Содержание к диссертации
Введение
Глава I. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ 10
1. Характеристика воды и токсикантов использованных в опытах 10
2. Характеристика тест организма 19
3. Постановка и проведение опытов 21
4. Оценка отдаленных последствий кратко временного воздействия, токсикантов.на дафний
5. Математическая обработка эксперимент- тальных данных 30
Глава II. ОСТРОЛЕТАЛЬНОЕ ДЕЙСТШЕ СОЛЕЙ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ НА ДАФНИЙ 32
1. Количественная оценка эффекта кратковременного воздействия солей тяжелых металлов на дафний 32
2. Морфологические изменения у дафний при действии солей тяжелых металлов
3. Использование функциональной нагрузки в.качестве показателя-степени обратимости кратковременного воздействия солей тяжелых металлов 81
Глава III. СПОСОБНОСТЬ ПОПУЛЯЩИ ДАФНИЙ К ВОССТА НОВЛЕНИЮ ПОСЛЕ РАЗНЫХ СТЕПЕНЕЙ ОСТРОГО ПОВРЕВДЕШЯ 93
1. Отдаленные последствия кратковременного воздействиясолейтяжелых металлов на дафний 93
2. Изменение чувствительности и способности к восстановлению на разных.фазах .развития популяции дафний 130
3. Чувствительность дафний к действию солей тяжелых металлов в эмбриогенезе... 141 Глава ІV. ВЛИЯНИЕ СОЛЕЙ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ НА АКТИВНОСТЬ СУКЩШТДЕГИДРОГЕНАЗЫ (СДГ) ДАФНИЙ 148
I. Методика определения активности СДГ дафний, изменение активности СДГ в норме 148
2. Изменение активности СДГ дафний при постоянном и кратковременном действии солей тяжелых металлов 152
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 166
ВЫВОДЫ 175
ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИЙ 178
ЛИТЕРАТУРА
- Характеристика воды и токсикантов использованных в опытах
- Количественная оценка эффекта кратковременного воздействия солей тяжелых металлов на дафний
- Отдаленные последствия кратковременного воздействиясолейтяжелых металлов на дафний
- Методика определения активности СДГ дафний, изменение активности СДГ в норме
Характеристика воды и токсикантов использованных в опытах
В настоящее время является хорошо известным, что физико-химические свойства воды оказывают значительное модифицирующее влияние на действие многих загрязняющих водоемы веществ /34, 91, 118, 128, 132, 157, 158, 167, 178, 201/. Имеется ряд классификаций, где учитывается влияние этих факторов на характер действия токсикантов /49, 51, 207, 208/. Особенно большое значение эти свойства приобретают при кратковременном воздействии остро-летальных концентраций токсических веществ /7, 41/, а поскольку большинство наших экспериментов основаны на кратковременном действии остролетальных концентраций солей тяжелых металлов на дафний, мы позволим себе коротко рассмотреть некоторые основные свойства воды, оказывающие влияние на токсичность солей тяжелых металлов. К числу этих свойств относятся жесткость воды, температура, содержание кислорода и активная реакция среды (рН).
Известно, что повышение жесткости воды снижает токсичность солей тяжелых металлов для гидробионтов /73, 130, 135, 151, 153, 159, 179, 193/. Считают, что при повышенной жесткости снижается истинная концентрация металла за счет комплексообразования и преципитации карбонатами и гидроксидами. Возможно также, что в присутствии ионов кальция снижается проницаемость жабр гидробионов /193,197../. В связи с вышеуказанным все наши опыты были проведены на мягкой воде.
Повышение температуры воды, как правило усиливает токсическое действие металлов на гидробионтов, причем особенно четко это проявляется в острых опытах /112, 114, 182/. Физиологически это объясняется тем, что при повышении температуры воды увеличивается проницаемость тканей гидробионтов для токсикантов, увеличивается скорость обмена веществ и потребление кислорода /73/. Очевидно, скорость реакции гидробионтов на яды пропорциональна скорости обмена веществ, и температура в той степени влияет на токсичность веществ для пойкилотермных животных, в какой она сказывается на скорости и характере обмена веществ у них /48, 49/.
