Влияние электромагнитного излучения коротковолновых частот на устойчивость гидробионтов к солям тяжелых металлов Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

УДК 574.24

ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ КОРОТКОВОЛНОВЫХ ЧАСТОТ НА УСТОЙЧИВОСТЬ ГИДРОБИОНТОВ К СОЛЯМ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ

© 2012 Н А. Шилова, С.М. Рогачева, М.В. Линник

Саратовский государственный технический университет имени Ю.А. Гагарина

Поступила в редакцию 09.10.2012

Исследован эффект воздействия электромагнитного излучения коротковолновых частот (ЭМИ КВЧ) низкой интенсивности на микроводоросли Scenedesmus quadricauda и рачков Daphnia magna Straus в условиях загрязнения водных сред ионами тяжелых металлов, в частности Ni2+, Cu2+, Co2+, Zn2+ в диапазоне концентраций от 1 до 0,001 мг/л. Показано, что под действием ЭМИ у гидробио-нтов повышается толерантность к воздействию тяжелых металлов.

Ключевые слова: Daphnia magna, Scenedesmus quadricauda, тяжелые металлы, фильтрационная активность, флуоресценция хлорофилла, биотестирование, токсичность

В настоящее время наибольшая техногенная нагрузка приходится на водные объекты. Постоянно возрастающий уровень антропогенного воздействия на водную среду повсеместно приводит к ее деградации, под которой понимается ухудшение качества среды. В общем объеме токсического загрязнения водной среды основную часть составляет загрязнение тяжелыми металлами. Актуальной является задача экологической реабилитации и восстановления заросших и зеленеющих деградированных водоемов. Восстановление водных экосистем возможно путем искусственного внесения микроскопических продуцентов и ракообразных фильтраторов. Эти гидробионты являются основными звеньями трофических цепей. Они чрезвычайно чувствительны к техногенным загрязнениям, и повышение их устойчивости будет способствовать восстановлению нарушенных экосистем, что в конечном итоге приведет к самоочищению водоема. Известно, что ЭМИ КВЧ низкой интенсивности способно повышать адаптационные способности биосистем различного уровня организации к техногенной нагрузке [1].

Цель исследований: определить эффекты воздействия ЭМИ КВЧ низкой интенсивности на микроводоросли Scenedesmus quadricauda и рачков Daphnia magna Straus в условиях загрязнения водных сред солями тяжелых металлов.

Шилова Наталья Александровна, аспирантка. E-mail: tysacomsa@rambler. ru

Рогачева Светлана Михайловна, доктор биологических наук, профессор, заведующая кафедрой «Природная и техносферная безопасность». E-mail: [email protected]

Линник Мария Владимировна, студентка

Материалы и методы. Эксперименты проводились в растворах сульфатов Ni2+, Cu2+, Co2+, Zn2+ с концентрацией 1,0; 0,1; 0,01; 0,001; 0,0001 мг/л. В качестве источника ЭМИ КВЧ низкой интенсивности использовали генератор Г4-142 (частота 65 ГГц, плотностью потока энергии 120 мкВт/см2, время облучения 30 минут). Объектами исследования служили одноклеточные зеленые водоросли Scenedesmus quadricauda и рачки Daphnia magna Straus. Тест-объекты были разделены на 2 группы: необлу-ченные (1-я группа) и облученные (2-я группа). В каждой группе ставился контроль. Использовали альгологически чистую культуру микроводорослей, находящуюся в экспоненциальной стадии роста. Для поддержания этой стадии роста пересев культуры осуществляли ежедневно. Культуру водорослей выращивали на среде Пра-та в конических плоскодонных колбах объемов 250-300 см3 в люминостате с интенсивностью освещения не менее 2000-3000 лк при температуре (20±2)°С. Для определения токсичности вышеперечисленных растворов была использована стандартная методика биотестирования водной среды по изменению уровня флюоресценции хлорофилла водорослей [2]. Критерием токсичности среды являлось подавление интенсивности флуоресценции (If) хлорофилла водорослей по сравнению с контролем. Измерения проводили на спектрофлуориметре «Флюорат-02-Панорама». В контрольных колбах If замеряли через 30 минут и 72 часа от начала биотестирования. Замеры If в исследуемых растворах проводили в конце эксперимента (72 часа), рассчитывали относительное изменение параметра, в %. Культуру дафний выращивали в помещении, не содержащем токсических паров или газов. Оптимальная температура для культивирования

