CC BY
14УДК 595.324.2.08+[574.64:595.324.2] 08
Г.А.Папченкова, Л.П.Гребенюк
ВЛИЯНИЕ СУБЛЕТАЛЬНЫХ КОНЦЕНТРАЦИЙ ГЕРБИЦИДА РАУНДАП
НА РАЗМЕРЫ, ПЛОДОВИТОСТЬ И МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ DAPHNIA MAGNA STRAUS (CLADOCERA)
Институт биологии внутренних вод им. И.Д.Папанина РАН, Борок, Ярославская обл.
Исследовано влияние концентраций 50,0 и 25,0 мг/л раундапа (в пересчете на глифосат) в ряду поколений Daphnia magna Straus. Отмечено негативное влияние токсиканта на плодовитость, размеры и степень пигментации Daphnia magna на всем протяжении воздействия, начиная с первого поколения. Воздействие раундапа на морфологические параметры D. magna прослеживается c IV поколения и выражается в появлении патоморфологических отклонений в строении ряда структур рачков.
Ключевые слова:раундап, Daphnia magna, токсикант, репродукция, морфологические аномалии.
Введение. Одним из широко применяемых в последние десятилетия гербицидов является «Раундап», а также его аналоги по активному веществу «Торнадо», «Аккорд», «Ураган форте» и др., представляющие собой водный раствор гли-фосата [М-(фосфонометил) глицин] или изо-пропиламиновую соль глифосата. Это высокотехнологичные системные гербициды широкого спектра действия, предназначенные для применения на паровых полях, в садах и виноградниках, в лесном хозяйстве, на промышленных объектах и приусадебных участках. В силу повсеместного применения этих гербицидов необходимо изучение их токсических свойств в разных экосистемах, в том числе и в водной. Литературные данные по исследованию токсичности глифосата по отношению к гидробионтам в основном касаются оценки острой токсичности [4, 6 и др.] и хронического влияния витальных концентраций гербицида [2] или защите водных экосистем от попадания в них гербицида [5]. Влияние сублетальных концентраций раундапа на жизнедеятельность гидробионтов в литературе не обсуждалось.
Целью настоящего исследования стало изучение влияние раундапа в заведомо установленной сублетальной концентрации 50,0 мг/л (в пересчете на глифосат) на рост, плодовитость и частоту морфологических аномалий в четырех поколения Daphnia magna Straus. Выбор D. magna в качестве тест-объекта обусловлен тем, что ракообразные являются важным трофическим звеном водных экосистем, обладают высокой чувствительностью к токсикантам, легко культивируются и имеют высокую скорость воспроизводства.
Материал и методы исследования. Влияние сублетальной концентрации раствора раундапа определяли методом тестирования согласно методике Государственного комитета РФ по охране окружающей среды [3]. Эксперимент проводился на культуре D. magna, размножающейся в условиях лаборатории партеногенезом. Культуру непрерывно поддерживали в лаборатории в 1,5-литровых аквариумах с дехлорированной водопроводной водой при 22—25°C. Тестирование проводили в 15-суточном тесте. Тест был выбран как оптимальный для решения поставленной задачи, так как за это время рачок развивался до половозрелой особи и давал 2—3 выводка, молодь из 3-его выводка использовали для запуска линии следующего поколения. Генетически однородных рачков, возраст которых был менее 24 ч, рассаживали в стаканы объемом 250 мл с 125 мл среды по 1 штуке в каждый, в 10 повторностях для каждой концентрации токсиканта и контроля. Особи контрольного варианта развивались в такой же воде, как и поддерживаемая культура. На этой же воде готовили растворы раундапа сублетальной концентрации 50,0 мг/л и для сравнения раствор концентрацией 25,0 мг/л (в пересчете на глифосат). Среда обновлялась через 3 дня. Рачков ежедневно кормили суспензией клеток водоросли Chlorella vulgaris Beyer., культура которой поддерживается в лаборатории. Один раз в сутки в одно и тоже время контролировали наличие или отсутствие помета, пересчитывали народившуюся молодь, выборочно измеряли ее длину. Измерения проводили под бинокулярным микроскопом при увеличении х8. Длину тела измеряли от вершины головы до основания хвостовой иг-
лы. На 15-й день эксперимента измеряли длину взрослых самок. Всего проанализировано IV поколения, в том числе родительское (I), отличающееся от последующих поколений тем, что особи его не подвергались воздействию токсиканта на стадиях оогенеза и эмбриогенеза. После завершения эксперимента подсчитывали в каждом поколении суммарную плодовитость на 1 самку за 15 суток эксперимента, число пометов на 1 самку за 15 суток и количество новорожденных в одном вымете.
Для приготовления растворов токсиканта использовали гербицид, имеющий торговое название «Раундап». Средство представляет собой водный раствор 360 г/л глифосата. Инертные ингредиенты, усиливающие действие активного элемента или облегчающие использование гербицида, ни в аннотации, ни в тексте на упаковке не указаны. Производитель глифосат-содержа-щих гербицидов — компания Монсанто (США). В России средство произведено и расфасовано фирмой ГРИН БЭЛТ.
