ВЛИЯНИЕ ПХБ- СОДЕРЖАЩЕГО ПРЕПАРАТА "СОВТОЛ" НА БИОЛОГИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ВЕТВИСТОУСОГО РАЧКА CERIODAPHNIA AFFINIS LILLIEBORG Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

УДК 595.3 + 574.58 (28)

Влияние ПХБ-содержащего препарата «Совтол» на биологические параметры ветвистоусого рачка Ceriodaphnia affinis Lillieborg

Гремячих В.А., Томилина И.И.

Институт биологии внутренних вод им. И. Д. Папанина РАН. Борок, Ярославская обл.

Изучено токсическое действие ПХБ-содержащего продукта химической промышленности «Совтол-10» на биологические параметры планктонных ракообразных Сегю/аркта аЛ^тзLillieborg. Выявлена достоверная отрицательная зависимость показателей средней продолжительности жизненного цикла и суммарной плодовитости рачков от концентрации токсического вещества: г = -0.50, ^<0.001 и — г = -0,42, ^<0.001, соответственно. Установлены минимально действующие на показатели жизнедеятельности цериодафний концентрации ПХБ при разведении в воде - < 0.00003 мкг/л; при добавлении ДМСО - 0.016 мкг/л.

Ключевые слова: полихлорированные бифенилы, токсичность, цериодафнии

Введение. ПХБ и содержащие их препараты производились в бывшем СССР в 19391995 гг. в массовом количестве. Их использовали преимущественно в производстве диэлектрических жидкостей, на 80% состоящих из полихлорированных бифенилов (ПХБ), которые выпускались под марками «Совол» и «Совтол». В эксплуатации и резерве в настоящее время находятся более 200 тыс. трансформаторов и конденсаторов, содержащих около 18 тыс. т ПХБ масел [7].

ПХБ относятся к группе стойких органических загрязнителей (СОЗ), опасных для окружающей среды и здоровья населения, мониторинг которых является обязательным в развитых индустриальных странах [9]. Ограничения или запрещения по использованию ПХБ не привели к существенному снижению их содержания в природных средах. Считается, что концентрация ПХБ в незагрязненных пресных водах не должна превышать 0.5 нг/л, а в умеренно загрязненных - 50 нг/л [3].

ПХБ устойчивы к гидролизу и биотрансформации в воде, но при фотолизе на солнечном свету в процессе ряда последовательных реакций могут образовывать гораздо более токсичные диоксины. Главная опасность ПХБ для человека и животных заключается в хронических токсических эффектах. Они оказывают иммунотоксическое и тератогенное действие, нарушают репродуктивную и пищеварительную функции, поведение [12].

Цель работы - оценить токсическое действие ПХБ-содержащего продукта химической промышленности «Совтол-10» на биологические параметры планктонных ракообразных Ceriodaphnia affinis Lillieborg.

Материалы и методы исследования. В качестве источника ПХБ использовали промышленный продукт «Совтол-10», содержащий до 80% ПХБ и трихлорбензолы. Для повышения растворимости вещества в воде применяли диметилсульфоксид (ДМСО). Эксперимент проводили в 3-х вариантах:

1 - раствор «Совтола» в концентрации 3 мг/л

2 - раствор ДМСО - 0.5 мг/л

3 - смесь веществ: 3 мг «Совтола» на 1л раствора ДМСО в концентрации 0.5 мг/л.

Градиент необходимых концентраций получали путем последовательного разведения

маточных растворов, а также их смеси отстоянной водопроводной водой. Для этого в каждой серии готовили 5 разбавлений исходных растворов 1:10, 1:100, 1:1000, 1:10000.

Количественное определение ПХБ проводили методом хромато-масс-спектрометрии высокого разрешения (ХМС ВР) [5]. В связи с плохой растворимостью реальная концентрация ПХБ в водном растворе составила 0.3, в присутствии растворителя ДМСО - 160 мкг/л.

