CC BY
19максимальная недействующая концентрация Ман-коцеба, составляющая величину 0,0001 мг/л, полученная с учетом суммы коэффициентов запаса.
Выводы. Для воды водных объектов рыбохо-зяйственного значения рекомендуемая Манкоце-ба: ПДКрх - 0,0001 мг/л. ЛПВ - токсикологический. Класс опасности - 3 (опасное вещество).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1 .ЛакинБ.Ф. Биометрия. -М., 1973.
2. Методические указания по разработке нормативов качества воды водных объектов рыбохозяйственного значения, в том числе нормативов предельно допустимых концентраций вредных веществ в водах водных объектов рыбохозяйственного значения (Приказ Росрыболовства № 695 от 04.08.09г). - М., 2009.
3. Паспорт для проведения исследований по токсикологической оценке опасности Манкоцеба технического для рыб. -М., ООО «Агрорус и Ко», 2005. -3 с.
4. Щхшщшхш И, В, Иг.шттьчптшигг маша наименьших шщжша гтпя прп- я
A.S. Fedotov
Validation of the Maximum Allowable Concentration of Mankoceb for fishery water bodies
Russian Federal Research Institute of Fisheries and Oceanography, Moscow
A Maximum allowable concentration (MAC) of Mankoceb was set for fisheries water bodies. To validate the Mankoceb MAC, investigations were performed into its stability assessment in water, effects on organoleptic and sanitary characteristics of the water medium , protozoa, lowest and highest vegetation, zooplanctonic and zoobenthos organisms, embryos, yolk fries, matured fishes; the assessment of genotoxicity is presented. Based on experimental data, yolk fries were chosen as a limiting object as for them the maximum non-effective concentration is determinant to set the MAC. Taking into account this limiting object, coefficients of stability and material and functional accumulation, the definitive magnitude of the Mankoceb MAC in fisheries water bodies was set equal to 0.0001 mg/l, toxicology limiting indicator of harmfulness, hazard class 3 ( hazardous substance).
Материал поступил в редакцию 21.05.2012 г
УДК 504.45.054-034+595.324.2
Влияние нано-, микрочастиц и ионов цинка на выживаемость
и плодовитость СетЫарЬта аМмэ ШцеЬогй при хроническом действии
В. А. Гремячих, И. И.Томилина
Федеральное государственное бюджетное учреждение «Институт биологии инУТР.Д Папанина РАН»,
И
зучено токсическое действие различных соединений цинка на биологические параметры представителя планктонных ракообразных СепоёарИта affinis LiШjeborg. По показателям 48-часовой и 7-су-точной LC50 отмечена более высокая токсичность для цериодафний суспензий микро- и наночастиц оксида цинка, по сравнению с растворами сульфата цинка. Показатель средней продолжительности жизни животных в растворах ZnSO4 носил дозозависимый характер и ста-
тистически значимо снижался с увеличением концентрации вещества. Достоверное снижение показателя суммарной плодовитости рачков за жизненный цикл было зарегистрировано для всех исследованных веществ и концентраций, за исключением наночастиц оксида цинка с концентрацией 0,001мг/л.
Ключевые слова: цинк, наночастицы, церио-дафнии
Введение. Тяжелые металлы (ТМ) - кадмий, свинец, медь, цинк и некоторые другие - многие годы входят в список приоритетных загрязняющих веществ. Задача изучения и оценки их токсического влияния на живые организмы по-прежнему остаётся актуальной, в частности, в связи с развитием нанотех-нологий и растущим объёмом производства материалов, содержащих соединения ТМ в наносостоянии.
Благодаря своим уникальным свойствам наноча-стицы (НЧ) находят широкое применение в оптоэ-лектронике, производстве косметики, катализаторов, керамики и т.д. [10]. Химические и биологические свойства НЧ существенно отличаются от свойств их микро- и макроскопических аналогов, в связи с чем наноматериалы представляют собой принципиально новый фактор, воздействующий на биотическую составляющую наземных и водных экосистем [5]. Это определяет необходимость изучения действия ТМ в виде наночастиц с помощью биологических тест-объектов, в том числе гидробионтов [1]. Исследования осложняются слипанием (агрегацией) наноча-стиц в воде, с последующим переходом их из нано- в микросостояние, а также образованием гидратиро-ванных ионов вещества.
