Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1. Нарушения эмбрионального и постэмбрионального развития рыб под действием интоксикации 7
2. Токсикологическая характеристика изучаемых реагентов и их роль в системе работы очистных сооружений 10
ГЛАВА II. МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА
1. Характеристика реагентов 18
2. Биологические особенности исследованных объектов 27
3. Методика экспериментов 32
ГЛАВА III. ВЛИЯНИЕ СЕДИМЕНТАТОРОВ НА ПОЛОВЬЕ КЛЕТ КИ РАДУЖНОЙ ФОРЕЛИ 38
ГЛАВА ІV. ДЕЙСТВИЕ СЕДИМЕНТАТОРОВ НА ЭМБРИОНАЛЬНОЕ И ЛИЧИНОЧНОЕ РАЗВИТИЕ РЫБ
1. Влияние сернокислого алюминия 45
2. Действие полипиридинового сополимера 107
3. Влияние комплекса (алюмокалиевые квасцы, известковое молоко, полиакриламид)
ГЛАВА V. НАРУШЕНИЕ РАННЕГО ОНТОГЕНЕЗА РЫБ ПОД ДЕЙСТВИЕМ СЕДИМЕНТАТОРОВ И БИОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ИХ ОПАСНОСТИ 163
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 175
ВЫВОДЫ 1.78,
ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ... 179
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
- Нарушения эмбрионального и постэмбрионального развития рыб под действием интоксикации
- Характеристика реагентов
- ВЛИЯНИЕ СЕДИМЕНТАТОРОВ НА ПОЛОВЬЕ КЛЕТ КИ РАДУЖНОЙ ФОРЕЛИ
- Влияние сернокислого алюминия
- НАРУШЕНИЕ РАННЕГО ОНТОГЕНЕЗА РЫБ ПОД ДЕЙСТВИЕМ СЕДИМЕНТАТОРОВ И БИОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ИХ ОПАСНОСТИ
Введение к работе
Вопросам охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов в нашей стране уделяется большое внимание. В соответствии с Конституцией СССР и Законом об охране и использовании животного мира принимаются меры для научно обоснованного использования земли и ее недр, водоемов, растительного и животного мира.
Среди природных богатств большое место занимают водные ресурсы. В настоящее время они стали важнейшим звеном в системе производительных сил, обеспечивающих нормальное функционирование всего хозяйственного комплекса и всех потребностей общества. Вода является одним из важнейших компонентов экосистемы, а для водных организмов - средой обитания. Проблема охраны водной среды в условиях интенсивного развития промышленности, сельского хозяйства приобрела глобальный характер. В "Основах водного законодательства СССР и союзных республик" (1970), в постановлении ЦК КПСС и Совета Министров СССР "Об усилении охраны природы и рационального использования водных ресурсов" (1972) дана конкретная целенаправленная программа использования и охраны водного фонда СССР. В Основных направлениях экономического и социального развития СССР на 1981-1985 г.г. и на период до 1990 г. сформулированы важнейшие задачи развития водного хозяйства страны с целью предотвращения ухудшения качества вод и сохранения чистоты источников воды. В Продовольственной программе, выдвинутой Майским (1982 г.) пленумом ЦК КПСС, указывается на необходимость усилить исследования по рациональному использованию водных ресурсов,охра- - 4 « не их от загрязнения и истощения.
Одним из источников загрязнения водоемов являются предприятия целлюлозно-бумажной промышленности. Считается, что на их долю приходится одна треть всех поступающих в водоемы сточных вод. Для их обезвреживания на целлюлозно-бумажных предри -ятиях нового типа построены очистные сооружения, включающие механическую, биологическую и химическую очистку. В общей системе работы очистных сооружений большое значение придается химической обработке воды веществами-седиментаторами. При взаимо -действии с водой они образуют хлопья, сорбирующие частицы примесей, и вызывают осветление стоков. На Байкальском целлюлозно-бумажном комбинате (ЦБК) и Селенгинском целлюлозно-картонном комбинате (ЦКК) для химической доочистки биологически очищенных сточных вод применяют коагулянт сернокислый алюминий и флокулянт полиакриламид. Для замены традиционных способов осветле-ния сточных вод ЦБП и дальнейшего совершенствования процессов химической очистки предусматривается использование полипиридинового сополимера и комплекса, состоящего из алюмокалиевых квасцов, известкового молока и полиакриламида.
