Содержание к диссертации
Введение
1 Обзор литературы 9
2 Материал и методики 23
2.1 Характеристика ингибиторов коррозии ИКБ-2-2 и ИКБ-6-2. 23
2.2 Характеристики тест - объектов 24
2.3 Методики исследований 29
3 Результаты исследований 35
3.1 Исследование стабильности токсичности и органолептических свойств смесей 35
3.1.1 Исследование стабильности токсичности смесей с помощью дафний . 35
3.1.2 Стабильность ингибиторов ИКБ-6-2 и ИКБ-2-2 и влияние их на органолептические свойства воды 38
3.2 Влияние ингибиторов на процесс самоочищения 41
3.3 Влияние ингибиторов на микрофлору 49
3.4 Влияние ингибиторов на водоросли Scenedesmus quadricauda Turp. Breb . 56
3.5 Влияние ингибиторов на макрофиты Lemna minor Linne и Elodea canadensis Rich 64
3.6 Влияние ингибиторов на ракообразных 74
3.6.1 Дафнии (Daphnia magna Straus) 74
3.6.2 Гаммарусы (Gammarus lacustris Sars, 1863) 83
3.7 Влияние ингибиторов на червей (Limnodrilus hoffmeisteri Claparede, 1868) 86
3.8 Влияние ингибиторов на моллюсков (Lymnaea stagnalis, Planorbis planorbis Linne, 1758) 91
3.9 Влияние ингибиторов на рыб 98
3.9.1 Гуппи (Lebistes reticulata Peters) 98
3.9.2 Верховка (Leucaspius delineatus) 105
3.9.3 Опыты с карпом (Cyprinus carpio L.) Ill
4 Обсуждение результатов 118
5 Заключение 135
6. Выводы 142
Список литературы 144
Приложение 163
- Характеристики тест - объектов
- Исследование стабильности токсичности смесей с помощью дафний
- Влияние ингибиторов на водоросли Scenedesmus quadricauda Turp. Breb
- Влияние ингибиторов на моллюсков (Lymnaea stagnalis, Planorbis planorbis Linne, 1758)
Введение к работе
Добыча и транспорт углеводородного сырья и сопутствующее им нефтяное загрязнение - проблема № 1 в мире. Большинство работ посвящены влиянию нефтепродуктов на водные (в основном морские) экосистемы (Патин, 1979; 1997; 2001). Однако, едва ли наберется несколько десятков работ в открытой печати, посвященных действию на гидробионты веществ, используемых при добыче и транспорте нефти в качестве ингибиторов коррозии. Вместе с тем, 92-97 % аварий нефтепроводов (а их только по одному Нижневартовскому району Тюменской области насчитывается 2-3 тысячи в год) связано с коррозией труб (Мазур,1990; Векилов,1992; Состояние окружающей среды..., 1997; Осипов, 1998; Попов и др., 1999).
В среднем на одну тонну добытой нефти расходуется 0,01-0,1 % ингибиторов. Если учесть, что только в Тюменской области добывалось в конце 80-х годов около 400 млн т нефти /год, то получается внушительное количество ингибиторов, которые в процессе аварий, сбросов, смывов с территорий попадали и попадают в поверхностные водные объекты.
Одними из наименее изученных являются ингибиторы, включающие азотсодержащие вещества классов полиаминов, амидов и имидазолов. Вместе с тем известно, что по разнообразию биологической активности гетероциклические соединения с двумя гетероатомами в цикле, особенно азот- и кислородсодержащие, занимают одно из первых мест среди других классов органических соединений (Левина,2002). Среди них есть и пестициды - производные имидазола (имазолил, фуберидазол, имидаклоприд), обладающие наряду с инсектицидной, фунгицидной и гербицидной активностью, также и ихтиоцидным действием (Щербакова, 2002). По своей структуре (оксоимидазольный гетеро-цикл с метановым и изопропиловым радикалом и остатком ароматических кар-боновых кислот) они близки к изучаемым нами ингибиторам: ИКБ-2-2 - смесь аминоамидов и имидазолинов с жирными кислотами талловых масел, ИКБ-6-2-смесь аминоамида жирной кислоты талловых масел и полиэтиленполиамина.
Данные смеси изучались только гигиенистами (Галеева, 1992; Дубинина, 1992), которые установили, что они вызывают у млекопитающих (крысы, кролики) двигательную заторможенность, снижение рефлексов, нарушение функционирования ЦНС, сдвиги картины периферической крови, расстройства функций паренхиматозных органов (печень, почка, миокард), нарушение метаболических процессов, функциональные сдвиги в динамике развития потомства и обладают (ИКБ-6-2) сверхкумулятивными свойствами (Нефть и здоровье, 1993).