Цель работы - сравнить изменения биологических параметров (выживаемости и плодовитости) це-риодафний под влиянием соединений цинка в нано-, микроразмерном состоянии и в виде ионов.
Материалы и методы исследования. В качестве токсикантов использовали нано-, микрочастицы ZnO и ZnSO4. Растворы и суспензии веществ готовили непосредственно перед опытом на отстоянной артезианской воде. Концентрации исследуемых частиц в интервале от 200 до 0,001 мг/л получали путем последовательного разведения маточных растворов и суспензий (200 мг/л). Последние перемешивали в течение 2-3 мин на ультразвуковом диспергаторе УЗДН-2Т для снижения слипания частиц.
Форму и размеры нано- и микрочастиц оксида цинка определяли ранее на электронном трансмиссионном микроскопе JEM. Длина или диаметр на-ночастиц варьировали от 15 до 350 нм. Встречались частицы шестиугольной, булавовидной, веретенообразной и цилиндрической формы. Микрочастицы ZnO имели сферическую форму с диаметром 15-20 мкм [4].
В качестве тест-объекта использовали ветвистоу-сого рачка Ceriodaphnia affinis Lillijeborg, 1862 (Cla-docera, Crustacea).
Токсичность соединений цинка исследовали по стандартной методике [3]. В первые сутки от рождения рачков помещали по одному в стаканчики с 15 мл тестируемого раствора или суспензии и наблюдали в течение 7 суток либо на протяжении всего жизненного цикла. Ежедневно регистрировали количество живых организмов, число пометов и молоди у каждой самки. Растворы и суспензии меняли на каждые третьи и пятые сутки еженедельно. Животных кормили раз в два дня зелеными водорослями Chlorella vulgaris
в концентрации 250-300 тыс. кл./мл. Исследовали выживаемость, продолжительность жизненного цикла и индивидуальную плодовитость животных.
Все эксперименты выполняли в двух повторно-стях. Поддерживали оптимальные условия среды: температуру воды - 21 ± 3оС, рН 7.5 - 8.0, содержание растворенного кислорода - на уровне насыщения. Контрольную группу тест-животных содержали в отстоянной водопроводной воде.
Данные представляли в виде средних значений и их ошибок (x+SE). Результаты обрабатывали статистически, используя метод однофак-торного дисперсионного анализа (ANOVA) и процедуру LSD-теста при уровне значимости р = 0,05 [8]. Статистический анализ результатов проводили с помощью пакета программ STATGRAPH-ICS Plus 2.1. Для расчета величин LC50 (средняя летальная концентрация) и EC50 (концентрация, подавляющая на 50% плодовитость тест-организмов за 7 суток) использовали пробит-анализ [2] и апробированный для гидробионтов метод Г.Т. Фрумина [6].
Результаты и обсуждение. 100%-ная гибель животных за 48 часов отмечена 10 мг/л раствора сульфата цинка и в водных суспензиях микро- и наночастиц оксида цинка с концентрацией 10; 5 и 2 мг/л (табл. 1). К концу первой недели эксперимента наблюдалась 100%-ная гибель животных в 0,2 мг/л суспензии на-ночастиц. Достоверно более низкая выживаемость отмечена в растворе ZnSO4 с концентрацией 5 мг/л, в суспензии микрочастиц - 0,1; 0,01 и 0,001 мг/л, на-ночастиц - 0,001-0,1 мг/л, за исключением 0,005 мг/л (табл. 1).
Средняя продолжительность жизненного цикла достоверно отличалась от контрольных значений в растворе ZnSO4 с концентрацией 5 мг/л и в водных суспензиях микро- и наночастиц оксида цинка в концентрациях 0,005 и 0,01 мг/л соответственно. В растворах сульфата цинка показатель статистически значимо снижался с увеличением концентрации вещества (r = -0,25; p < 0,003).