Вместе со стоками, остаточные количества седиментаторов могут попадать в водоемы. Однако их воздействие на водные организмы, в том числе и на рыб, до сих пор не выяснено. Предельно допустимые концентрации веществ, за исключением полиакриламида, в воде рыбохозяйственных водоемов не установлены. Необходимость изучения биологических последствий этого вида загрязнений водной среды вызвана еще и тем, что сфера применения реагентов непрерывно расширяется. Сернокислый алюминий служит для очистки воды в хозяйственно-питьевом водоснабжении.
Токсические вещества, как известно, свое вредное влияние на рыб оказывают на все периоды жизненного цикла рыб. Между тем, икра и личинки из-за недостаточной сформированное систем защиты и отсутствия возможности ухода из зоны загрязнения могут быть наиболее подвержены интоксикации. Поэтому изучение степени токсичности и характера действия указанных компонентов сточных вод целлюлозно-бумажного производства на ранний онтогенез представляет, большой интерес и будет способствовать сохранению нерестилищ и повышению рыбопродуктивности водоемов.
Настоящая работа является частью номплексных исследований, проводимых кафедрой зоологии и дарвинизма Петрозаводского госуниверситета под руководством Е.А.Веселова. Ее цель заключалась в выявлении нарушений раннего развития рыб под действием седимен-таторов (сернокислый алюминий, полипиридиновый сополимер, комплекс, состоящий из алюмокалиевых квасцов, известкового молока и полиакриламида) и биологической оценке их опасности. В связи с этим были поставлены задачи: -изучить реакции эмбрионов и личинок рыб на воздействие различных концентраций седиментаторов; -выявить характер действия реагентов,клинические, патологоана-томические, патоморфологические симптомы отравления; -проследить за устойчивостью рыб к веществам в онтогенезе (половые клетки, развивающаяся икра, личинки); -определить не действующие на ранний онтогенез рыб концентрации седиментаторов; -сравнить чувствительность использованных критериев токсичности в исследованиях с рыбами на ранних этапах развития.
В результате многолетних экспериментов впервые определены пределы токсичности седиментаторов для раннего онтогенеза рыб. В зоне действия вредных концентраций веществ было установлено, что седиментаторы обладают эмбриотоксическими свойствами и могут вызвать значительные нарушения у гамет, эмбрионов и личинок рыб. Получены новые клинические, патологоанатомические и патоморфологические сведения о характере действия сернокислого алюминия и полипиридинового сополимера. На основе выявленных нарушений раннего развития рыб, в том числе и ценнейших про -мысловых видов и объектов искусственного разведения, впервые дана биологическая оценка опасности седиментаторов. С учетом многих жизненных функций, степени патологических нарушений впер -вые установлены не действующие на ранний онтогенез рыб концентрации реагентов.
Нарушения эмбрионального и постэмбрионального развития рыб под действием интоксикации
К настоящему времени имеется довольно много эксперимен -тальных исследований, посвященных изучению влияния на ранний онтогенез рыб сточных вод, их компонентов, а также различного рода химических веществ ( Grau, 1920; Jones, 1939 а, 1939 б; Павлинова, 1939, 1952; Правдин, Климова, 1939; Строганов, 1939 а, 1939 б; Правдин, 1940, 1945, 1946; Строганов, Пожитков, 1941; Мешков, 1946; Климова, 1946 а, 1946 б; Гусев, 1950, I960, Х962, 1967; Мосевич с соавт., 1952 а, 1952 б, 1976 а, 1976 б; Wurtz Arlet , 1959; Вернидуб, I960, 1962; Чепракова, I960; Веселов с соавт., 1965; Володин с соавт., 1965, 1966; Помазовская, Ремизова, 1966; Самылин, 1966 а, 1966 б, 1967 а, 1967 б, 1967 в, 1967 г, 1968, 1969, 1970, 1974; Лукьяненко, 1967; Миронов, 1967, 1970; Владимиров, Сабодаш, 1968; Подоба, 1968 а, 1968 б, 1968 в, 1970; Подоба с соавт., 1968; Праздников, 1968; Владимиров, 1969; Кня -зева, 1969, 1970; Гурова с соавт., 1970; Кокоза, 1970; Кузьмина, 1971, 1972, 1973, 1975, 1978, 1979; Володин, 1973; Данильченко, Строганов, 1973 а, 1973 б, 1973 в, 1975; Крылов, 1973, 1975; І устамова с соавт., 1973; Строганов, Данильченко, 1973; Арша- ница, 1974, 1975; Bengtason , 1974; Meehan et al. , 1974; Skidmore , 1974; Балан с соавт., 1975; Горева, 1975, 1976; Гурова, 1975 а, 1975 б, 1975 в, 1975 г; Данильченко, 1975 а, 1975 б, 1979; Елынин, 1975 а, 1975 б, 1975 в; Кончин, 1975; Кузьмина, Прихоженко, 1975; Никулина, Сокольская, 1975; піїті , Ham, 1975;
Супрунов, 1975; Медведев с соавт., 1976; І рунина, 1977; Пома-зовская, 1978; Дятлов, 1979; іурицина, Русанов, 1979; Гусева, 1980; Helder , 1980, 1981; Crawford , Gates, 1981; V/eis et al. , 1981; Amelung , 1982 и др.)