Отдельные компоненты, такие как имидазолины и полиэтиленполиамины оказывают на млекопитающих и гидробионтов эмбриотоксическое, тератогенное и мутагенное действие (Карамова и др., 1990; Карбаматные пестициды ..., 1991; Булгаков, 1997; Траоре, 2001). Указанные компоненты в различных комбинациях оказывают на гидробионтов токсическое воздействие (Дорофеев, 1974; Солодов, Таврин, 1983; 1985; Курзыкина, 1988; Кабанова, Кузнецова, 1988; 1989; Лузгин, 1989; Булгаков, 1997; Mitchell Fiona, Holdway Douglas, 2000; Cotou et al, 2001), выражающееся в изменении фотосинтетической активности продуцентов, снижении выживаемости, нарушении эмбрионального развития, физиологических функций, изменении морфометрических показателей беспозвоночных и рыб.
Установлено (Левина, 2002), что производные имидазола (имазалил, фуберидазол) изменяют активность ферментов антиоксидантной защиты в различных тканях карпа (мозг, печень, жабры), глутатионовой системы и суммарной пероксидазной активности в ранние сроки интоксикации. Вместе с тем, известно (Щербакова, 2002), что ихтиоцидность производных имидазола зависит от строения радикалов, связанных не только с ядром имидазола, но и находящихся в другой части молекулы. Тем более, что сложные смеси, включающие гетероциклические соединения, могут обладать биологическим действием отличным (более и менее выраженным) от действия отдельных компонентов. В литературе практически отсутствуют сведения об экологической опасности для рыбохозяйственных водоемов смесей, используемых в качестве ингибиторов - ИКБ-2-2, ИКБ-6-2. На основании вышеизложенного актуальным является исследование влияния указанных смесей при кратковременном и хроническом воздействии на общебиологические показатели состояния гидробио-нтов (выживаемость, плодовитость и качество потомства) и функциональные показатели представителей трофической цепи водоема с целью установления предельно допустимого содержания данных смесей в воде рыбохозяйственных водоемов.
Цель и задачи исследования
Целью настоящей работы явилась комплексная оценка воздействия сложных композиций органических веществ, используемых в качестве ингибиторов коррозии (ИКБ-2-2 и ИКБ-6-2) для гидробионтов разного трофического уровня и среды их обитания.
Основное внимание было сосредоточено на решении следующих задач:
1. Установить стабильность токсичности исследованных композиций химических веществ.
2. Изучить влияние ингибиторов на микрофлору и основные химические показатели воды, характеризующие процесс самоочищения водоемов.
3. Исследовать острое и хроническое действие ИКБ-2-2 и ИКБ-6-2 на организмы, представляющие основные трофические звенья водных экосистем (водоросли и макрофиты, ракообразные, черви, моллюски, рыбы).
4. На основе полученных данных определить допустимые концентрации для представителей каждого трофического звена и водной экосистемы в целом.
Научная новизна работы
1. Впервые изучено острое и хроническое действие на гидробионты разного систематического уровня сложных композиций органических веществ (аминоамиды, имидазолины, полиэтиленполиамины, жирные кислоты талловых масел), используемых в качестве ингибиторов коррозии металлов (ИКБ-2-2 и ИКБ-6-2).
2. Установлены токсикометрические параметры для двух сложных смесей, отличающихся по составу и физико-химическим свойствам.
3. Проведен сравнительный анализ действия этих композиций на представителей разных уровней трофической цепи водоема: продуцентов (водоросли, макрофиты), консументов (ракообразные, черви, моллюски, рыбы), деструкторов (разные физиологические группы микроорганизмов) при кратковременном и длительном воздействии.
4. Использованы новые для водной токсикологии тесты: регенерация оли-гохет, общая тромбопластическая активность тканей рыб, которые оказались одними из лимитирующих при регламентации ингибиторов.
Практическая значимость
1. Определены токсикометрические параметры и дозоэффективные зависимости воздействия изученных ингибиторов на микрофлору, водоросли, ракообразных, моллюсков, червей, рыб. Установлена видовая чувствительность и устойчивость гидробионтов к сложным смесям органических веществ.
2. Материалы проведенных исследований легли в основу разработки ПДК ИКБ-6-2 и ИКБ-2-2 (Перечень..., 1999).