Тератогенный эффект действия раундапа изучали по морфологическим отклонениям в строении хитинизированных структур D. magna. Для исследования этих аномалий изготавливали временные препараты рачков с использованием фиксирующей жидкости формалин-глицерин (1:1). Препараты просматривали при увеличении 70—200 раз на микроскопе МБИ-3. Анализировались следующие структуры: постабдомен, коготки, анальные зубцы, головной щит, рострум, хвостовая игла. При морфологических описаниях использовали общепринятую терминологию [1].
Результаты и их обсуждение. На графиках (рис. 1) представлены линейные размеры тела рачков молоди третьего выводка в день вымета и на 15-й день в конце эксперимента, а также линейный прирост тела за 15 дней экспозиции в токсиканте для каждого из 4-х поколений, соответственно. На верхнем графике по оси X под категорией «0» представлен средний линейный размер исходных (материнских) особей, которые были использованы для запуска эксперимента. Как видно из графика, линейные размеры тела молоди рачков контрольной линии во всех поколениях, в том числе и материнском, очень близки. В экспериментальных же линиях размеры молоди значительно меньше как контрольных, так и материнских. Особенно существенные различия в размере тела просматриваются в первом поколении, в следующих поколениях разница несколько уменьшается, хотя во всех без исключения поколениях она ста-
тистически достоверна. Поскольку промеры молоди проводили в первые сутки после рождения, то можно предположить, что токсикант угнетающе действует на линейный рост уже эмбриона.
Аналогичная картина наблюдается для линейных размеров половозрелых (15-суточных) особей, что видно из среднего графика (рис. 1). Длина половозрелых экспонируемых в токсиканте особей достоверно уступает длине контрольных во всех поколениях, за исключением
1,1 1
0,9 0,8 0,7 0,6
3,80
S 2
3 3,60 а
0 2
1 3,40 а>
3 х
'S 3,20
х
s
с;
3,00
2,80
2,60
2,40
2,20
III IV
IV
в
<f I
IV
Поколения
- - ♦ - - 50,0 мг/л ------- 25,0 мг/л —±— Контроль
Рис. 1. Линейные размеры, прирост новорожденных и половозрелых рачков в опытных и контрольном вариантах по поколениям: а - возраст < 24 ч, б - возраст 15 дней, в - прирост за 15 дней.
120,00 -I | 100,00 g 80,00 I 60,00 -
0
1 40,00 i
20,00
0,00 -
I II III IV
Поколения
[--♦■-50,0мг/л ■-■»■-25,0мг/л —*— Контроль
Рис. 2. Динамика плодовитости Daphia magna в ряду поколений в опытных и контрольном вариантах. По оси
абсцисс - поколения, по оси ординат - суммарное количество потомков на 1 самку за 15 дней, шт.
I поколения в экспозиции 25,0 мг/л, но в ходе дальнейшего эксперимента уже во II, III и IV поколениях при этой концентрации линейные размеры достоверно меньше контроля.
Подобная ситуация и с линейным приростом тела во время эксперимента. Если еще на этапах I и II поколения при концентрации 25 мг/л наблюдается некоторый повышенный прирост, то на этапе III и IV поколений он достоверно ниже контрольного. При шоковой (сублетальной) концентрации 50 мг/л прирост во всех поколения достоверно ниже контроля.
Результаты подсчёта плодовитости представлены на рис. 2. Негативное влияние токсиканта на плодовитость рачков проявилось уже в родительском поколении (I), для которого использовалась молодь, отличающаяся от молоди последующих поколений тем, что она не подвергались воздействию токсиканта на стадиях оогенеза и эмбриогенеза. Во II и III поколениях разница в плодовитости экспериментальных и контрольных самок увеличилась еще больше. В IV-ом поколении плодовитость контрольных особей тоже превышает экспериментальные, но достоверно превышение только при концентрации 50 мг/л. Также в IV-ом поколении наблюдалось резкое увеличение абсолютной плодовитости как контрольных, так и опытных особей, которое, возможно, связано с влияние сезонных особенностей жизнедеятельности культуры — эксперимент с VI-м поколением пришелся на май, когда начинается активное размножение рачков в природе. Такой эффект мы наблюдали и в ранее проведенном эксперименте с умеренными витальными концентрациями раундапа [2].
Итак, в проведенном эксперименте плодовитости самок, экспонируемых в растворах ток-
сиканта, достоверно ниже плодовитости самок контрольной линии во всех поколениях за исключением IV-го поколения при концентрации 25,0 мг/л, в этом случае разница статистически недостоверна. Подобное происходит и с другим показателем репродукции — средним числом новорожденных в одном выводке. Он также достоверно ниже во всех поколениях содержащихся в токсиканте рачков по сравнению с контрольными, и варьирует от 13,2 до 25,8 в опыте и, соответственно, с 26,8 до 30,4 особей в контроле. В каждом поколении за время 15-суточного теста было получено 2—4 (чаще 3) выводка новорожденных.
