение
Анализ результатов экспериментов с БП, проведенных при двух температурных режимах, показал, что по мере увеличения длительности экспозидии смертность предличинок рыб возрастала. В большинстве кондентрадий, особенно в максимальных, наибольший прирост гибели отмечали в первые 24 ч экспозидии. Характерно и уменьшение показателей ЛК50 во временном промежутке 48-96 ч (см. таблиду). Максимальные нелетальные кондентрадии (ЛК0) при 48-96-часовых экспозидиях были близки и варьировали при температуре 16,0-17,0 оС в пределах 6-7 нг/л.
Расчетные значения ЛК0 БП при температуре 18-21 оС оставались примерно такими же (9-14 нг/л). Все эти величины достоверно не отличались друг от друга при уровне значимости Р = 0,05. Значение ЛК50 при увеличении длительности экспозидии с 48 до 96 ч снизилось с 6,649 до 0,651 мкг/л, т.е. произошло
более резкое увеличение гибе- Пороговые и летальные концентрации (ЛК)
ли к завершению опыта, чем бенз(а)пирена для предличинок анчоуса
при температуре 16_17 оС (см при различных сроках экспозиции, мкг/л
таблицу). Четко выраженная Maxtaa1 mdfed^ (L^,) and ЫМ ^га^ю^
(LC,nJ ot benzo[a]pyrene tor prelarvae ot lapanese тенденция к повышению ток- ,100 j ¿i. • ■ i i /i
anchovy under the various exposure period, mkg/l
Температура, оС ЛК0 ЛК16 ЛК50 ЛК84
48 ч
16-17 0,01 0,06 3,12±3,46 60,15
18-21 0,01 0,37 6,65±7,66 119,11
72 ч
16-17 0,01 0,05 0,27±0,09 1,58
18-21 0,01 0,08 2,12±1,76 103,78
96 ч
16-17 0,01 0,04 0,21±0,06 1,03
18-21 0,01 0,09 0,65±0,28 4,49
сичности БП в опытах на пред-личинках анчоуса при более низкой температуре растворов, видимо, вызвана его замедленным разрушением.
Сравнение результатов экспериментов по изучению влияния БП на предличинок японского анчоуса с данными других исследований показывает, что этот тест-объект менее устойчив, чем, например,
эмбрионы кижуча Oncorhynchus kisutch, микижи Oncorhynchus my kiss (Ostrander et al., 1988; Ostrander, 1990) и личинки рыб Spaus macrocephalus (Wang et al., 2007).
Рассчитанные нами значения максимальных недействующих концентраций (96-часовых ЛК0) БП для предличинок анчоуса (7-10 нг/л) выше его известных концентраций в поверхностном слое вод открытых районов Тихого океана (Изра-эль, 1989). В шельфовых районах Охотского моря в поверхностном слое вод концентрации БП в 1993 г. варьировали в пределах 3-15 нг/л, тогда как в поверхностных водах восточной части Сахалинского шельфа над Пильтун-Астох-ским нефтегазовым месторождением содержание БП в 1994 г. достигало 109224 нг/л (Немировская, 2004). Значения 96-часовой ЛК50 БП в наших опытах с предличинками японского анчоуса составляли 210-651 нг/л (см. таблицу), т.е. загрязненные ПАУ воды в районах углеводородных месторождений способны вызывать значительную смертность и патологию эмбрионов и личинок рыб. Это и было показано летом 2002 г. при изучении ихтиопланктона шельфа восточного Сахалина (Давыдова, Черкашин, 2007).
Однако в водах Амурского залива (зал. Петра Великого), подверженных интенсивному антропогенному загрязнению, в 1 м от дна концентрация БП в среднем составляла 0,4 ± 0,2 нг/л (Аникиев и др., 1987). Влияние локальных источников загрязнения (р. Раздольной, г. Владивосток) сказывалось только на ближайших станциях. В центре антициклонической циркуляции с малыми скоростями течений концентрация БП достигала 0,7 нг/л, в то время как на остальных 6 станциях — приблизительно 0,3 нг/л.
Заключение
В результате оценки содержания БП в поверхностном слое вод Амурского залива летом 2005 г. нами обнаружено, что его концентрация была максимальна (0,55 нг/л) у дельфинария, расположенного поблизости от Спортивной Гавани, интенсивно загрязняемой прибрежной акватории г. Владивосток. В центральной части залива содержание БП снижалось до 0,16 нг/л. У мыса Низкого о. Попова концентрация БП составляла 0,25 нг/л, а у о. Рейнеке — была меньше нижней границы определяемых концентраций (< 0,10 нг/л). Следовательно, существующие в последние годы в водах Амурского залива относительно низкие уровни БП при кратковременном воздействии (96 ч) не могут оказывать отрицательного влияния на выживаемость предличинок японского анчоуса. Однако при аварийных разливах нефтепродуктов концентрации ПАУ значительно выше и могут
превысить расчетные экспериментальные значения максимальных нелетальных концентраций для ихтиопланктона.
Список литературы
Аникиев В.В., Мишуков В.Ф., Урбанович М.Ю. Уровни содержания органических загрязняющих веществ в прибрежной зоне Южно-Китайского и Японского морей // Тр. ДВНИИ : Вопросы мониторинга природной среды. — Л. : Гидрометеоиздат, 1987. — Вып. 131. — С. 89-94.
Володкович Ю.Л., Наумова А.Ю. Особенности распределения бенз(а)пирена в морских водах в период 1981-1993 гг. // Динамика экосистем Берингова и Чукотского морей. — М. : Наука, 2000. — С. 260-268.
