CC BY
44март -
ап рел ь 2012
УДК: 574.64; 574.632; 57.044
Тепловодные моллюски как потенциальный объект для биотестирования качества водной среды
Филенко О.Ф., Оганесова Е.В.
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова,
Бихромат калия оказывал летальное действие на брюхоногих моллюсков Planorbis corneus (катушка) и Melanoides granifera (мелания) в концентрациях 1 и 0,1 мг Сг/л, соответственно, в срок испытания до 30 сут. В концентрации 0,1 мг Сг/л токсикант угнетал размножение катушки. P.corneus является перспективным тест-объектом для испытания длительного эффекта сублетальных концентраций потенциально токсичных соединений по эффекту на выживаемость и размножение в то время, как M. granifera, как более чувствительный тест - объект к острому действию токсичных веществ, может быть перспективным объектом для токсикологического скрининга.
Ключевые слова: моллюски, бихромат калия, выживаемость, размножение.
Введение. В силу избирательной токсичности гидробионты обладают разной чувствительностью к действию одного и того же токсиканта. Даже в пределах одной систематической группы виды могут существенно различаться по способности переносить токсическое воздействие. Для надежности экотоксикологических оценок возникает необходимость исследовать эффект загрязняющих воду субстанций на широком круге водных организмов - «от бактерий до рыб» [7, 8]. Моллюски, как неотъемлемая часть водного сообщества, перспективны для применения в качестве тест-объекта для определения токсичности различных соединений. Наиболее полное представление о возможных экологических последствиях присутствия токсикантов в водоемах дают длительные эксперименты, включающие жизненный цикл тест-объекта [5].
Среди представителей пресноводных моллюсков, рекомендованных для биотестирования, наиболее часто используются такие виды брюхоногих моллюсков как Limnea stagnalis, Pomacea bridgesii, Marisa cornuarietis, Potamopyrgus antipodarum, Physa acuta; из двустворчатых - Anadonta cygnea, Unio pictorum и другие. Для проведения экспериментов широко используют моллюсков, отобранных из природных популяций. В процессе адаптации к лабораторным условиям значительная часть их гибнет, поскольку нормальная жизнь и воспроизводство таких популяций связаны с комплексом условий водоема [2, 3]. Из-за особенностей свойств разных популяций результаты таких испытаний редко воспроизводятся. При проведении длительных токсикологических опытов на моллюсках нередко возникают методические трудности в организации и проведении экспериментов, так как большинство видов медленно растет и размножается [4]. Проблемы, возникающие при работе с холодноводными видами, свидетельствует о целесообразности использования для токсикологических исследований те-пловодных видов. В качестве возможных тест-объектов мы рассматривали наиболее распро-страннные виды аквариумных моллюсков - катушка (Planorbis corneus) и мелания (Melanoides granifera) [6].
Целью нашего исследования был выбор вида моллюска, более удобного в содержании и пригодного для проведения токсикометрических оценок. Были проведены опыты на двух видах моллюсков с использование бихромата калия K2Cr2O7 , как стандартного токсиканта сравнения.
Материалы и методы исследования. Брюхоногие моллюски видов Planorbis corneus (катушка) и Melanoides granifera (мелания) являются обычными обитателями декоративных аквариумов, где они поддерживают устойчивые популяции, питаясь обрастаниями и органическими остатками. Они легко переносят широкие колебания температуры (от 20 до 300С) и гидрохимического режима. Угнетающее действие на них оказывает чрезмерно мягкая вода.
В токсикологических испытаниях по 5 молодых особей моллюсков из аквариумных культур мы размещали по стеклянным емкостям объемом 1 литр в трехкратной повторности для каждой концентрации. В опытах с Planorbis corneus исследовались действие бихромата калия (К2СГ2О7 ) в концентрациях 0,1, 1,0 и 10 мг Сг/л, а с меланиями - 0, 1 и 10 мг Сг/л. Смену растворов проводили 1 раз в неделю. Кормили моллюсков сухим кормом для рыб «Тетра» через день. Температура воды в опыте составляла 21-240С. Наблюдения продолжали в срок до 30 суток.
В ходе длительного исследования учитывались смертность особей, прирост длины и ширины раковины, количество кладок у катушек. В кладках просчитывали количество яиц, сроки ее выклева и количество молоди. Оценку значимости отличий подопытных и контрольных групп производили методами статистического анализа.
Результаты и обсуждение. В контроле и в концентрации 0, 1 мг Сг/л за время испытаний выживали все катушки. Летальное действие за время наблюдения оказывали для мелании концентрации 0 1 мг Сг/л, а для катушек - 1 мг Сг/л (рис.1).
Все катушки в концентрации 1,0 мг Сг/л погибали за 120 часов (ЛВ5о 86 часов). В концентрации 10 мг Сг/л ЛВ5о и лВ,оо для катушек составили 12 и 48 часов, а для меланий ЛВ5о = 10 ч и ЛК,оо = 48 ч соответ ственно. Таким образом, мелании оказались более чувствительными к токсическому действию соли тяжелого металла по показателю смертности.