3. Предложенный новый чувствительный метод - регенерация олигохет -использован при разработке ПДК нефти в донных отложениях и включен во «Временное методическое руководство» (2002), разработанное СибрыбНИИ-проектом.
4. Материалы работы и токсикологические тесты вошли в лекционный курс и большой спец практикум по водной токсикологии для студентов ТюмГУ и ТГСХА.
Основные положения, выносимые на защиту
1. Ингибиторы коррозии металлов ИКБ-2-2 и ИКБ-6-2 содержат как легко-, так и трудно окисляемые компоненты: с первыми связан остролетальный эффект, со вторыми-физиолого-морфологические трансформации, приводящие к гибели дафний при длительном воздействии, а также снижению плодовитости, появлению нежизнеспособного потомства, что ведет к нарушениям на по-пуляционном уровне.
2. ИКБ-6-2 стимулирует рост сапрофитной, олиготрофной и аммонифицирующей, а ИКБ-2-2 - денитрифицирующей микрофлоры, увеличивая сапробность среды, что зависит от состава и физических свойств ингибиторов и оказывает опосредованное влияние на жизнеспособность гидробионтов.
3. Повреждающее действие ингибиторов характеризуется универсальным характером действия на различные биосистемы, обладающие различной чувствительностью и устойчивостью.
Апробация работы
Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на: -3-5 Всероссийских научно-практических конференциях «Окружающая среда» (г. Тюмень, 2000 - 2002 гг.);
- Всероссийской научной конференции «Северный регион: экономика и социокультурная динамика» (г. Сургут, 2000 г.);
- Международной конференции «Новые технологии для очистки нефтезагрязнен-ных вод, почв, переработки и утилизации нефтешламов» (г. Москва, 2001 г.);
- VIII съезде гидробиологического общества РАН (г. Калининград, 2001г.);
- Всероссийской научной конференции по водной токсикологии (п. Борок, 2002 г.).
Публикации
Результаты диссертации изложены в 12 опубликованных научных работах и 2 статьи приняты к печати.
Структура и объем работы
Материал диссертации изложен: основной текст - на 162 страницах машинописного текста и приложения - на 7 страницах; содержит 57 таблиц, 36 рисунков. Работа состоит из введения, обзора литературы (глава 1), описания материала и методов исследования (глава 2), изложения полученных результатов и их обсуждения (главы 3, 4), заключения, выводов и списка цитируемой литературы (179 отечественных и 24 иностранных источника).
Характеристики тест - объектов
В качестве тест - объектов использовали автотрофов (низшие и высшие водные растения) и гетеротрофов (сапрофитная микрофлора, дафнии, гаммару-сы, моллюски, олигохеты, рыбы).
Сценедесмус (Scenedesmus quadricauda Turp. Breb.) - широко распространенная зеленая водоросль, относящаяся к ценобиальным организмам класса протококковых. Ценобии 2-, 4-, реже 8-, 16-клеточные, в виде плоских пластинок. Клетки удлиненно - овальные, с закруглёнными концами. Краевые клетки имеют два отогнутых наружу рога. Размножение происходит автоспорами, образующимися в материнской клетке. Вид широко распространен в разнообразных биотопах, главным образом, в планктоне пресных водоёмов (Методическое руководство..., 1991). Сценедесмус - высоко чувствительный, легко культивируемый в течение всего года, тест - объект. Водоросли сочетают в себе морфологические признаки клетки и организма. Достаточно широкий набор тест -функций позволяет полно охарактеризовать напряженность процесса первичного продуцирования органического вещества в системе «фотосинтез - дыхание». (Владимирова, Семененко, 1962; Хоботьев, Капков, 1971).
Ряска (Lemna minor Linne) - водное, свободноплавающее растение. Обитает на поверхности стоячих или слабопроточных водоёмов, распространение её ограничено участками водоёмов с рН 6,2-7,5 (Методические указания, 1998). Тенелюбива, устойчива к низким температурам (Галкина и др., 1965). Вегетативное тело ряски имеет вид листа, или, как его называют, - щитка или листеца. Форма листеца эллиптическая, на нем выделяют проксимальный, с двумя кармашками, и дистальный конец. В кармашках, которые называют почечными, закладываются вегетативные почки, дающие начало вегетативным
щиткам. При достижении зрелости завершившие рост дочерние щитки полностью выделяются из кармашка. Средняя длина щитков 4-5 мм. Репродуктивный потенциал материнского щитка, выраженный количеством дочерних щитков, которое способна воспроизвести материнская особь, равен в среднем 10. Средняя продолжительность жизни одного щитка 30 дней. Цикл размножения относительно короткий (3-5 дней) (Мережко, Якубовский, 1976). Корень ряски простой, неветвящийся, с корневым чехликом. Располагается корень перпендикулярно листецу (Тахтаджян и др., 1982).