В.большинстве из них, показателем состояния эмбрионов и личинок при воздействии вредными концентрациями загрязнителей является уровень жизнестойкости особей. В некоторых работах, исследователями выявлены и другие реакции рыб на интоксикацию: изменения темпа и характера морфогенеза, образование уродливых эмбрионов ( Строганов, 1939 а, 1939 б; Строганов, Пожитков, 1941; Вернидуб, I960, 1962; Гусев, 1962; Князева, 1969, 1970; Миро -нов, 1967, 1970; Самылин, 1968, 1970, 1974; Володин, 1973; Кузьмина, 1973; Данильченко, 1975 а, 1979; Кончин,1975; Горева, 1976; Шальдо, 1978; Ozoh , 1980; Helder , 1981); отклонения в формировании кровеносной системы и функционировании сердца ( Строганов, Пожитков, 1941; Вернидуб, 1962; Черняев, 1965, 1970; Володин, 1973; Горева, 1976; Дятлов, 1979; Замриборщ с соавт., 1979; Y/eis et aj.,1981; nelson , 1982); сдвиги в интенсивности газообмена и частоте дыхательных движений ( Пожитков, 1937; Вернидуб, 1962; Бурля, 1969; Самылин, 1974; Кузьмина, 1975, 1978); патологические нарушения со стороны внутренних органов ( Кокуричева, 1974 a; Helder , 1980; Seinen et al. , 1981); изменения весового и линейного роста, скорости утилизации желтка ( Строганов, Пожитков, 1941; Вернидуб, 1962; Шабалина, 1965; Алякринская, 1966; Князева, 1969; Kamier , 1972; Кузьмина, 1973, 1975, 1978; Самылин, 1974; Данильченко, 1979; Hodson , Blunt , 1981); нарушение динамики вылупления эмбрионов (Строганов, Пожитков, 1941; Мешков, 1946; Миронов, 1967; Володин, -1973; Кузьмина, 1973, 1975, 1978; Аршаница, 1975; Helper, 1980); усиление эмбриональной моторики (Володин, 1973); возникновение цитогенетических нарушений в клетках зародышей (Кузьмина, При -хоженко, 1975; Костров, Дохолян, 1979); ослабление пигментации тела (Гурова с соавт., 1970; Helder , 1980; Nelson , 1982).
Характеристика реагентов
Сернокислый алюминий Сернокислый алюминий AigCso a в безводном состоянии -белый порошок с удельным весом 2,71. Кристаллогидрат содержит при обычной температуре восемнадцать молекул кристаллизационной воды. Водный раствор вследствие гидролиза имеет кис -лую реакцию среды. Гидрат окиси алюминия образует бесцветные игольчатые кристаллы с удельным весом 1,62.
По сводке Я.М.Грушко (1972) реагент используется в инфекционных больницах, как средство для дезинфекции выделений, содержащих возбудителей инфекционного гепатита, амебной ди -зентерии, полиомиелита. В водопроводную воду сульфат алюминия добавляется в качестве коагулянта для ее осветления (Мартынова; 1951; Кульский, 1971; Минх, 1973). В последнее время сернокислый алюминий стали применять как добавку к активному илу для третичного удаления взвешенных ( Hais et ai., 1972), для извлечения из бытовых стоков фосфора и фосфатов (Anderson, Hammer , 1973), для снижения токсичности воды после внесения
Инсектицидов (El rafar et al., 1976), для очистки воды от водорослей, вызывающих биологические помехи в работе тепловых электростанций (Бумбу с соавт., 1976), в целях уменьшения эвтрофикации водоприемников и естественных водоемов ( Cocheci, Radu , 1980; Francko , Heath , 1981).