В условиях длительных наблюдений, помимо выживаемости взрослых особей, важным показателем служит плодовитость моллюсков. Ввиду биологических особенностей мелании M. granifera (живорождение, обитание в грунте, ночная активность) работа с этим видом вызывает трудности при получении достоверной информацию по анализу и учету влияния на репродуктивные способности. Поэтому эффект на размножение оценивали на катушках.
Появление кладок катушек было отмечено на 13 и 15 день опыта в растворе с концентрацией бихромата калия 0.1 мг Сг/л и в контроле, соответственно. Максимальное количество кладок (14) отмечено в присутствие токсиканта при температуре 23оС на 25 сутки опыта. Среднее количество кладок на одну особь в присутствие бихромата калия при этой концентрации было выше, чем в контроле (рис.2).
Однако, среднее количество яиц на кладку на каждый день опыта в контроле было выше, чем в растворе бихромата калия. Статистически достоверно это отличие было в период с 13-х по 18-е сутки опыта. Это свидетельствует о том, что в условиях стресса, вызываемого слаботоксичной средой, ускоряется формирование кладок, которые, однако, не успевают развиться до нормального объема и состояния. В итоге общая плодовитость при действии токсиканта была на 31,2 % выше, чем в контроле, но общий выклев молоди на 19.43 % оказался ниже, чем в контроле. Смертность яиц в контроле была обусловлена лишь поеданием кладок родительскими особями. При плотности размещения по 2 экземпляра на литр величина поедания собственных кладок родителями составляет 50-70 %. В присутствии же токсиканта двигательная активность и аппетит моллюсков были снижены в результате чего поедания кладок не наблюдалось, а элиминация происходила по другим причинам. Из числа молоди в токсичной среде до 10-дневного возраста не дожило 58 улиток, что составляет 21,6 % от общего количества вылупившихся. В контроле отмечена гибель лишь 0,8% от исходного числа (табл.). Длительность инкубационного периода составляла в контроле 12-13 дней, а в токсичной среде варьировала от 10 до 16 дней. В кладках, находящихся в растворе 0,1 мг Сг/л, было отмечено замедление развития яиц в период от 2-х до 11 суток. Часть яиц полностью приостанавлива-
лась в развитии. В контроле подобного нарушения эмбрионального развития не было зафиксировано на протяжении всего периода наблюдений.
При оценках роста моллюсков не установлено статистически достоверного отличия прироста длины и ширины раковины в токсичной среде по сравнению с контролем.
Таким образом, установлено, что для моллюсков видов P. corneus и M. granifera в остром опыте летальными были концентрации 10 и 1,0 мг Сг/л, соответственно. В более продолжительном испытании для M. granifera оказалась летальной концентрация 0.1 мг Сг/л, которая у P. corneus не вызывала гибели половозрелых особей и не влияла на рост раковины, но нарушала процесс размножения. Высокое, по сравнению с контролем, количество кладок на сроке с 13-18 суток в токсичной среде свидетельствует о некоторой стимуляции производства половых продуктов под действием бихромата калия. Фактор плодовитости имеет ведущее значение для существования популяции, определяя возможность ее сохранения и процветания. Учесть его в естественных условиях сложно, но он может быть оценен в опытах на синхронизированной тест-культуре беспозвоночных с коротким жизненным циклом [1].
Выводы
1. Моллюск Planorbis corneus (катушка) с коротким циклом жизни, дневной активностью и внешним развитием яиц является перспективным тест-объектом для испытания длительного эффекта сублетальных концентраций потенциально токсичных соединений.
2. Показатель размножения моллюсков служит более чувствительным показателем изменения окружающей среды, чем выживаемость. Причем, наряду с угнетением размножения, может наблюдаться и стимуляция отдельных его этапов.
3. Мелания Melanoides granifera, как более чувствительный тест - объект к острому действию токсичных веществ, чем катушка, может быть перспективной для токсикологического скрининга.
32
Токсикологический вестник № 2 (11 з)
120 100 80 60 40 20 0
30
60
90
120
150
180
Рис.1. Выживаемость моллюсков при действии бихромата калия. По оси абсцисс отложен срок в часах, по оси координат - количество живых моллюсков в процентах от исходной численности.
Р. согпеш М. £рат/ега
1
0,9 0,8 0,7 0,6
-о-0,1мг Сг/л —Д—1,0 мг Сг/л -о- 10,0 мг Сг/л -•-0,1 мг Сг/л -Ш-10,0 мг Сг/л
0,5 0,4 0,3 0,2 од 0
±
±
Т I I I I- I I I I I I I- I I-1--I I
13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
Рис.2. Среднее количество кладок на одну особь Р. согпеш в контроле и в токсичной среде. По оси абсцисс срок в сутках, по оси координат - среднее число кладок на особь.