Токсичность оценивали методом биотестирования на планктонных рачках Ceriodaphnia affinis Lillieborg в соответствии с требованиями нормативного документа [4]. Регистрируемые показатели - выживаемость, средняя индивидуальная плодовитость за неделю, размеры животных в первом и четвертом-пятом поколении, продолжительность жизненного цикла, индивидуальная плодовитость за весь жизненный цикл.

Все опыты проводили в непроточных условиях, в 2-х повторностях. В ходе эксперимента поддерживали оптимальные условия среды: температуру воды 21 ± 3оС, рН 7.5 - 8.0, содержание растворенного кислорода 6.0 - 7.5 мг/л. Контролем служила отстоянная водопроводная вода.

Данные представляли в виде средних значений и их ошибок (+). Результаты обрабатывали статистически, используя метод однофакторного дисперсионного анализа (ANOVA) и процедуру LSD-теста при уровне значимости р<0.05. Корреляционный анализ результатов проводили с помощью пакета программ STATGRAPHICS Plus 2.1 [12].

Результаты и обсуждение. К концу первой недели эксперимента наблюдалась 100% гибель животных в растворе без разведения и при разведении 1/10, к концу второй - достоверно более низкая выживаемость в растворе с разведением 1/100, к концу третьей - с разведением 1/1000 и 1/10000, при 100% гибели рачков в растворе с разведением 1/100 (табл.1). Для смеси веществ отмечена достоверная отрицательная концентрационная зависимость показателя выживаемости цериодафний (r = -0.50, p<0.001). Зависимость между показателем средней продолжительности жизненного цикла цериодафний и концентрацией токсического вещества отмечена в растворах смеси ДМСО и «Совтола»(г = -0.61, p<0.001).

Линейные размеры половозрелых цериодафний в I (исходном) поколении в контроле достоверно превышали таковые в большинстве растворов веществ и их разведений, в IV-V - во всех опытных группах животных (табл.2).

Показатель плодовитости цериодафний в первую неделю жизни в растворах ПХБ и ДМСО, а также в их смеси в разведении 1/1000 и 1/10000 статистически значимо превышал контрольные значения (табл.3) и только в растворе смеси 1/100 был достоверно ниже. Во вторую и третью неделю эксперимента стимуляция плодовитости сменилась её угнетением в растворах всех веществ и концентраций (за исключением «Совтола» в разведении 1/10 во вторую неделю), к концу пятой - животные из контрольных и опытных групп по этому показателю не различались. Достоверная отрицательная зависимость между суммарной плодовитостью животных и концентрацией токсического вещества отмечена для смеси - r = -0,42, ^<0.001. Снижение показателя суммарной плодовитости рачков происходило, в основном, за счет абор-тирования яиц, за исключением растворов ДМСО в разведении 1/10000 и смеси 1/100, в которых, соответственно, уменьшались продолжительность жизненного цикла и число пометов (табл.3). В данном случае реакцию абортирования яиц следует рассматривать не столько как безусловный (генетически закрепленный) рефлекс спасения потомства, а как функциональный отклик на отравление, поскольку абортированные яйца в дальнейшем развиваться во внешней среде не могут и погибают [2].

Растворитель диметилсульфоксид, добавленный в воду для повышения растворимости ПХБ, согласно литературным данным, малотоксичен для животных. Так, при экспозиции амфипод Hyalella azteca в течение 21 сут в растворе ДМСО с концентрацией 10 мл/л не зарегистрировано гибели, при 4 мл/л после 10-недельной экспозиции не отмечено достовер-

36

ных отличий в изменении линейных размеров и плодовитости по сравнению с контрольными животными [8]. По результатам проведенного нами эксперимента добавление в воду ДМСО в малых концентрациях негативно влияло на продолжительность жизненного цикла и плодовитость животных. Аналогичные тенденции отмечены и для водных растворов ПХБ. Острую токсичность, как в случае с Daphnia magna под воздействием коммерческой смеси ПХБ в диапазоне концентраций 2-283 мкг/л [9], не наблюдали. Причиной уменьшения численности животных в эксперименте могло быть не прямое (летальное) действие токсических веществ на жизненно важные функции, а относительно длительное воздействие их «малых» доз, вызывающее репродуктивные эффекты, проявляющиеся в снижении или прекращении воспроизводства.