Высокая степень упрощения организации, миниатюрные размеры, способность к неограниченному вегетативному размножению, быстрый темп размножения, ограниченность срока жизни, изученность физиологических и биохимических характеристик - все это делает ряску малую удобным объектом для токсикологических исследований (Касинов, 1968).
Элодея (Elodea canadensis Rich) - представитель погруженных растений, широко распространенных в стоячих водоемах умеренной зоны. Стебли длинные, ветвящиеся, хрупкие, покрытые мутовками листьев. Листья прозрачные, продолговатые или линейно-ланцетные, длиной до 1 см и шириной 0,5 см, мелкозубчатые, острые, сидят обычно по 3 в мутовках. Стебли стелются по дну водоема, давая многочисленные вертикальные побеги, укореняются у основания и несут плавающие корни (Тахтаджян и др., 1982). Хорошо культивируется в лабораторных условиях, размножается стеблевыми черенками или боковыми побегами. Обладает многими приспособлениями, предохраняющими от недостатка кислорода и биогенов, вместе с тем высокочувствительна к загрязнению среды (Методические рекомендации, 1986). Теневынослива. Температурная граница выживаемости от + 5С до + 41,5С (Саксонов и др., 1998).
Сапрофитные микроорганизмы первыми начинают процесс минерализации, разлагая азотосодержащую органику до аммонийного азота (Методические указания, 1998). Они являются хорошими индикаторами на наличие в воде органических и минеральных соединений. Широкий спектр биохимической ак 26 тивности разных групп бактерий позволяет им усваивать в качестве источников энергии вещества, которые не могут быть использованы другими организмами. Любой процесс бактериальной деструкции сопровождается продуцированием бактериальной биомассы. В результате бактериальных процессов в водной среде происходит минерализация органического вещества и одновременно созидание пищевых ресурсов для водных беспозвоночных. Микроорганизмы находятся на начальном этапе пищевых взаимосвязей в водоемах, принимают участие в процессах самоочищения воды в естественных водоемах (Горленко, 1977). Им принадлежит важная роль в трансформации химического состава воды, газово-го режима, рН, окислительно-восстановительных условий в воде и донных отложениях. Высокая скорость усвоения питательных веществ, высокая приспособляемость к использованию различных субстратов, интенсивное размножение бактерий дает возможность использовать сапрофитные микроорганизмы в качестве тест - объектов при изучении влияния различных веществ на их развитие (Методические рекомендации..., 1986).
Дафния (Daphnia magna Straus) относится к планктерам - фильтрато-рам. Обитает во временных водоемах, мелких прудах и озерах (Мануйлова, 1964). Этот вид является типичным бетамезосапробом, перенося осолонение до 6 /оо. Оптимальное содержание кислорода для дафний составляет 7-8 мг/л, однако рачок способен переносить снижение концентрации Ог до 2 мг/л. Оптимальное значение активной реакции среды рН составляют 7,0-8,0, однако временные изменения рН в пределах 5,8-9,0 не подавляют существенным образом жизнедеятельность дафний (Методические указания..., 1998). Этот вид повсеместно используется в токсикологических экспериментах, являясь общепризнанным как в нашей стране, так и за рубежом (Исакова, Колосова, 1989; Lewis Horning, 1988). Рачки характеризуются невысокой токсикорезистентностью и коротким жизненным циклом, позволяющим проследить влияние токсикантов разной природы на все стадии развития. Большие размеры, по сравнению с другими планктонными ракообразными, и прозрачность тела облегчают наблюдения за рачками. Виды рода Gammarus - нектобентическая форма. Гаммариды используют растительную и животную пищу, помимо живых, поедают погибшие организмы, выполняя тем самым функцию санитара в водоеме. При отсутствии живой пищи характерен каннибализм (Шерстнева, 1977).
Gammarus lacustris Sars, 1863 - бореально арктический вид, широко распространенный в пресных водоемах северного полушария. Ведет донный образ жизни, заселяя сравнительно холодные озера и малые реки. Гаммарус довольно легко культивируется, вынослив к колебаниям температуры и содержанию кислорода, является чувствительным объектом к действию токсикантов. Хорошо переносит лабораторное содержание (Хмелева, 1988).