48-часовая и 7-суточная LC50 для суспензии на-ночастиц оксида цинка незначительно отличались от значений показателя для микрочастиц и более чем на порядок - для гидратированных ионов цинка (Zn2+), что свидетельствует о снижении токсичности в ряду: нано-, микрочастицы оксида цинка и раствор ZnSO4 (табл. 2). Уменьшение различий между показателями LC50 для суспензий микро- и на-ночастиц ZnO к концу первой недели эксперимента подтверждает тот факт, что вещества в нанососто-янии, попадая в раствор, стремятся объединиться в агломераты, переходя в микросостояние [7]. Эффективные концентрации EC50, рассчитанные по индивидуальной плодовитости рачков, различались в большей степени (табл. 2). Нельзя исключить присутствия гидратированных ионов цинка в водных суспензиях оксида цинка, однако токсичность последних для цериодафний связана, вероятнее всего, с наличием в них микро- и наночастиц вещества.
Плодовитость цериодафний в первую и вторую не-
дели жизни была достоверно ниже контрольных значений для всех исследованных веществ и концентраций, за исключением 0,01 мг/л сульфата цинка (табл. 3). Угнетение плодовитости рачков наблюдалось и в третью неделю эксперимента в растворах всех веществ и концентраций (за исключением 0,001 мг/л суспензии наночастиц оксида цинка). К концу четвертой недели животные из контрольных и опытных групп по этому показателю различались только в растворах сульфата цинка.
Достоверное снижение показателя суммарной плодовитости рачков за жизненный цикл зарегистрировано во всех опытных группах животных, за исключением тех, которые были помещены в 0,001мг/л суспензии наночастиц 2п0. В этой же опытной группе животных для указанного показателя отмечена статистически значимая отрицательная концентрационная зависимость (г = -0.44; р < 0,001). Сокращение количества молоди рачков происходило в основном за счет увеличения
Таблица 1
Влияние различных соединений цинка на выживаемость и продолжительность жизненного цикла
цериодафний при хроническом воздействии
Вещество Концентрация, мг/л Выживаемость, % Средняя продолжительность жизненного
48 ч 7 сут цикла, сут
10 0* - -
5 60,0 + 10,0* 60,0 + 10,0* 13,5 + 4,1*
2 80,0 + 0* 80,0 + 0* 21,6 + 3,1
ионы 2^04 0,2 95,0 + 5,0 85,0 + 15,0 22,9 + 2,6
0,01 100 + 0 90,0 + 0 30,3 + 2,2
0,005 100 + 0 80,0 + 0 21,6 + 4,4
0,001 100 + 0 80,0 + 10,0 22,2 + 2,2
10 0* - -
5 0* - -
2 0* - -
Микрочастицы гпО 0,2 5,0 + 5,0* - -
0,1 80,0 + 0* 75,0 + 5,0* -
0,05 95,0 + 5,0 85,0 + 5,0 -
0,01 100 + 0 55,0 + 5,0* 22,3 + 4,5
0,005 100 + 0 80,0 + 10,0 *
0,001 100 + 0 75,0 + 5,0* 20,4 + 3,6
10 0* - -
5 0* - -
2 0* - -
Наночастицы гпО 0,2 5,0 + 5,0* 0* -
0,1 95,0 + 5,0 45 + 5.0* -
0,05 100 + 0 75,0 + 5,0* -
0,01 100 + 0 75,0 + 5,0* 16,3 + 3,1*
0,005 100 + 0 85,0 + 5,0 23,6 + 4,0
0,001 100 + 0 75,0 + 5,0* 24,4 + 4,3
контроль 100 + 0 100 + 0 28,8 + 2,1
В табл. 1, 2 и 3 даны средние и их ошибки (х ± SE); *Достоверные различия при уровне значимости р = 0,05.