Отрицательные дозозависимые реакции на воздействие токсикантов отмечены только для смеси «Совтола» и ДМСО. Снижение функциональных показателей цериодафний (выживаемости, плодовитости) наблюдали как при малых, так и при больших разведениях растворов «Совтола» и ДМСО. Известны случаи, когда эффект от воздействия токсических веществ в очень большом интервале концентраций от них не зависел. Так, при исследовании влияния гербицида из класса пероксидов на культуру растительных клеток, было обнаружено, что препарат проявляет одинаковую активность при концентрациях, различающихся на шесть порядков, а в интервале промежуточных концентраций эффект от его воздействия отсутствует [1].

В комплексе изменений, происходящих в биологической системе при интоксикации, сочетаются как адаптивно-компенсаторные реакции, направленные на ослабление или компенсацию этого поражения, так и деструктивные процессы, представляющие собственно механизм токсического поражения. Состояние биологической системы оценивается по некоторым частным показателям, в изменении которых находит отражение преобладание деструктивных или адаптивно-компенсаторных процессов и, соответственно, разная степень вероятности выживаемости индивидуума и популяции. «Активное реагирование» может приводить к ускорению роста, повышению выживаемости и выхода жизнеспособного потомства. Гибель, сокращение плодовитости, появление морфологических аномалий, не совместимых с жизнью, отражают итоговое преобладание «пассивного реагирования» [6].

Заключение. Дозозависимые реакции рачков C. affinis на воздействие токсикантов отмечены для растворов смеси «Совтола» и ДМСО. Выявлена достоверная отрицательная зависимость показателей средней продолжительности жизненного цикла и суммарной плодовитости цериодафний от концентрации токсического вещества: r = -0.50, ^<0.001 и — r = -0,42, ^<0.001, соответственно.

Установлены минимально действующие концентрации ПХБ для жизнедеятельности цериодафний при разведении в воде - < 0.00003 мкг/л; при разведении в ДМСО - 0.016 мкг/л.

Авторы выражает глубокую благодарность к.б.н. А.В. Герману за определение содержания ПХБ в экспериментальных растворах.

Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ 08-05-00805.

5

Таблица 1

Влияние Совтола-10 и ДМСО на выживаемость цериодафний

Вещество Разведение Выживаемость к концу недели, % Продолжительность жизненного цикла, сут

1-ая неделя 2-ая 3-я

1/10000 85 ± 5 60 ± 10 35 ± 5* 18.6 ± 2.9*

1/1000 85 ± 5 55 ± 5* 35 ± 5* 23.5 ± 3.7*

Совтол-10 1/100 100 ± 0 100 ± 0 85 ± 5 37.3 ± 2.6

1/10 100 ± 0 100 ± 0 85 ± 5 35.3 ± 2.5

б/р 100 ± 0 95 ± 5 75 ± 5 31.2 ± 2.6

1/10000 100 ± 0 50 ± 0* 10 ± 10* 15.4 ± 0.9*

1/1000 100 ± 0 75 ± 5 50 ± 0* 24.4 ± 2.5

ДМСО 1/100 100 ± 0 100 ± 0 90 ± 10 40.4 ± 2.8*

1/10 100 ± 0 95 ± 5 70 ± 0 35.3 ± 3.2

б/р 100 ± 0 95 ± 5 80 ± 10 36.0 ± 3.1

1/10000 90 ± 10 65 ± 5 45 ± 5* 26.8 ± 3.2

1/1000 90 ± 10 65 ± 5 50 ± 10* 24.0 ± 2.9*

Совтол-10 + ДМСО 1/100 30 ± 10* 30 ± 10* 0 ± 0* 6.5 ± 1.6*

1/10 0 ± 0*

б/р 0 ± 0*

Контроль 100 ± 0 95 ± 5.0 80±0 31.6 ± 2.4

здесь и в табл.2 и 3 даны средние и их ошибки (х±SE); * - достоверные различия при уровне значимости р = 0.05