Олигохеты - важный компонент бентосного сообщества, часто встречаются в загрязненных районах (Pennak, 1989). Черви активно перемешивают поверхностный слой и играют важную роль в круговороте металлов и органических веществ в донных отложениях (Karickhoff, Morris, 1985).
Исследование стабильности токсичности смесей с помощью дафний
Под стабильностью загрязняющего вещества понимают время его разрушения до неопасных для рыбохозяйственных водоёмов продуктов распада при нормальных условиях (Синельников, 1980). Изучить время разрушения индивидуального вещества можно, определяя остаточное его количество через определенные промежутки времени. Однако такой подход не позволяет оценить влияние продуктов распада на биоту. В данном случае сложность заключается ещё и в том, что ингибиторы представляют собой смесь различных компонентов, которые в воде ведут себя по-разному. Следовательно, оптимальным методом исследования стабильности, скорости трансформации и изменения токсичности комплекса веществ, в том числе и ИКБ, является метод биотестирования. Для изучения стабильности токсичности ингибиторов были использованы дафнии, как один из наиболее чувствительных тест-объектов.
Было обнаружено, что в свежеприготовленных растворах, первоначально содержащих до 0,5 мг/л ИКБ, выживаемость дафний была 100 %. В концентрациях 1,0 и 5,0 мг/л погибло 10 и 25 % рачков соответственно. В растворе, содержащем 10,0 мг/л ИКБ, 50 %-ная гибель рачков отмечалась на 3 сут., а 100 %-ная - на 5 сут. В 20 мг/л все рачки погибли уже на 2 сут. опыта (табл.3).
В растворах 1,3,5- суточного хранения в диапазоне концентраций 0,1-5,0 мг/л гибель дафний не превышала 10-20 %, а в растворах 10- суточного хранения отмечалась 100 %-ная выживаемость. В максимальных концентрациях, 10 и 20 мг/л, по мере увеличения срока хранения растворов выживаемость рачков возрастала. В растворе 1 - суточного хранения, содержащем 10,0 мг/л ИКБ, к 10 сут. погибло 85 %, 3-суточного - 80 %, 5 и 10-суточного хранения - 5 % рачков. В растворе 1-суточного хранения, содержащем первоначально 20,0 мг/л ИКБ, погибло 100 % рачков к 4 сут., 3-суточного хранения - 30 %, 5-суточного хранения -15%, 10-суточного хранения - 5 % рачков к 10 сут.
Установили, что по мере увеличения сроков хранения растворов (от 1 до 10 сут.) токсичность их снижалась. Срок деградации ИКБ-6-2, при котором токсичность снижалась на 95 %, по расчетным данным составил 3,5 сут, ИКБ-2-2 -7 сут. По шкале классификации веществ по стабильности (Методические указания..., 1998) ингибиторы относятся к I группе - «малая стабильность». Вместе с тем, снижение токсичности растворов ИКБ-6-2 в течение довольно короткого времени сопровождалось стимуляцией плодовитости рачков в концентрациях до 10 мг/л, особенно в растворах 3-, 5- суточного хранения.
В концентрации 10,0 мг/л плодовитость рачков также возрастала по мере увеличения срока хранения растворов. Если в свежеприготовленных растворах молоди вообще не было, так как материнские особи гибли, не достигнув половозрелое, то в растворах 5- суточного хранения удельная плодовитость приближалась к таковой в контроле, а в растворах 10 - суточного хранения превышала контрольные значения. В растворе с исходным содержанием ИКБ 20 мг/л к 10 сут. накапливаются продукты распада, ингибирующие плодовитость (рис.1).
Таким образом, результаты экспериментов показали, что растворы, содержащие менее 5,0 мг/л ИКБ-6-2, не являются остролетальными для дафний. Их хронический эффект не может быть выявлен в опытах без смены растворов, поскольку ингибитор в низких концентрациях в короткое время подвергается деструкции, в связи с чем токсичность его снижается и появляются продукты распада, стимулирующие плодовитость. В свежеприготовленных растворах с ИКБ-2-2, содержащих 0,05 мг/л, выживаемость дафний была 100 %-ной, в концентрации 10,0 мг/л на 1 сут. погибло 20 % рачков и в дальнейшем (до 10 сут.) выживаемость была на том же уровне.
В растворах 1,3,5 и 10-суточного хранения гибели рачков не наблюдалось. Снижение токсичности растворов ИКБ-2-2 в течение довольно короткого времени сопровождалось стимуляцией плодовитости рачков, особенно в растворах 1,3 - суточного хранения: в 1,5-2,9 и 3,9-4,3 раза (рис. 2).