Таблица 2
Токсикологические параметры действия нано-, микрочастиц и ионов цинка на Сэг^арИша
Вещество Токсикологические параметры, мг/л
48-часовая LC50 7-суточная LC50 EC50
ионы ZnSO, 5,8 + 0,36 6,9 + 0,42 1,23 + 0,07
микрочастицы ZnO 0,21 + 0,001 0,15 + 0,02 0,016 + 0,001
наночастицы ZnO 0,09 + 0,001 0,17 + 0,01 0,054 + 0,003
Таблица 3
Плодовитость цериодафний по неделям в опытных и контрольных вариантах
Вещество Концентрация, мг/л Среднее число молоди на 1 самку по неделям эксперимента, экз. £ плодовитость за жизненным цикл, экз.
1-я неделя 2-я 3-я 4-я
ZnSO4 0,01 21,3+2,2 40,7+2,2 12,7+1,1* 11,1+2,2* 80,1+6,7*
0,005 10,2 + 1,6* 9,7 + 3,4* 22,6 + 2,8* 20,5 + 6,3* 41,7 + 10,2*
0,001 18,9+2,3* 31,4+4,1* 16,9+2,2* 11,8+2,7* 60,1+9,7*
Микрочастицы ZnO 0,01 12,2 + 2,5* 38,8 + 2,3 19,1 + 3,2* 20,0 + 3,7 81,1 + 16,4*
0,005 13,5 + 2,2* 16,1 + 2,5* 18,4 + 4,6* 28,7 + 5,9 65,8 + 14,5*
0,001 14,9 + 2,0* 22,5 + 3,2* 14,8 + 2,7* 19,6 + 3,7 62,4 + 11,0*
Наночастицы ZnO 0,01 12,1 + 1,3* 14,2 + 4,1* 22,0 + 6,5* 19,0 + 3,5 34,4 + 10.08* |
0,005 12,6 + 1,2* 14,1 + 2,4* 17,7 + 2,4* 18,1 + 4,4 47,3 + 9,8*
0,001 16,9 + 2,7* 22,6 + 3,8* 27,1 + 3,2 30,9 + 5,1 103,4 + 19,0
контроль 24,9 + 1,8 37,8+ 3,4 31,7 + 3,0 26,5 + 2,4 126,9 + 9,7
* Достоверные различия при уровне значимости Р = 0,05.
длительности созревания эмбрионов, а не уменьшения их числа в помете.
Большинство экотоксикологических тестов по оценке опасности загрязняющих веществ для беспозвоночных животных проводятся на ракообразных. Наиболее стандартизированые и часто используемые тесты на Daphnia magna и Cerio-daphnia affinis могут оказаться перспективными для изучения токсичности наночастиц: влияние на поведение, размножение, появление морфологических аномалий и локализацию в организме животных при длительном воздействии. Метал-лооксидные наночастицы способны проникать в неизменном виде через клеточные барьеры, длительное время циркулировать и накапливаться в органах и тканях, вызывая их патоморфологиче-ские изменения [9]. Известно, что наличие в среде наночастиц металлов приводит к снижению плодовитости, физиологическим изменениям в организме, нарушениям поведения и повышенной смертности живых организмов [5].
Так, суспензия наночастиц ZnO (20 нм) в концен-
трации 0,01 мг/л за 96 ч экспозиции вызывала слабую иммобилизацию рачков Daphnia magna (6,7% контроля). При увеличении концентрации до 10 мг/л наступала 100%-ная иммобилизация и гибель животных. ЕС50 рассчитанные по иммобилизации рачков, и средние летальные концентрации LC50 для D. magna составляли 0,62 и 1,5 мг/л соответственно [10]. При увеличении размеров частиц до 1 мкм токсикологические параметры изменялись незначительно, ЕС50 и LC50 составляли 0,48 и 1,25 мг/л соответственно [10].
Заключение. При анализе 48-часовой и 7-су-точной LC50 для цериодафний в исследованных веществах отмечена более высокая токсичность суспензий микро- и наночастиц оксида цинка по сравнению с ионной формой. Показатель средней продолжительности жизни животных в растворах сульфата цинка носит дозозависимый характер и статистически значимо снижается с увеличением концентрации вещества. В суспензиях микро- и на-ночастиц оксида цинка подобных зависимостей не установлено. Показатель индивидуальной плодовитости цериодафний чувствительнее показателя
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
выживаемости, так как реагирует на присутствие в среде токсических веществ в более низких концентрациях. Достоверное снижение показателя суммарной плодовитости рачков за жизненный цикл зарегистрировано для всех исследованных веществ и концентраций, за исключением наночастиц оксида цинка с концентраций 0,001 мг/л. Для указанного показателя отмечена статистически значимая отрицательная зависимость от концентрации наночастиц.