Содержание сульфата алюминия в сточных водах промышленных предприятий еще мало изучено. Известно, что реагент находится в стоках красильных, бумажных, кожевенных предприятий. Сбрасывание неочищенных сточных вод может привести к увеличению концентрации растворенного алюминия в поверхностных и подземных водах. Избыток алюминия в воде может возникнуть из-за выщелачивания горных пород ( Cronan, Schofield, 1979) и атмосферного выпадения загрязняющих веществ ( Rodhe et ai,5 1980).
Являясь биогенным элементом, алюминий может участвовать в синтезе важнейших соединений. Однако, в настоящее время, его биологическая роль изучена недостаточно (Войнар, 1953). При определенных условиях загрязнения водной среды алюминий может выступать в качестве токсического агента. Способность соединений алюминия изменять органолептические свойства воды и действовать на процессы самоочищения водоемов была показана на примере нитратов и хлоридов (Лукина, 1964; Некипелов, 1966). На основании исследований по санитарно-гигиеническому нормированию алюминия в воде водоемов рекомендованы допустимые концентрации: азотнокислого, хлористого и гидрата окиси алюминия 0,05 мг/л (Грушко, 1965); азотнокислого алюминия 0,1 мг/л (Некипелов, 1966); хлористого алюминия 0,5 мг/л (Петина, 1965). Влияние хлористого алюминия на теплокровных выражалось в снижении содержания гемоглобина, мелкокапельном ожирении, мутном набухании и некробиозе печеночных клеток (Штенберг, Наумова, 1952). Азотнокислая соль алюминия вызывала уменьшение желу -дочной секреции (Некипелов, 1966). В качестве безвредной автор рекомендует концентрацию 20 мг/л иона алюминия. В медицинской литературе отмечено вяжущее, раздражающее действие солей алюминия на слизистую оболочку рта, желудка, кишечника.
Влияние седиментаторов на половье клетки радужной форели
Известно, что у большинства рыб оплодотворение проис -ходит во внешней среде. В связи с этим представляет особый интерес выяснение влияния различных вредных веществ, содержа -щихся в воде, на половые клетки и их способность к образова -нию зигот. Сведения о действии химических веществ на мужские половые клетки малочисленны. Авторы отмечают высокую чувствительность гамет к действию электролитов и ядохимикатов ( Grau » 1920; Кузьмина, 1972). Сокращение времени подвижности спермиев волжской сельди, окуня, карася, плотвы под действием некоторых компонентов сточных вод выявлено Н.С. Строгановым (1938, 1940); Н.С.Строгановым, А.Т.Пожитковым (1941); А.Ф.Самылиным (1974). Инактивацию, изменение характера движений под действием раз -личных детергенов наблюдали А.С.Гинзбург (1968); С.С.Кузьми -на (1975). Кислая среда вызывает агглютинацию и разрушение, щелочная - увеличение времени активности клеток (іурдаков, 1972). При изучении влияния солей на спермин радужной форели было установлено, что анионы действуют слабее, чем катионы металлов (Scheiring , 1925). Многие из них, изменяя продолжительность периода подвижности в сторону увеличения или уменьшения, вызывают агглютинацию клеток.
Влияние различных факторов среды на способность половых клеток к оплодотворению также изучено недостаточно. На снижение оплодотворяющей способности спермиев в разведениях сточной воды и пропанида указывается в работах С. С. Кузь 39 миной (1972, 1975). Уменьшение способности яйцеклеток леща, воблы, сазана к оплодотворению в воде с разной соленостью показано в исследовании В.С.Ивлева (1940). Снижение процента оплодотворяемости икры отмечено в среде с различным содержанием ионов водорода (Гинзбург, 1968; Билько, 1974). По мнению авторов, в кислой среде (рН - 4,2) удаляется гино -гамон I-вещество, усиливающее движение спермиев. Различная степень чувствительности гамет обнаружена при воздействии жидкости, применяемой при бурении скважин ( Crawford, Gates, 1981). Так, обработка спермиев в концентрации 10 мг/л не оказывала заметного влияния на оплодотворение, в то же время обработка икринок уже в растворе 1,0 мг/л резко снижала процент оплодотворения.