Следует отметить, что кроме меньших размеров по сравнению с контролем, нарождавшаяся молодь опытных групп визуально отличалась от контрольных и меньшей интенсивностью пигментации. Бледная окраска экспонируемых в токсиканте особей, по сравнению с интенсивной окраской в контроле, сохранилась на протяжении всего эксперимента. Таким образом, снижение плодовитости, размеров и степени пигментации особей экспериментальных групп по сравнению с контролем говорит об угнетающем действии токсиканта на D. magna.
При исследовании первых трех поколений дафний, содержащихся в растворе раундапа, отличий в морфологических отклонениях контрольных и опытных экземпляров не наблюдалось. Немногочисленные деформации в строении контрольных рачков заключались в следующем: редукция хвостовой иглы, небольшой прогиб головного щита в области глаза, дорзальный прогиб раковины. Относительная численность дафний с деформациями в контроле составила 10,2%.
В IV-ом поколении дафний, содержащихся в растворе токсиканта, появляются патоморфо-логические отклонения, не отмеченные у контрольных экземпляров. Так, уже при концентрации раундапа 25,0 мг/л, несмотря на то, что относительная численность рачков с деформациями сравнима с контрольными значениями (12,5 и 10,2% соответственно), основная доля уродств приходится на деформации головной части дафний.
Из популяции дафний IV-го поколения были проанализированы 50 рачков, экспонированных в растворе с концентрацией 50,0 мг/л. Доля рачков с деформациями при данной концентрации токсиканта составила 32%. Морфологические аномалии в строении дафний здесь представлены следующими формами: 1) уродливое строение головного щита — голова при-
kr
Рис.3. Детали строения Daphnia magna
А, Б - нормальное строение постабдомена и хвостовой иглы; В - Е - деформированные постабдомен, абдоминальные коготки и анальные зубцы; Ж - искривленная хвостовая игла; а - абдоминальные коготки, б - анальные зубцы. А - Г, Ж х70; Д,Е х200.
плюснуто-пологая, теменная часть иногда почти не выражена (деформация не механической природы!); 2) рострум или изогнут вверх, искривлен, или резко выделен (такие особи составляют почти половину рачков с деформациями); 3) хвостовая игла может быть волнисто-изогнутой (рис. 3Ж); 4) постабдомен неправильной формы, коготки сильно изогнуты, либо искривлены (рис. 3В,Г).
Следует отметить еще один морфологический признак, заслуживающий внимания. Зубцы, со-
ставляющие вооружение дорзальной части постабдомена, бывают иногда двойными (т.е., из одного основания выходят два зубца). Это встречается как у контрольных, так и у опытных экземпляров. И только в эксперименте (IV-ое поколение) можно было встретить тройные зубцы на массивном, неровно разросшемся основании (рис. 3Д,Е).
Выводы. 1. Сублетальные концентрации ра-ундапа оказывают негативное влияние на плодовитость, размеры и степень пигментации на Daphnia magna на всем протяжении воздействия, начиная с первого поколения.
2. Воздействие сублетальных концентраций раундапа на морфологические параметры D.magna прослеживается c IV-го поколения и выражается в появлении патоморфологических отклонений в строении ряда структур рачков.
Список литературы
1. Мануйлова Е. Ф. Ветвистоусые рачки (Cladocera) фауны СССР. - М.-Л.: Наука, 1964. -327 c.
2. Папченкова Г.А. Исследование хронической токсичности гербицида «Раундап» в ряду поколений Daphnia magna // Токсикологический вестник, 2007. - № 5. - С. 14-17..
3. Токсикологические методы контроля // Методика определения токсичности воды по смертности и изменению плодовитости дафний. Государственный комитет РФ по охране окружающей среды. - М, 1999. - 35 с.
4. Cox C. Glyphosate // Journal of Pesticide Reform. Winter,2004. - V. 24. -№ 4. - P. 11-15.
5. Jerry L. Michael. Bestmanagement practices for silvicultural chemicals and the science behind them // Water, Air, and Soil Pollution, 2004. - № 4. - P. 95-117.
6. Martin Т.К., TsuiL.M. Aquatic toxicity ofglypho-sate-based formulations: comparison between different organisms and the effects of environmental factors // Chemosphere, 2003. - V. 52. - P. 1189-1197..
Материал поступил в редакцию 09.01.08.
G.A.Papchenkova, L.P.Grebenyuk
IMPACT OF SUB-LETHAL CONCENTRATIONS OF HERBICIDE ROUNDUP ON SIZES, FERTILITY AND MORPHOLOGIC PARAMETERS OF DAPHNIA MAGNA STRAUS (CLADOCERA)
I.D.Papanin Institute of Inland Waters Biology, Russian Academy of Sciences, Borok, Yaroslavl Region
The impact of concentrations of 50.0 and 25.0 mg/l of Roundup (as glyphosate) was studied in a row of generations. It was noted a negative influence of the toxicant on fertility, sizes and degree of pigmentation of Daphnia magna Straus all along the exposure beginning from the first generation. The effect of Roundup on morphologic parameters of Daphnia magna was observed from the fourth generation and appeared as pathomorphology deviations in the structure of the crustaceous.