37

Таблица 2

Линейные размер ы^олявхозиркео^рршернедхафанрий нтаи ^ поко^™™

Вещество Разведение Поколение

I IV-V

1/10000 1.19±0.02* 1.02±0.02*

1/1000 1.28±0.01* 0.93±0.05*

Совтол-10 1/100 1.14±0.03* -

1/10 1.26±0.01 1.06±0.03*

б/р 0.87±0.05* 1.0±0.03*

1/10000 1.26±0.02 1.0±0.04*

1/1000 1.23±0.02* 0.96±0.03*

ДМСО 1/100 1.25±0.02* 1.0±0.03*

1/10 1.28±0.02 0.93±0.03*

б/р 1.23±0.02* 1.0±0.02*

1/10000 1.24±0.02* 0.99±0.04*

Совтол-10+ ДМСО 1/1000 1.32±0.03 0.98±0.05*

1/100 1.27±0.01 1.02±0.03*

1/10 - -

б/р - -

Контроль 1.32±0.02 1.32±0.02

38

5

Таблица 3

Плодовитость цериодафний в опытных и контрольных вариантах

Вещество Разведение Плодовитость по неделям эксперимента, % контроля 2 плодовитость за жизненный цикл, экз. Среднее число пометов на 1 самку за весь жизненный цикл Среднее число сброшенных пометов за 2 и 3 недели

1-ая неделя 2-ая 3-я 4-ая 5-ая

Совтол-10 1/10000 211.6±40.3* 20.5±4.4* 30.7±8.6* 68.3±18.8 74.2±22.5 42.7±8.8* 22.7±7.5 14.2±7.2

1/1000 234.9±37.5* 11.7±3.2* 30.3±5.6* 59.3±10.1* 49.0±15.8* 42.2±8.3* 21.7±5.9 7.4±7.4

1/100 92.6±10.6 21.0±3.5* 22.8±3.9* 117.2±12.7 99.9±11.5 78.6±10.1* 25.7±2.2 51.4±2.3*

1/10 86.4±10.2 79.4±11.2 65.1±7.5* 94.2±8.5 95.9±12.7 112.7±10.7 24.8±2.9 10.3±0.2

б/р 69.5±5.1 65.0±6.5* 17.6±2.4* 29.0±3.7* 57.2±7.6* 50.4±5.2* 22.4±4.3 26.2±5.9*

ДМСО 1/10000 210.5±29.1* 27.6±6.7* 21.8±8.7* 18.8±18.8* - 25.9±4.2* 9.6±1.4* 15.9±3.4

1/1000 205.8±30.3* 54.5±8.5* 52.0±8.0* 76.5±20.2 71.4±11.9 73.6±10.7* 19.8±0.9 11.7±0.6

1/100 74.9±8.2 57.6±6.3* 83.0±9.1 106.2±10.9 95.1±13.3 126.8±12.8 27.8±0.9 14.6±6.5

1/10 78.6±7.5 70.2±11.4* 70.5±7.6* 86.4±6.6 76.8±9.6 112.1±11.8 28.8±1.7 7.8±2.7

б/р 76.8±6.2 49.1±8.8* 18.5±2.3* 48.4±5.9* 104.2±9.8 64.7±8.1* 27.2±0.3 30.0±5.4*

Совтол-10 + ДМСО 1/10000 192.6±19.1* 34.8±5.3* 33.5±5.2* 99.7±15.1 79.4±19.9 58.5±9.6* 24.5±1.2 16.4±2.1

1/1000 178.9±13.4* 25.4±6.7* 36.5±7.5* 104.1±16.6 96.2±17.2 50.8±10.9* 21.7±0.1 33.2±15.4*

1/100 26.3±9.3* 43.2±19.1 20.4±5.3* - - 9.0±3.6* 5.5±1.5* 0

1/10 - - - - - - - -

б/р - - - - - - - -

Контроль 100±14.1 99.8±9.9 99.9±10.4 99.8±12.8 100.2±26.3 126.9±12.9 19.9±2.7 4.6± 1.1

39

^СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Богатыренко Т. Н., Редкозубова Г П., Конрадов А. А. и др. Влияние органических пероксидов на рост культивируемых клеток высших растений// Биофизика. 1989. Т. 34. № 26 .

