Введение к работе
Актуальность исследований. Методы определения токсикологических параметров пестицидов длительны по времени, трудоемки и требуют значительных затрат, поэтому научно-исследовательские лаборатории не могу своевременно предоставлять токсикологическую оценку нарастающему потоку новых пестицидов. В этой связи существует актуальность создания надежных и достоверных расчетных методов оценки экотоксичности пестицидов. Для этого разрабатываются тест-системы различного биологического уровня in vitro, которые позволяют выявить связь между структурой и активностью химических веществ, а также использовать количественную зависимость химическая структура - биологическая активность для целей прогноза токсичности пестицидов.
Прогноз на основе количественных зависимостей химическая структура -биологическая активность является одним из альтернативных методов в токсикологии и должен стать необходимой составляющей в комплексе методов изучения токсичности и опасности веществ, загрязняющих окружающую среду. Поэтому предварительную оценку токсичности новых химических веществ на основе математических моделей прогноза необходимо рассматривать как один из первых этапов исследовательских работ по экспериментальному обоснованию предельно-допустимых ковдентраций (ПДК).
Результаты предварительного математического прогнозирования параметров токсичности позволяют правильно планировать эксперимент, обосновано выбирать концентрации химических веществ для постановки опытов и тем самым уменьшить вероятность ошибки, сократить количество необходимых животных, длительность и стоимость токсикологических исследований, выявить механизм действия и определяющий токсический эффект при хронической интоксикации.
В рьгбохозяйственной токсикологической научной литературе нет работ, описывающих математические модели прогноза токсичности пестицидов для Daphnia magna Straus, выступающей в большинстве случаев в качестве лимитирующего звена при установлении предельно-допустимых концентраций (ПДК). Отсутствуют работы по изучению хронического токсического действия на различные стороны жизнедеятельности Daphnia magna перспективных для сельского хозяйства гербицидов нового поколения -производных сульфомочевин и арилоксифеноксипропионовых кислот.
Все вышеизложенное обуславливает актуальность выбранной темы исследования.
Цель и задачи исследования. Цель работы - на основе количественных зависимостей химическая структура - биологическая активность научно обосновать математические модели прогноза токсичности пестицидов, относящихся к разным химическим классам, для Daphnia magna Straus - как тест-объекта биотестирования и нормирования токсикс-метрических параметров химических веществ.
В связи с этим были определены следующие задачи:
Установить токсикометрические параметры действующих веществ и препаративных форм пестицидов для Daphnia magna.
Выявить связь химическая структура - параметры токсичности пестицидов, относящихся к разным химическим классам.
Установить корреляционно-регрессионные зависимости токсикометрических параметров действующих веществ и препаративных форм пестицидов от их коэффициентов распределения октанол/вода
Разработать математические модели прогноза токсикометрических параметров пестицидов для Daphnia magna.
Провести верификацию разработанных моделей прогноза при проведении исследований по экспериментальному обоснованию ПДК пестицидов.
Изучить характер хронического токсического действия гербицидов нового поколения - производных сульфонилмочевин и произюдных арилоксифеноксипропионовых кислот на жизнедеятельность Daphnia magna.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Характеристика биоцидной активности основных химических классов пестицидов.
Прогностические модели определения токсичности действующих веществ и препаративных форм пестицидов, основанные на установлении достоверных регрессионных зависимостей токсикометрических параметров и коэффициентов распределения окганол/вода.
Гербициды - производные арилоксифеноксипропионовых кислот, сульфонилмочевин вызывают нарушения жизнедеятельности Daphnia magna. Интенсивность и направленность токсического действия изученных гербицидов определяется их химической структурой.
Научная новизна,
На основании результатов экспериментов определены токсикометрические параметры 43 действующих веществ и 83 препаративных форм пестицидов для Daphnia magna.
Установлена связь параметров токсичности и химической структуры 43 действующих веществ и 83 препаративных форм пестицидов. Определен диапазон колебаний среднелетальных концентраций 114 пестицидов разных химических классов для Daphnia magna.
Выявлены корреляционно-регрессионньге зависимости параметров токсичности действующих веществ и их препаративных форм от коэффициентов распределения октанол/вода. Разработаны соответствующие математические модели прогноза.
Исследовано хроническое токсическое действие пестицидов - производных сульфонилмочевин, арилоксифеноксипропионовых кислот на Daphnia magna. Установлена зависимость интенсивности и направленности действия изученных пестицидов от их химической структуры.
Практическая значимость работы
Материалы проведенных исследований легли в основу разработки более 100 рыбохозяйственных нормативов (ПДК).
Осуществлена верификация разработанных моделей прогноза токсикометрических параметров пестицидов при проведении экспериментов по установлению ПДК 8 пестицидов.
Предполагается использовать разработанные модели прогноза токсикометрических параметров пестицидов при их скрининге.
Апробация работы Материалы диссертации были представлены на российских и международных конференциях: "Вторая Всесоюзная конференция по рыбохозяйственной токсикологии, посвященная 100-летию проблемы качества воды в России" (Санкт-Петербург, 1991); Международная конференция "Новые технологии в защите биоразнообразия в водных экосистемах" (Москва, 2002); Вторая международная научная конференция "Биотехнология - охране окружающей среды" (Москва, 2004); Международная научная конференция "Актуальные проблемы экологической физиологии, биохимии генетики животных" (Саранск, 2005); Вторая научная конференция с участием стран СНГ "Современные проблемы физиологии и биохимии водных организмов" (Петрозаводск, 2007); Международная конференция "Ихтиологические исследования на
внутренних водоемах" (Саранск, 2007); Международная научная конференция "Исследования Мирового океана" (Владивосток, 2008); Международная научная конференция "Актуальные проблемы биологии, нанотехнологий и медицины" (Ростов-на-Дону, 2008).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 38 научных работ, объемом 4,9 п.л., из них 1 статья в изданиях, рекомендованных ВАК Доля участия автора в публикациях составляет 69% (3,4 пл.).
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из: введения; обзора литературы; описания постановки экспериментов и методов исследования; 2-х глав собственных исследований; обсуждения результатов; выводов и списка использованной литературы, включающей 134 источник отечественных и 38 зарубежных авторов. Объем диссертации 170 страниц машинописного текста. Работа иллюстрирована 34 таблицами и 13 рисунками.
Работа проводилась в отделе рыбохозяйственной токсикологии АзНИИРХ и ФГУП "АзНИИРХ"в рамках госконтрактов с Государственным комитетом РФ по рыболовству согласно Отраслевой программе "Научно-техническое обеспечение развития рыбного хозяйства России", проект "Экология".
Личный вклад в работу заключается в непосредственном выполнении экспериментальных исследований по всем разделам диссертационной работы, проведения анализа и обобщения результатов работы, сборе, систематизации и анализе литературных и экспериментальных данных. Изучение острой токсичности препаратов проводилось совместно со старшим научным сотрудником Власенко ЕС, научным сотрудником Федоровой Е. А.