Влияние ингибиторов на водоросли Scenedesmus quadricauda Turp. Breb
Основными продуцентами органического вещества в водоеме являются водоросли и макрофиты, которые также регулируют баланс кислорода и углекислоты. Угнетение альгофлоры может привести к нарушению биологического равновесия в водоеме, следствием чего может явиться снижение его биопродуктивности. В острых опытах с ИКБ-6-2 в диапазоне концентраций 1,0-5,0 мг/л численность Scenedesmus quadricauda к 7 сут. возросла по сравнению с первона чальным количеством в 5,6-3,5 раза соответственно. В то же время в контроле к этому сроку количество клеток возросло в 6 раз (табл. 16). Статистически достоверная разница с контролем отмечалась в максимальной концентрации к 5 сут., в остальных (кроме 1,0 мг/л) - к 7 сут. Выживаемость клеток отличалась от контроля на 3 сут. в концентрации 5,0 мг/л, на 5 сут. - в 4,0-3,0 мг/л. По содержанию кислорода достоверные различия с контролем отмечались лишь в максимальной концентрации (5,0 мг/л) на 19,5 %. В остальных концентрациях этот параметр не отличался от такового в контроле.
В то же время фотосинтетическая активность угнеталась ингибитором, начиная с концентрации 1,0 мг/л со 2-3-х сут. опыта (табл.17). Снижение содержания фотосинтезирующих пигментов сопровождалось угнетением синтеза валовой продукции в 1,7-2,5 раза и чистой продукции - в 2,1-15,0 раз по сравнению с контролем во всех исследуемых концентрациях. В то же время деструкция органического вещества возросла против контроля всего в 1,1-1,6 раза, хотя содержание органики возросло (в сравнении с контролем) в 1,8-3,4 раза (по показателю БПК).
Таким образом, острые опыты с ИКБ-6-2 позволили определить остротоксическую концентрацию (LC50) - 5,0 мг/л. В хроническом эксперименте расширили диапазон концентраций ингибитора - от 0,01 до 10,0 мг/л. Динамика численности клеток сценедесмуса в течение первых 7 сут. повторила таковую острых опытов (см. табл. 16). В контроле и малых концентрациях (до 1,0 мг/л) наблюдалось увеличение численности клеток, в максимальной концентрации (10,0 мг/л) - уменьшение. В период с 7 по 14 сут. отмечалось снижение численности клеток с постепенным увеличением до конца эксперимента в контроле и в минимальных концентрациях и гибелью клеток к 21 сут. в максимальной (10,0 мг/л) концентрации.
В концентрации 0,01 мг/л как численность, так и количество живых клеток сценедесмуса, не отличались от контроля. На 7 сут. статистически достоверное снижение количества живых клеток по сравнению с контролем наблюдалось в концентрации 10,0 мг/л, а к 14 сут. культура Scenedesmus quadricauda погибла. К 28 сут. отличия с контролем (Р 0,05) по выживаемости клеток водорослей наблюдались и в меньших концентрациях (0,1 и 1,0 мг/л) и составили соответственно 22,5 и 24,7 % (табл. 19). Показателем функциональной активности водорослей служит продукция кислорода и рН среды. Данные, характеризующие активность фотосинтетических процессов, приведены в таблице 20. Статистически достоверное снижение фотосинтетической активности водорослей произошло на 7 сут. в концентрации 10,0 мг/л, на 14 сут. - в 1,0, а к концу опыта и в растворах, содержащих 0,1 мг/л ингибитора.
Величина рН растворов существенно не изменялась в течение опыта. Следует отметить, что в растворе, содержащем 1,0 мг/л ИКБ-6-2, где динамика общей численности клеток повторяла таковую контроля до 25 сут., наблюдалось образование конгломератов к 7 сут., снижение выживаемости - к 14 сут. и снижение общей численности клеток - к 28 сут..
Ингибитор ИКБ-2-2 практически нерастворим в воде и образует при интенсивном смешивании с водой тонкую эмульсию или без смешивания - жирные пятна на поверхности воды. К 7 сут. в концентрации 100 мг/л разница общей численности клеток с таковой в контроле составила 41 %, а количество погибших клеток возросло до 47,2 %. Токсическое действие ингибитора ИКБ-2-2 выражалось также и в угнетении репродуктивной активности. Так, если в контроле к 7 сут. общая численность клеток по сравнению с исходным уровнем возросла на 380 %,то в концентрации 100,0 мг/л - на 213-229 %.