Влияние сернокислого алюминия
Радужная форель (salmo irideus Gibb.). Изучение реакции форели в период развития от оплодотворения до начала экзогенного питания на интоксикацию сернокислым алюминием было проведено в 1977 и 1978 г.г. Полученные ре -зультаты имеют сходный характер, поэтому мы ограничиваемся описанием данных последней серии. В качестве исходного подопытного материала была использована икра, взятая от одной самки в период нереста. Процесс оплодотворения осуществляли в растворах реагента 1,0 - 50 мг/л. Дальнейшая инкубация икры, выклюнувшихся эмбрионов, а также развитие личинок до полного рассасывания желточного мешка проходили в идентичных концентрациях реагента. В течение 75 - суточного эксперимента температуру сред поддерживали в пределах б - ПС, средняя - 9,бС. Указанный диапазон оптимален для инкубации икры и личинок радужной форели ( Enbadi, 1934 ); Полянов-ская, 1949; Лебедева, Мешков, 1969; Тимошина, 1972 ). Содержание растворенного кислорода варьировало от 9,02 до 10,9 мг OgA. Активная реакция среды опытных растворов составляла 6,69 (1,0 мг/л ) - 4,92 ( 50 мг/л ), чистой воды-6,67 ( см. табл. I ).
Нарушение раннего онтогенеза рыб под действием седиментаторов и биологическая оценка их опасности
Расширение деятельности человека связано с попаданием в рыбохозяйственные водоемы различных источников загрязнения. Они оказывают свое вредное воздействие на все периоды жизненного цикла рыб: от оплодотворения до половозрелых особей. Между тем, с экологической точки зрения ранние этапы онтогенеза рыб (эмб -риональный и постэмбриональный) могут быть более уязвимы по сравнению с взрослыми особями, так как лишены возможности активной миграции и ухода из загрязненной зоны. С биологической точки зрения, наибольшая поражаемость рыб в этот период может происходить из-за отсутствия у эмбрионов и личинок полностью сформированных систем зашиты. Это приводит к нарушению естественного воспроизводства промысловых видов рыб. Загрязненность источников воды сказывается и на эффективности заводского разведения. Следова -тельно, одним из путей решения проблемы повышения рыбопродуктивности является сохранение чистоты водоемов, предотвращение ухудшения качества воды.
На целлюлозно-бумажных предприятиях нового типа обезвреживание промышленных стоков достигается трехступенчатой очисткой, включающей химическую обработку воды веществами-седиментаторами. Для контроля за их концентрацией в воде водоемов, и особенно в зонах распространения сточных вод, за дозировкой и содержанием в очищенных стоках необходимо знать степень токсичности используемых реагентов для водных организмов. К сожалению, имеющиеся сведения о вредности седиментаторов для организмов ихтиофауны - Ш -или крайне противоречивы или отсутствуют вовсе. Предельно допустимые концентрации в воде рыбохозяйственных водоемов, за исклю -чением полиакриламида,не установлены. В связи с расширяющейся в последнее время сферой использования этих реагентов в других отраслях народного хозяйства вероятность их поступления в рыбохо-зяйственные водоемы возрастает. Это также связано и со сбросом шламов коагулянтов, накапливающихся после очистки питьевой воды с помощью сернокислого алюминия. В связи с этим возникла настоятельная необходимость изучения нарушений развития рыб в условиях интоксикации седиментаторами: сернокислым алюминием, полипиридиновым сополимером и комплексом, состоящим из алюмокалиевых квасцов, известкового молока и полиакриламида.
Исследования были выполнены под руководством Е.А.Веселова в 1974 - 1982 гг. в лаборатории водной токсикологии Петрозаводского госуниверситета и на рыбоводных заводах Карелии. В качестве тест-объектов для токсикологического исследования были выбраны ценные промысловые виды рыб с длительным периодом инкубации (атлантический лосось и радужная форель) и рыбы с более коротким инкубационным периодом, являющиеся кормовыми объектами для лососевых.
Для более точной оценки степени вредности реагентов был использован большой набор показателей, включающий методы, применяемые в водной токсикологии, ихтиологии, физиологии, гематологии, гистологии. Всего было поставлено более 1440 опытов с I33I0 ор -ганизмами.
При изучении воздействия седиментаторов на половые клетки нами преследовалась цель не только выявить возможный характер нарушений, но и определить степень чувствительности гамет. Как показал обзор имеющейся литературы, влияние загрязнителей на гаметы изучено недостаточно, а по поводу чувствительности гамет к воздействию вредных веществ имеются разные точки зрения.