Известия Самарского научного центра Российской академии наук, том 14, №5(3), 2012

дафний и биотестирования составляла 20±2°С, освещенность 400-600 лк при продолжительности светового дня 12-14 ч. Дафний кормили одноклеточной зеленой водорослью Scenedesmus quadricauda. Биотестирование с использованием рачков выполняли в пробирках объемом 100 мл, которые заполняли 50 мл исследуемых растворов. В каждую пробирку помещали по 10 дафний в возрасте 6-24 ч. Биотестирование проводили при температуре 20°С и 12-часовом световом дне. Через 24 часа после воздействия ЭМИ дафний помещали в растворы солей металлов, оставляли их на сутки, корм не добавляли. Через сутки в пробы помещали водоросли Scenedesmus quadricauda. На спектрофлуориметре «Флюорат-02-Панорама» измеряли интенсивность флуоресценции сред сразу после добавления водорослей и по прошествии 1 часа. Определение фильтрационной активности проводили методом, описанным в работе [3].

Расчет фильтрационной активности D. magna (F) проводили по формуле:

диапазоне исследуемых концентраций 0,0001-1 мг/л снижается на 66-88%.

F =

\(It /Io -1ф )V|

nt

A)

где V - общий объем пробы, мл; n - количество дафний в пробе, шт.; t - время опыта, час; It/Io -коэффициент, соответствующий интенсивности флуоресценции в конечный (It) и начальный (Io) момент опыта; ^ - коэффициент, соответствующий фоновой интенсивности флуоресценции; F - объем воды, профильтрованный дафнией в единицу времени, мл/даф.час.

Эксперименты проводили трижды. Математическую обработку проводили с использованием компьютерной программы Microsoft Excel. Рассчитывали среднее арифметическое, доверительный интервал, стандартное отклонение. Статистическая достоверность всех представленных результатов оценивалась с использованием t-критерия Стьюдента и составляла 95%.

Результаты и обсуждение. Известно, что ростовая и фотосинтетическая активности водоросли Scenedesmus quadricauda, которые определяют по интенсивности флуоресценции хлорофилла, являются показателями уровня токсичности среды и степени толерантности организмов к этой среде. Нами изучалось влияние растворов солей Ni, Cu, Co, Zn в концентрациях 1,0; 0,1; 0,01; 0,001; 0,0001 мг/л на интенсивность флуоресценции клеток микроводорослей предварительно облученных ЭМИ 65 ГГц и необлучен-ных (рис. 1).

Из рис. 1А видно, что присутствие тяжелых металлов в среде приводит к снижению интенсивности флуоресценции культуры водорослей. Наибольшей токсичностью для клеток обладают ионы меди: интенсивность флуоресценции хлорофилла в присутствии сульфата меди в

Н1 мг/л НО ,1 мг/л □ Dpi мг/л SOPPI мг/л SPP0P1 мг/л ^—контроль контроль (Э№1)

Б)

Рис. 1. Относительные значения интенсивности флуоресценции хлорофилла водорослей, подвергнутых: А - изолированному воздействию ионов металлов, Б -комбинированному с ЭМИ воздействию ионов металлов. За 100% принимали уровень флуоресценции хлорофилла необлученной культуры Бс. Quadricauda

Наименьшее воздействие оказывает сульфат никеля: интенсивность флуоресценции хлорофилла при его наличии в среде в тех же концентрациях уменьшается на 20-60%. При облучении клеток ЭМИ интенсивность их флуоресценции после инкубирования в среде с солями металлов значительно возрастает (рис. 1Б). Так, для ионов меди и цинка (1 мг/л) - этот показатель увеличивается по сравнению с полученным для необлученной культуры в 2,5 раза; для ионов кобальта (1 мг/л) - в 2 раза, для ионов никеля (1 мг/л) - в 1,5 раза. Отмечено, что чем выше концентрация соли металла и чем токсичнее металл, тем в большей степени снижается уровень его воздействия на облученные ЭМИ клетки микроводорослей.