В меньшей степени замедлялось воспроизводство клеток сценедесмуса по сравнению с контролем в других концентрациях (до 10 мг/л). Угнетение жизнедеятельности водорослей выразилось и в некотором снижении фотосинтетической активности, наиболее выраженном в концентрации 100,0 мг/л (табл. 23).
Влияние ингибиторов на моллюсков (Lymnaea stagnalis, Planorbis planorbis Linne, 1758)
Острые опыты с ИКБ-6-2 были проведены с двумя видами моллюсков Lymnaea stagnalis и Planorbis planorbis в диапазоне концентраций - 6,8-100,0 мг/л и 1,2-50,0 мг/л соответственно. В течение 4 сут. наблюдалось аномальное поведение животных. Так, в растворах, содержащих 25,0-100,0 мг/л (Lymnaea stagnalis) и 5,0-10,0 мг/л ингибитора (Planorbis planorbis) моллюски находились на дне, не двигались, втягивали ногу, сильно выделяли слизь. В последующем они глубже втягивали тело в раковину и погибали. В концентрациях 12,5 мг/л и 18,8 мг/л лимнеи активно передвигались по дну сосуда в первые 2-3 часа, а затем обездвиживались. Лишь в концентрации 6,8 мг/л поведение моллюсков не отличалось от поведе ния контрольных особей. Для планорбисов такими концентрациями были 1,2 мг/л и меньше.
За 24 ч. 100 % гибель лимней отмечалась в концентрациях 18,8-100,0 мг/л; планорбисов - в 50,0 мг/л. К 4 сут. выживаемость лимнеид снизилась до 40 % в концентрации 9,4 мг/л, а планорбисов - до 50 % в концентрации 2,5 мг/л. В растворах, содержащих 5,0 и 10,0 мг/л ингибитора, 100 % PI. planorbis погибло ко 2 сут. опыта. Гибели моллюсков не наблюдалось в концентрациях 6,8 мг/л (L. stagnalis) и 1,2 мг/л (PI. planorbis) (рис. 30, 31).
Таким образом, в остром опыте были определены границы остролетального действия ИКБ-6-2: для лимней таковой явилась концентрация 9,4 мг/л; для планорбисов - 2,5 мг/л. Хронические эксперименты с ИКБ-6-2 проводили на PI. planorbis, как более чувствительном тест-объекте. Длительные опыты (30 сут.) выявили различные нарушения у моллюсков в диапазоне исследуемых концентраций от 0,1 до 1,2 мг/л.
Моллюски из растворов, содержащих 0,3 и 0,6 мг/л ингибитора, первые трое сут. вели себя беспокойно, пытались покидать раствор, далеко выставляли ногу из раковины, выделяли слизь, не питались. В растворе, содержащем 1,2 мг/л ИКБ, аномальное поведение животных наблюдалось в течение 10 сут.. Затем моллюски начали питаться, но были пассивнее, чем контрольные.
В течение опыта отмечалась 100 % выживаемость моллюсков во всех концентрациях, кроме 1,2 мг/л, где погибло 10 % особей.
При наблюдении за размножением планорбисов отмечено появление первых кладок в контроле на 10 сут., а в концентрации 0,1 мг/л - на 7 сут.. В растворах, содержащих 0,3-1,2 мг/л ИКБ-6-2, наблюдалась задержка развития эмбрионов на 2-14 сут. по сравнению с контролем. Средняя удельная плодовитость за весь период отмечалась в контроле - 4,2 кладок/особь, а наименьшая (0,5 кладок/особь) - в концентрации 1,2 мг/л (табл. 44).
Об эффективности питания животных судили по кормовому коэффициенту (КК): отношению веса съеденного корма к приросту массы животных. График зависимости величины КК от исследованных концентраций показывает, что в растворе с 0,6 мг/л ИКБ на единицу прироста массы расходуется 13 ед. корма, в то время как на единицу прироста массы контрольных моллюсков приходится 20 ед., а в максимальной концентрации - 69 ед. корма. Высокие значения КК в последнем случае указывают на низкую эффективность использования съеден ного корма на соматический рост и использование энергии на детоксикацию.
Для оценки водно-солевого обмена определяли количество воды в теле моллюска (на 1 г сырого веса тела) и количество минеральных элементов (на 1 г абсолютно сухого веса тела). Количество минеральных элементов в теле моллюсков из всех опытных растворов было выше контроля в среднем на 20-25 %. Относительное увеличение количества зольных элементов косвенно свидетельствует об уменьшении содержания в теле моллюсков органического вещества.