Шербань Э.П. /112/ исследуя воздействие сернокислых солей Си, zn, cd, Ni и мп на 3 - 5 дневную молодь и половозрелых самок Daphnia magna в острых опытах (24, 48 и 72 ч) при 10,15,25 и 30 "С" показала, что токсичность ионов Си , zn са+ , ш+ с повышением температуры возрастает. В интервале температур 25-30 С, токсичность Cd увеличивается на 3-4 порядка и более, Си и zn на 2 порядка Ш и мп мало изменяется.
Количественная оценка эффекта кратковременного воздействия солей тяжелых металлов на дафний
В связи с тем, что до последнего времени в водной токсикологии при постановке экспериментов обычно изучается постоянное действие токсических веществ, и имеются лишь отдельные работы по оценке колебаний концентраций в хронических опытах /43, 45/, количественная оценка эффекта кратковременного воздействия токсикантов на организм в настоящее время не разработана. Так как предлагаемый нами вариант подхода к количественной оценке эффекта кратковременного воздействия токсикантов основан на элементах уже разработанной системы изучения количественных закономерностей при постоянном воздействии токсикантов на организмы, рассмотрим основные методы, используемые в настоящее время для количественной оценки постоянного действия токсикантов.
Первые работы по выяснению количественных закономерностей действия токсикантов на организм были начаты в начале нашего века, когда Уоррен / 197 / показал, что зависимость времени выживания дафний от концентрации поваренной соли соответствует гиперболе. Тем самым в водную токсикологию в качестве оценки токсического действия было введено определение зависимости времени реагирования организмов от концентрации токсического вещества. Позднее такие исследования на ряде видов зоопланктона в нашей стране выполнялись Беклимешевым / 8, 10/, в Англии в основном на рыбах, Джонсоном / 157, 158/. В последние годы этому приему уделяется внимание в США /199/ и в нашей стране /49, 56, 59, 97/.
Другой подход в оценке остролетального действия - ВЫЯ -вление зависимости степени повреждения организмов от концентрации вещества за стандартное время. Начало этому направлению было положено работами Тревана /195/. Как показал Треван распределение организмов по чувствительности к ядам близко к нормальному (Гауссовскому), но мода несколько сдвинута в сторону более чувствительных организмов. Учитывая, что в пределах точности обычно доводимых опытов различия средней и медианной чувствительности лежат в пределах статистической ошибки опыта, Треван предложил определять медианные летальные дозы, как более простой прием математического анализа данных. Эта система активно разрабатывается и в настоящее время широко применяется в качестве условного показателя острой таксичности /2, 5, 86, 100, 125, 138, 160, 164, 170, 180, 183, 193, 198/.
Поскольку в водной токсикологии обычно не определяют действующих доз (количеств вещества, повреждающих какой-то орган) и не знают какая часть вещества поступила из воды в организм, выявляют связь концентраций вещества в воде и реакцией организмов за определенный срок опыта. За основу чаще всего принимается длительность опытов, равная 4 суткам (96 ч) или 5 суткам ( 120 ч ).
Отдаленные последствия кратковременного воздействиясолейтяжелых металлов на дафний
Все выполненные к настоящему времени работы (Лукьяненко 1967, Joims, 1964) по изучению "восстановления" касаются только непосредственно восстановления функций после их нарушения под влиянием отравления. В предыдущих главах было показано, что "восстановление" - гораздо более сложный процесс и требует особого анализа. Нарушения нормальных реакций дафний после перенесения кратковременных воздействий токсикантов нами выявлены и через 1-2 недели позднее. Но остается еще очень важный с практических позиций вопрос, - насколько такое воздействие может тлеть последствия для продуктивных свойств популяции гидробионтов.
Дафнии, как тест-организм, в этом отношении являются наиболее удобным организмом, так как имеют короткий жизненный цикл, что позволяет проследить последействие контакта организмов с токсическим веществом не только в течение всей жизни интактных организмов, но и выявить отдаленные последствия такого токсического воздействия на несколько поколений потомства интактных организмов на популяционнвм уровне, если длительность опытов составляет не менее 40 суток.