2. Брагинский Л.П., Величко И.М., Щербань Э.П. Планктон в токсической среде. Киев. Наукова думка. 1987. 180 с.

3. Майстренко В.Н., Клюев Н.А. Эколого-аналитический мониторинг стойких органических загрязнителей. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний. 2004. 323 с.

4. Методика определения токсичности воды и водных вытяжек из почв, осадков сточных вод, отходов по смертности и изменению плодовитости цериодафний. Федеральный реестр (ФР). ФР.1.39.2007.03221. М., «АКВАРОС». 2007. 56 с.

5. Сониясси Р., Сандра П., Шлет К. Анализ воды: органические микропримеси. Пер. с англ. Под ред. д. х. н., проф. В.А. Исидорова. СПб: Теза. 2000. 248 с.

6. Филенко О.Ф., Дмитриева А.Г., Исакова Е.Ф. и др. Механизмы реагирования водных организмов на воздействие токсических веществ // Антропогенные влияния на водные экосистемы. М., 2005. Т-во научных изданий КМК. С. 70-93.

7. Юсфин Ю.С., Леонтьев Л.И., Черноусов П.И. Промышленность и окружающая среда. М., Академкнига. 2002. 469 с.

8. Borgman U., Norwood W.P., Ralph K.M. Chronic toxicity and bioaccumulation of 2,5,2',5'- and 3,4,3',4'-tetrachlorobiphenyl and Aroclor 1242 in the amphipod Hyalella azteca // Arch. Environ. Contam. Toxicol. 1990. V. 19. P. 558-564.

9. Mayer F.L., Mehrle P.M., Sanders H.O. Residue dynamics and biological effects of polychlorinated biphenyls in aquatic organisms // Arch Environ Contam. Toxico . 1977. V. 5. P. 501-511.

10. Moore J.W., Ramamoorthy S. Organic chemicals in natural waters. Applied Monitoring and impact assessment. 1984. NY. Springer-Verlag. 290 p.

11. Sokal R. R., Rohlf F. J. Biometry. The principals and practice of statistics in biological research. NY.W.H. Freeman and Co. 1995. 887 p.

12. Tanabe S. PCB problems in future: foresight from current knowledge // Environ. Pollut. 1988. V. 50. P. 5-28.

Gremyachikh V.A., Tomilina I.I.

Impact of the PCB-containing preparation SOVTOL on biological characteristics of crustacea Ceriodafnia Affinis Lilleborg

I. D. Papanin Institute for Biology of Inland Waters, Borok, Yaroslav region

A toxic action of PCB-containing chemical product «Sovtol» on biological parameters of Ceriodaphnia affinis Litterborg.was studied. It was revealed that there exists an authentic negative dependence of average life span and total fertility indicators of crustacea on the concentration of a toxic substance: r=-0.50, p<0.001 and —r= -0.42, p<0.001 respectively. PCB concentrations producing a minimal effect on indicators of Ceriodaphnia life activity were established when dissolved in water -<0.00003 mkg/l: with added DMS0-0.016 mkg/l.