Для оценки жизнеспособности дафний, облученных ЭМИ и необлученных, в присутствии ионов металлов в различных концентрациях нами определялись показатели их смертности и фильтрационной активности (рис. 2). Полученные результаты (рис. 2А) свидетельствуют о том, что фильтрационная активность дафний 1 -ой группы уменьшается во всех тестируемых растворах солей металлов. Наибольшее влияние

оказывают ионы меди. Растворы СuSO4 1,0 и 0,1 мг/л вызывают 100% гибель тест-объектов, как необлученных, так и облученных ЭМИ, в течение 24 часов. Соль меди в концентрациях 0,00010,01 вызывает снижение фильтрационной активности на 20-27%.

А)

iü

Fife.- - =

□ 1 Mry/iEGJ МГ/ЛЕЭ0Р1 мг/лПОРО! мг/лНйр0Ш мг/л - контроль гантоольОМИ]

Наиболее значительное снижение фильтрационной активности дафний зафиксировано в присутствии сульфатов цинка и никеля в концентрации 1,0 мг/л - на 70 и 55%, соответственно. У дафний, предварительно облученных ЭМИ, фильтрационная активность заметно увеличивается. В присутствии солей металлов в концентрациях меньше 0,01 мг/л она приближается к контрольным значениям и даже превышает их. В присутствии солей цинка, никеля и кобальта в концентрациях 1,0; 0,1 мг/л она увеличивается по сравнению с активностью необлу-ченной культуры в среднем на 20%.

Выводы: установлено, что предварительное воздействие ЭМИ 65 ГГц низкой интенсивности на микроводоросли Scenedesmus quadri-cauda и рачков Daphnia magna увеличивает жизнеспособность гидробионтов в водных средах, содержащих ионы тяжелых металлов, в частно-

сти №2+, ^2+, ^2+, Zn2 в диапазоне концентраций от 1 до 0,001 мг/л. Это еще раз подтверждает адаптационный эффект ЭМИ КВЧ на живые системы.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Зотова, Е.А. Влияние комбинированного воздействия электромагнитного излучения и химических реагентов на биологические системы: автореф. дис. ... к. б.н. - Саратов, 2007. 20 с.

2. ФР 1.39.2007.03223 Методика определения токсичности вод, водных вытяжек из почв, осадков сточных вод и отходов по изменению уровня флуоресценции хлорофилла и численности клеток водорослей.

3. Маторин, Д.Н. Биотестирование токсичности вод по скорости поглощения дафниями микроводорослей, регистрируемых с помощью флуоресценции хлорофилла / Д.Н. Маторин, П.С. Венедиктов // Вестник Московского университета. Сер. 16, Биология. 2009. №3. С. 28-33.

,2+

Б)

Рис. 2. Относительные значения фильтрационной активности дафний, подвергнутых: А - изолированному воздействию ионов металлов, Б -комбинированному с ЭМИ воздействию ионов металлов. За 100% принимали фильтрационная активность необлученных рачков Daphnia magna

INFLUENCE OF SHORT-WAVE FREQUENCIES ELECTROMAGNETIC RADIATION ON HYDROBIONTS STABILITY TO SALTS OF HEAVY METALS

© 2012 N.A. Shilova, S.M. Rogatchyova, M.V. Linnik

Saratov State Technical University named after Yu.A. Gagarin

The effect of impact of short-wave frequencies electromagnetic radiation (SVF EMR) of low intensity on microalga of Scenedesmus quadricauda and crustaceans Daphnia magna Straus in the conditions of water pollution by ions of heavy metals, in particular Ni2+, by Cu2+, Co2+, Zn2+ in a range of concentration from 1 to 0,001 mg/l is investigated. It is shown that under the influence of EMR at hydrobionts tolerance to influence of heavy metals raises.

Key words: Daphnia magna, Scenedesmus quadricauda, heavy metals, filtrational activity, chlorophyll fluorescence, biotesting, toxicity

Nataliya Shilova, Post-graduate Student. E-mail: [email protected]; Svetlana Rogachyova, Doctor of Biology, Professor, Head of the Department "Natural and Technospheric Safety". E-mail: [email protected]; Maria Linnik, Student