1. Крысанов Е.Ю., ПавловД.С., Демидова Т.Е., Дгеб\>аозе Ю.Ю. Наночастицы в окружающей среде и их влияние на гидробионтов // Известия РАН. Серия Биологическая.
2010. -№ 4. - С. 1-8.
2.ЛакинГ.Ф. Биометрия. -М., Высшая школа. 1973. -343 с.
3. Методика определения токсичности воды и водных вытяжек из почв, осадков сточных вод, отходов по смертности и изменению плодовитости цериодафний. Федеральный реестр (ФР). ФР1.39.2007.03221. -M., «АКВАРОС». 2007.-56 с.
4. ТомшинаП.П., ГремячихВ.А., Мыльников А.П., КомовВ.Т. Влияние металлоок-сидных наночастиц (CeO^, 'NO . ZnO) на биологические параметры пресноводных нанофлагелляг и ракообразных // Доклады Академии наук. 2011. - Т. 436. -№ 5. С. -715-717.
Ъ.ВаипА., Hartmann N.B., GtiegerK., Kusk К.О. Ecotoxicity of engineered nanopar-
ticles to aquatic invertebrates: a brief review and recommendations for future toxicity testing //Ecotoxicology. 2008. V 17. -P. 387-395.
6. Frumin G.T., Chuiko GAL, Pa\'lo\' D.F., Menz\ko\'a O. f.'New rapid to evaluate the median effect concentrations of xenobiotics in hydrobions // Bull. Environ.Contam. Toxicol. 1992.
V 49. -P 361-367.
7. LeadJ.IL, Wilkinson KJ. Aquatic colloids and nanoparticles: current knowledge and future trends //Environ. Chem. 2006. V. 3. -P. 159-171.
8. SokalR. R., RohlfF.J. Biometry. The principals and practice of statistics in biological research. NYW.H. Freeman and Co. 1995. - 887 p.
9. VeheboerL, LLendtiksAJ., Ragas AAL.J., van deMeentD. Aquatic ecotoxicity tests of somenanomaterials //Environ. Toxicol, and Chem. 2008. V. 27. -№ 9. -P. 1942-1947.
10. WangZ.L. Zinc oxide nanostructures: growth properties and applications // J. Phys.
V.A. Gremyachikh, I.I. Tomilina
Effects of zinc nano-, micro particles and ions on the survival and fertility of CERIODAPHNIA
AFFINIS LILLIJEBORG at chronic exposure
ID. Papanin Institute for Biology of Inland Waters, settlement Borok, Yaroslav Region
Toxic effect of different zinc compounds were investigated into biological characteristics of representatives of plankton crustaceous Ceriodaphnia affinis Lillijesborg. Based on indicators of 48 hour and 7 day LC50 , suspensions of zinc oxide micro- and nanoparticles showed a higher toxicity to Ceriodaphnia as compared to ZnSO4 solutions. The indicator of the average lifespan of animals in ZnSO4 solutions had a dose-dependent character and statistically meaningly decreased when concentration of the substance increased. An authentic decrease of a total fertility of small crustaceans over their lifespan was registered for all tested substances and concentrations except for zinc oxide nanoparticles at a concentration of 0.001 mg/l.
Материал поступил в редакцию 20.03.2012 г
Конвенция Минамата по ртути
19 января 2013 года в Женеве на пятом заседании Межправительственного переговорного комитета (ШС5) представители 140 государств мира (включая Российскую Федерацию) согласовали глобаль-
ный юридически обязывающий документ, направленный на сокращение мировых выбросов ртути. Соглашение, названное Конвенция Минамата, обеспечит к 2020 году сокращение производств, на ко-