В реальной обстановке водоема неизбежно будут складываться такие ситуации, когда организмы будут иметь временный контакт с с загрязняющим веществом. При этом наибольшее значение по своим последствиям, очевидно, будет иметь кратковременный контакт организмов с токсикантами на уровне остролетальных концентраций. Такая ситуация может сложиться, например, при залповых сбросах сточных вод предприятий и в том случае, когда организмы зоопланктона и часть бентосных форм в процессе дрифта будут попадать в зоны разбавления сточных вод. Если в расчетном створе выдерживаются ПДК, то в точке поступления сточных вод концентрации загря- зияющих веществ обычно составляют 3 - 10 ПДТС.
Так при полевых исследованиях было выявлено, что ниже промышленных предприятий наблюдаются часто значительный процент погибших или вялых организмов зоопланктона, что связано с их дрифтом через зоны разбавления сточных вод /60/.
Для того чтобы оценить практический ущерб такого воздействия и его экологические последствия необходимо экспериментально изучить зависимость нарушений организмов и их отдаленные последствия на потомство от концентрации и времени воздействия токсических веществ.
Учитывая вышеизложенное, а также то, что в настоящее время этот вопрос в водной токсикологии разработан крайне слабо, наїж были проведены опыты по оценке действия солей тяжелых металлов в остротоксичных концентрациях, но в течение сроков, меньших, чем сроки гибели организмов, либо вызывающих их частичную гибель, с последующим перенесением организмов в чистую воду и наблюдением за их жизнедеятельностью. Отдаленные последствия кратковременного воздействия остролетальных концентраций солей тяжелых металлов на дафний изучали на примере Действия хлоридов кобальта и меди.
Методика определения активности СДГ дафний, изменение активности СДГ в норме
В области водной токсикологии в дополнение к общеизвестным и давно применяющимся методикам по изучению выживаемости и других показателей устойчивости водных организмов к токсикантам /59,97/ все шире используются физиолого-биохимические методы исследования /24,25,28,40,70,96/. Предполагается, что изменения интенсивности обмена веществ могут быть наиболее тонкими показателями действия ядов на гидробионтов /18,94/. Эти изменения являются следствием происходящих в организме сложных биохимических процессов, ведущая роль в которых принадлежит ферментам.
Одним из наиболее важных моментов в процессе метаболизма организмов является цикл ди- и трикарбояовых кислот, с помощью которого происходит утилизация органических кислот с образованием энергии /27, 61/. Все реакций в цикле ди- и трикарбоновых кислот в основном осуществляется с помощью дегидрогеназ.
Поскольку большинство дегидрогеназ в своем активном центре имеет сульфигидрильные группы тиоловых соединений, то они атакуются многими химическими веществами и благодаря своей высокой реакционной способности легко вступают с ними в реакции /165/. Высокую чувствительность дегидрогеназ у различных гидробионтов к действию токсикантов подтверждают и последние литературные данные /14, 21, 74, 108/.
Литературных данных о норме и патологии дегидрогенез у дафний нами не было найдено. Такое исследование может дать ценные сравнительные материалы, имеющие важное значение для познания особенностей обменных процессов в норме и при различных патологических состояниях.
Учитывая вышеизложенное, а также важную роль дегидрогенез в процессах энергообеспечения организмов,в основу предлагаемой методики положена оценка общей активности суцинатдегидрогеназы (СДГ) гомогената дафний. Для этой цели была модифицирована методика Нехласа и др. /172/. В ходе исследований были найдены оптимальный состав инкубационной среды и условия культивирования, т.к. предлагаемые авторами методы для дафний не подходят.
Для определения активности СДГ, живых дафний из опытных растворов на фильтровальную бумагу, переносили, . быстро обсушивали и взвешивали на торзионных весах. Затем дафний помещали в ступку и растирали в течение 3-5 минут в дистилированной. воде до образования однородной суспензии. Общий вес дафний, взятых для определения активности СДГ не должен быть меньше 10 мг на I мл дистилированной воды, т.к. при меньшем весовом соотношении сырого веса дафний в воде в гомогенате, активность СДГ может не проявляться.