Однако степень изменения интенсивности дыхания была выше во 2 варианте. Так, если при перенесении моллюсков из раствора в раствор, содержащий 0,1 мг/л ИКБ, интенсивность дыхания снижалась на 66 %, то во втором варианте на 16 %. У моллюсков, находившихся в концентрациях 0,6 и 1,2 мг/л, значения интенсивности дыхания повышались против контроля в 1 варианте на 67 %, во втором - на 233 %. Повышение интенсивности дыхания, рост КК и падение массы тела у моллюсков в максимальной концентрации ИКБ свидетельствуют о больших тратах на детоксикацию.
Выживаемость взрослых моллюсков, отсаженных в чистую воду, в контроле и в концентрациях 0,1 и 0,3 мг/л составила 30 %, 50 % и 2 % соответственно. В высоких концентрациях отмечалась 100 % ная гибель животных. Результаты подострых (10 сут.) опытов показали статистически достоверное снижение выживаемости моллюсков в концентрациях 1500 мг/л и выше (рис. 36). Вместе с тем, у всех подопытных животных был подавлен пищевой рефлекс, а в концентрациях 1500-2500 мг/л они не питались вообще (табл. 45). В связи с этим прирост массы тела во всех вариантах опыта был ниже, чем в контроле, причем, эта разница возрастала параллельно увеличению концентраций.
Плодовитость моллюсков была также подавлена: за исследуемый период в опыте не появилось ни одной кладки, тогда как в контроле их было 11. Ингибитор ИКБ-2-2 оказался менее токсичным по отношению ко взрослым моллюскам, чем ИКБ-6-2, по показателю выживаемости. Если в концентрации 50,0 мг/л ИКБ-6-2 моллюски не выживали и одних сут., то в растворах ИКБ-2-2 и к 10 сут. выживало 50 % особей в концентрации 1500 мг/л. По показателям поедаемости корма и прироста массы моллюсков в растворах ИКБ-6-2 изменения по сравнению с контролем наблюдались в концентрациях 0,3 мг/л и 1,2 мг/л, тогда как аналогичный эффект у планорбисов из растворов ИКБ-2-2 отмечали в концентрациях 250 мг/л и выше.
Таким образом, выполненные исследования показали, что моллюски Lymnaea stagnalis более устойчивы к ингибитору ИКБ-6-2, чем Planorbis planorbis, хотя они и принадлежат к одному классу водных беспозвоночных -Gastropoda. Вероятно, это связано как с видовой токсикорезистентностью, так и с физико-химическими свойствами токсиканта. Так, ИКБ-6-2 растворим в воде, ИКБ-2-2, осаждаясь на стенках, образует пленки.
В остром опыте (96 ч.) с ИКБ-6-2 в концентрациях 100-50 мг/л рыбы погибали в течение 1 ч. В концентрациях 25,0 и 12,5 мг/л гибель 100 % гуппи отмечена через 3 ч от начала эксперимента, а в концентрациях 5,0-2,5 мг/л - через 24 ч. В растворах, содержащих 1,25-0,6 мг/л ингибитора, выживаемость рыб была 100%.
В хроническом эксперименте (60 сут., диапазон концентраций 0,01-1,0 мг/л) к 30 сут. в концентрации 1,0-0,5 мг/л погибло несколько рыб, в остальных растворах все рыбы были живы. Видимых аномалий поведения, либо внешней морфологии, отмечено не было.
Гистологический анализ внутренних органов показал, что при действии практически всех концентраций ИКБ-6-2 у рыб наблюдались нарушения гемодинамики, выразившиеся в повышенном кровенаполнении внутренних органов. Существенные изменения наблюдались в ядрах клеток печени, кишечника, респираторного эпителия (приложение, рис. 3,4).
Следует отметить, что даже в минимальных из исследуемых концентраций у рыб отмечалась гиперемия жабр, печени, поджелудочной железы, кишечника, у некоторых особей - пикноз ядер гепатоцитов, кишечного эпителия. По мере возрастания концентраций нарушения усиливались (табл.46). У гуппи из раствора 0,1 мг/л в кишечнике появлялось большое количество клеток, наполненных слизистым содержимым, десквамация клеток верхушек складок, гиперемия, появление большого количества бокаловидных клеток, переполненных секретом. У рыб из раствора 0,5 мг/л отмечалось разрыхление верхушек складок кишечного эпителия. В печени - гиперемия, пикноз ядер гепатоцитов, в жабрах - гиперемия, набухание, гиперплазия, десквамация некоторых клеток респираторного эпителия.