Материал поступил в редакцию 20.08.2010 г

СЪЕЗДЫ, КОНФЕРЕНЦИИ, СОВЕЩАНИЯ

О совместной рабочей группе ЮНЭП/ОЭСР по ПФС

5 сентября, г. Пекин (Китай)

5 сентября - в рамках Азиатско-Тихоокеанского Регионального Совещания по Стратегическому подходу к международному регулированию химических веществ -СПМРХВ в Пекине прошло заседание совместной рабочей группы Программы ООН по окружающей среде (ЮНЕП) и Организации Экономического Сотрудничества и Развития (ОЭСР) по ПФС. Главной целью встречи, собравшей ведущих мировых экспертов в области безопасности химических веществ, стало: информирование экспертов, принимающих участие в реализации СПМРХВ из Азиатско-Тихоокеанского региона о последних регламентирующих действиях в отношении ПФС и иной деятельности в рамках ОЭСР, обмен информацией о соответствующих мероприятиях в Азиатско-Тихоокеанском регионе, совместное обсуждение деятельности, которая может быть реализована недавно созданной Глобальной ПФС Группой (например, поддержка развивающихся стран в этой области), более широкое освещение проблемы ПФС.

Термин ПФС объединяет перфорированные и полифторированные (многофтористые) химические соединения. С точки зрения химии ПФС представляют собой углеродные цепочки различной протяженности, в которых атомы водорода полностью (перфторуглерод) или частично (полифтористые соединения) замещены атомами фтора.

Соединение углерода и фтора настолько устойчиво, что ослабить его можно лишь колоссальным воздействием энергии. Поэтому многие ПФС слабо подвержены, а некоторые совершенно не подвержены разложению в окружающей среде. Некоторые из этих соединений могут быть уничтожены только при высокотемпературном горении с последующей фильтрацией отработанного воздуха.

ПФС не появляются самопроизвольно, их создает человек. Большинство ПФС производятся с помощью так называемой теломеризации - особого процесса химического синтеза. Начиная с перфторэтилена C2F4 молекула постепенно удлиняется с одного конца. С помощью этого процесса сначала производят фторсодержащие мономеры, которые впоследствии могут быть переработаны во фторполимеры. Чтобы отличать их от соединений, полученных в результате электро-химического фторирования, эти мономеры также называют теломерами.

40

В ПФС также включаются так называемые фторсодержащие полимеры, наиболее известным и значимым представителем которых является политетрафторэтилен, более известный под названием тефлон (Teflon®). Фторсодержащие полимеры являются твердыми и могут подвергаться формовке и переработке. Они обладают водо-, грязе- и жирооттал-кивающие свойства, а также устойчивы к агрессивным химическим средам и характеризуются высокой теплоустойчивостью.

Приведенные выше соединения и продукты - это лишь примеры ПФС. В Организации Экономического Сотрудничества и Развития (ОЭСР) в настоящее время ведется работа с 853 различными ПФС, включая 369 вещества, которые могут быть преобразованы в вызывающие беспокойство перфтороктансульфонат (ПФОС/PFOS) или перфтороктановую кислоту (ПФОА/PFOA).

Актуальность проблемы. В настоящее время потребители постоянно сталкиваются с этими соединениями - с так называемыми чудесами современной химии для домашнего хозяйства, теми, что не дают еде пригорать к посуде, удаляют пятна с мебели и ковров, заставляют дождевые капли стекать с наших плащей. Промышленность активно использует уникальные характеристики скольжения и теплостойкости этих соединений в производстве абсолютно всего - от самолетов и компьютеров до косметики и бытовых химикатов. Однако в последнее десятилетие мультимиллиардная индустрия ПФС, поддерживаемая такими всемирно известными брендами, как Teflon, Gore-Tex, Scotchgard и Stainmaster, привлекает пристальное внимание ученых и официальных лиц с точки зрения нормативного регулирования.

Подобное внимание обусловлено тем, что результаты исследований конца 1990-х возвели некоторые из ПФС в разряд высокотоксичных и необыкновенно стойких соединений, разлагающих кровь человека и оказывающих пагубное воздействие на живую природу. И чем дальше, тем все более очевидно, что отдельные ПФС встают в один ряд с дихлорза-мещенными соединениями, полихлобифенилами, диоксинами и подобными химикатами, как самые опасные из когда-либо производимых глобальных химических загрязнителей.

Сегодня ПФО ограничены в Европейском Союзе, США, Канаде, Австралии и других