[~~| Контроль;
□ <
33
март -
ап рел ь 2012
Таблица
общая плодовитодо Йе1ыжи)йыиои»шь5млолоди р. corneus
Концентрация Общая плодовитость Молодь Смертность яиц общая
Общее кол-во яиц Общее кол-во кладок Яиц на одну кладку, (в среднем) Общий выход молоди через 10 дней
Всего шт % Всего шт % Всего шт % Всего шт Вы- клев % Всего шт погибло, шт Всего шт %
Контроль 730 100 66 100 11.1 100 346 47.4 344 2 386 52.88
0.1мг Сг /л 958 131.2 94 142.42 10.2 92.5 268 27.97 210 58 748 78.08
34
Токсикологический вестник № 2 (11 з)
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Бадтиев Ю.С., Кулемин А.А. Биоиндикация окружающей природной среды. // Экологический вестник России. - 2001. - № 5. - С. 36-38.
2. Данильченко О.П., Бузинова Н.С., Реакция моллюсков Limnaela stognalis на загрязнение. Сооб.1. Выживаемость, размножение, эмбриональное развитие /Биологические науки.- 1982.- N6.- С.61-69.
3. Данильченко О.П. Процессы приспособления и регуляции у моллюсков и эмбрионов рыб при изменении среды // Реакции гидробионтов на загрязнение. 1983., М.: Наука. С. 103-112.
4. Котова Л.И., Рыжков Л.П., Полина А.В. Биологический контроль качества вод. М.: Наука. - 1989. - 144 с.
5. Методы биотестирования качества водной среды. Методические указания./ Под. ред. О.Ф.Филенко.- М.:МГУ - 1989. - 124 с.
6. Полонский А.С. Содержание и разведение аквариумных рыб.- М.: Агропромиздат. 1991.-383с.
7. Строганов Н.С. Методика определения токсичности водной среды.// Методика биологических исследований по водной токсикологии.- М.: Наука. - 1971. - с.14-16.
8. 8. Филенко О.Ф., Михеева И.Н. Основы Водной токсикологии. - М.: Колос, 2007.- 144 с.
Filenko O.F., Oganesova Ye.V. Warm-water shell-fish as a potential object for bio testing a water medium quality
M.V.Lomonosov Moscow State University
Sodium bichromate produced a lethal effect on gastropods Planorbis corneus and Melanoides granifera at concentrations of 1 and 0.1 Cr mg/l correspondingly over a testing duration of up to 30 days. The toxicant Cr at a concentration of 0.1 mg/l inhibits the reproduction of Planorbis corneus. Planorbis corneus is a prospective test-object to test a durable effect of sub-lethal concentrations of potentially hazardous compounds on survival and reproduction whereas Melanoides granifera as a test-objet more sensitive to acute effects of toxic substances may be a promising object for toxicological screening.
Материал поступил в редакцию 19.10.2010
УДК 57.04-0.15
Оценка биобезопасности гуминовых кислот как компонентов наногибридного детоксиканта в стандартных тест-системах
Терехова В.А.,
Кыдралиева К.А.,
Рахлеева А.А., Пукальчик М.А.,
Тимофеев М.А.,
Юрищева А.А.
Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова
В статье обсуждается возможность использования гуминовых кислот как компонентов магнитоактивных наногибридных детоксикантов нового поколения, создаваемых в целях эффективной ремедиации химически загрязненных почв. В этой связи проведена экспериментальная оценка биобезопасности по реакциям стандартизованных тест-организмов, установлены пределы концентраций, допустимых для нормального функционирования представителей биоты. Установлены безопасные концентрации, рекомендуемые для создания сорбентов.
Ключевые слова: ремедиация почв, детоксикация, сорбенты, гуминовые вещества, био-тестирввааие
Введение. В настоящее время нет достаточно обоснованных экологических технологий, нацеленных на использование гумусосодержащих продуктов для детоксикации и ремедиации химически загрязненных природных сред. Существующие производства гуминовых продуктов направлены в основном на выпуск гуматов как органических удобрений или как стимуляторов роста растений. Единственная в стране технологическая линия по выпуску гуматов, оптимизированных по показателю детоксицирующей способности, установлена в Институте прикладной биохимии и машиностроения. Эффективность гуминовых препаратов, выпускаемых для целей детоксикации тяжелых металлов и радионуклидов, продемонстрирована в
условиях полевого эксперимента. Однако для широкого использования этих продуктов необходима характеристика не только их ремедиационных свойств, но и определение уровня биобезопасности, установление концентраций, безвредных для существования биоты [1,2,3,4].
В ходе выполнения проекта по созданию ремедиационного средства нового поколения -магнитоактивного наногибридного композита на основе гуминовых препаратов и наночастиц металлов стояла задача оценки экотоксикологической безопасности его предшественников. Цель настоящего исследования заключается в биотестировании гуминовых кислот, используемых в качестве полимерной составляющей магнитоактивного нанокомпозита, для выявления
35