Давыдова С.В., Черкашин С.А. Ихтиопланктон восточного шельфа о. Сахалин и его использование как индикатора состояния среды // Вопр. ихтиол. — 2007. — Т. 47, № 4. — С. 494-505.
Израэль Ю.А. Антропогенная экология океана : монография / Ю.А. Израэль, А.В. Цыбань. — Л. : Гидрометеоиздат, 1989. — 528 с.
Коросов А.В. Количественные методы экологической токсикологии : учеб.-метод. пособие / А.В. Коросов, Н.М. Калинкина. — Петрозаводск : ПетрГУ, КНЦ, 2003. — 52 с.
Лакин Т.Ф. Биометрия : монография. — М. : Высш. шк., 1973. — 343 с.
Немировская И.А. Углеводороды в океане (снег—лед—вода—взвесь — донные осадки) : монография. — М. : Науч. мир, 2004. — 328 с.
Пат. № 2215290 РФ. Способ оценки токсичности загрязнителей вод дальневосточных морей / Черкашин С.А., Никифоров М.В. — Заявлено 19.12.2001; Опубл. 27.10.2003; Бюл. № 30.
Патин С.А. Нефть и экология континентального шельфа : монография. — М. : ВНИРО, 2001. — 247 с.
Патин С.А. Экологические проблемы освоения нефтегазовых ресурсов морского шельфа : монография. — М. : ВНИРО, 1997. — 350 с.
Пряжевская Т.С., Черкашин С.А. Влияние нефтеуглеводородов на ранний онтогенез рыб // Изв. ТИНРО. — 2007. — Т. 149. — С. 359-365.
Руководство по определению методом биотестирования токсичности вод, донных отложений, загрязняющих веществ и буровых растворов. — М. : РЭ-ФИА, НИА-Природа, 2002. — 118 с.
Черкашин С.А. Биотестирование: терминология, задачи, основные требования и применение в рыбохозяйственной токсикологии // Изв. ТИНРО. — 2001. — Т. 128. — С. 1020-1035.
Черкашин С.А. Отдельные аспекты влияния углеводородов нефти на рыб и ракообразных // Вестн. ДВО РАН. — 2005. — № 3. — С. 83-91.
Черкашин С.А., Никифоров М.В., Шелехов В.А. Использование показателей смертности предличинок морских рыб для оценки токсичности цинка и свинца // Биол. моря. — 2004. — Т. 30, № 3. — С. 247-252.
Anonymous. Deformed fish embryos in the North Sea // Mar. Pollut. Bull. — 1990. — Vol. 21, № 3. — P. 106.
Carls M.G., Hose J.E., Thomas R.E. et al. Exposure of Pacific herring to weathered crude oil: Assessing effects on ova // Environ. Toxicol. Chem. — 2000. — Vol. 19, № 6. — P. 1649-1659.
Carls M.G., Marty G.D., Hose J.E. Synthesis of the toxicological impacts of the Exxon Valdez oil spill on Pacific herring (Clupea pallasi) in Prince William Sound, Alaska, U.S.A. // Can. J. Fish. Aquat. Sci. — 2002. — Vol. 59. — P. 153-172.
Hylland K. Polycyclic aromatic hydrocarbon (PAH) ecotoxicology in marine ecosystems // J. of Toxicology and Environmental Health. Part A; Current Issues. — 2006. — Vol. 69, № 1-2. — P. 109-123.
Klumpp D.W., Westernhagen H. von. Biological effects of pollutants in Australian tropical coastal waters: embryonic malformations and chromosomal aberrations in developing fish eggs // Mar. Pollut. Bull. — 1995. — Vol. 30, № 2. — P. 158-165.
MacGarvin M. The implications of the precautionary principle for biological monitoring // Helgolander Meeresuntersuchungen. — 1995. — Vol. 49, № 1-4. — P. 647-662.
Ostrander G.K. Decreased performance of rainbow trout Oncorhynchus mykiss emergence behaviors following embryonic exposure to benzo[a]pyrene // Fish. Bull. U.S. — 1990. — Vol. 88, № 3. — P. 551-555.
Ostrander G.K., Landolt M.L., Kocan R.M. The ontogeny of coho salmon (Oncorhynchus kisutch) behavior following embryonic exposure to benzo[a]pyrene // Aquat. Toxicol. — 1988. — Vol. 13, Is. 4. — P. 325-346.
Pollino C.A., Holdway D.A. Toxicity Testing of Crude Oil and Related Compounds Using Early Life Stages of the Crimson-Spotted Rainbowfish (Melanotaenia fluviatilis) // Ecotoxicol. Environ. Saf. — 2002. — Vol. 52, Is. 3. — P. 180-189.
Rice S.D., Short J.W., Karinen J.F. Comparative oil toxicity and comparative animal sensitivity // Fate and effects of petroleum hydrocarbons in marine ecosystems and organisms. — N.Y. : Pergamon Press, 1977. — P. 78-94.
Sato T., Watanabe Y., Toyota K. and Ishizaka J. Extended probit mortality model for zooplankton against transient change of PCO2 // Mar. Pollut. Bull. — 2005. — Vol. 50, Is. 9. — P. 975-979.
Wang S.H., Wang X.H., Hong H.S. et al. Effects of benzo[a]pyrene and methami-dophos on leukocyte profiles of Spaus Macrocephalus larvae // 5th International Conference on Marine Pollution and Ecotoxicology. — Hong Kong, 2007. — P. 105.
Witt G. Occurrence and transport of polycyclic aromatic hydrocarbons in the water bodies of the Baltic Sea // Marine Chemistry. — 2002. — Vol. 79, № 2. — P. 49-66.
Поступила в редакцию 18.03.08 г.
