Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,087

ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ DAPHNIA MAGNA К ДЕЙСТВИЮ ПЕСТИЦИДОВ БИОГЕННОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ IN VIVO

Кулагина К.В. 1 Коровина Е.В. 1 Шроль О.Ю. 1 Пантелеев С.В. 1
1 ГОУ ВПО «Ульяновский государственный университет», Ульяновск
Проведено исследование токсичности современных пестицидов биогенного происхождения «Лепидоцид» (д.в. кристаллообразующая бактерия Bacillus thuringiensis var. kurstaki), «Фитоспорин-М» (д.в. живые клетки и споры природной бактериальной культуры Bacillus subtilis) и «Фитоверм» (д.в. концентрат аверсектина С) для модельного объекта водной токсикологии Daphnia magna методом биотестирования. Определение токсикометрических показателей с помощью пробит-анализа позволило составить их сравнительную характеристику по безразмерным коэффициентам летального и безопасного разбавления.
токсичность
биологические препараты
Daphnia magna
1. Брагинский Л.П. Методологические аспекты токсикологического биотестирования на Daphnia magna и других ветвистоусых ракообразных // Гидробиологический журнал. – 2000. – Т.36, № 5. – С. 50–70.
2. Лунев М.И. Мониторинг пестицидов в окружающей среде и продукции: эколого-токсикологические и аналитические аспекты // Российский химический журнал. – 2005. – Т. XLIX, №3. – С. 64–70.
3. Руководство по определению методом биотестирования токсичности вод, донных отложений, загрязняющих веществ и буровых растворов. – М.: РЭФИА НИА-ПРИРОДА, 2002. – 60 с.

Применяемые на сегодняшний день биологические препараты производятся преимущественно на основе целых микроорганизмов и содержат помимо действующего начала примесь спор, вегетативных клеток и токсинов [2].

«Лепидоцид» представляет собой биологический инсектицидный препарат кишечного действия, действующей основой которого является кристаллообразующая бактерия Bacillus thuringiensis var. kurstaki, активный ингредиент - бактериальные споры и белковые кристаллы (дельта-эндотоксин).

«Фитоспорин-М» - бактериальный препарат нового поколения, используемый для защиты растений от бактериальных и грибных болезней, действующим веществом являются живые клетки и споры природной бактериальной культуры Bacillus subtilis.

«Фитоверм» представляет собой 0,2 %-й эмульгирующийся концентрат аверсектина С, который является природной смесью авермектинов, соединений макролидной природы, продуцируемые почвенными микроорганизмами Streptomyces avermectilis.

Материалы и методы исследования

Биопрепараты исследовали в опытах острой летальной токсичности с Daphnia magna по общепринятой методике водной токсикологии биотестирования [3]. Для опытов использовали молодь рачков, непосредственно вышедших от материнской особи как наиболее чувствительную стадию развития и при необходимости двухдневных особей. Эксперимент проводили на отстоянной воде, жесткость 5,57 ± 0,02 мг экв/дм3, pH 7,49 ± 0,02, содержание кислорода 9,2 ± 0,1 мг/дм3 (перед проведением опытов отстоянную воду процеживали и насыщали воздухом с помощью аквариумного микрокомпрессора). Все исследования осуществлялись в температурном диапазоне 20 ± 2 °С.

При определении острой токсичности исследуемых пестицидов для Daphnia magna был использован метод пробит-анализа, позволяющий рассчитывать основные токсикометрические характеристики токсикантов по проценту гибели (показателю выживаемости) тест-организмов.

Результаты исследования и их обсуждение

Частота возникновения определенного эффекта Daphnia magna в ответ на воздействие пестицидов представлена на графиках «концентрация-эффект». При преобразовании зависимости в «логарифм концентрации - эффект» график представляет собой S-образную кривую log-нормального распределения, симметричную относительно средней точки. Данная зависимость может быть преобразована в линейную путем ее построения в координатах log - пробит (концентрация токсиканта представляется в логарифмах, выраженность ответной реакции - в пробитах).

На рис. 1 представлена кумулята гибели Daphnia magna при разной концентрации биологического препарата «Лепидоцид» по истечении острых 96-часовых опытов.

При концентрации 3 г/л биологического препарата у новорожденных особей Daphnia magna 100 %-я иммобилизация наступала через 72 часа. В течение данной экспозиции особи не могли подняться в толщу растворов, хотя были довольно активны. Наблюдалось нарушение координации движения. При концентрации препарата 2 г/л обездвиживание новорожденных особей Daphnia magna наблюдалось через 96 часов. Пробит-анализ кривых летальности показал, что медианная концентрация препарата по результатам 96-часовых опытов составляет 0,477 ± 0,228 г/л (диапазон 0,083-1,079 г/л). Пробит-анализ позволяет расчетным методом определить токсикологические характеристики пестицидов, отражающие колебания индивидуальной чувствительности тест-организмов (рис. 2).

pic

Рис. 1. Зависимость параметра гибели особей Daphnia magna от концентрации препарата «Лепидоцид». Каждая точка на графике получена путем регистрации эффектов, полученных у 50 особей

pic

Рис. 2. Зависимость «пробит эффекта - логарифм концентрации» п.ф. пестицида «Лепидоцид» для Daphnia magna в остром опыте, уровень значимости 0,05

В промежутке концентраций 0,1-0,01 г/л
не отмечено острого токсического действия биопрепарата на новорожденных особей Daphnia magna.

Оценка степени токсичности пестицидов произведена путем установления верхней и нижней границ диапазона их токсического действия, т.е. испытывались концентрации, приводящие к гибели 100 % особей Daphnia magna (LC100), а также концентрации, не вызывающие иммобилизацию ни одного тест-организма в опытной группе (LC0).

В табл. 1 приведены значения витальных, летальных и медианных концентраций биологического препарата «Лепидоцид» для молоди Daphnia magna. Данные показатели используются в сравнительно-токсикологических экспериментах для расшифровки механизмов действия токсических веществ и экстраполирования полученных данных на природные популяции подопытных организмов [1].

Результаты исследований острой токсичности пестицида «Фитоверм» показали, что при рабочей концентрации 2 мл/л 100 %-я иммобилизация Daphnia magna наступала через 48-52 часа. В течение данной экспозиции особи не поднимались в толщу растворов, находились на дне сосудов. При концентрации препарата 1 мл/л 100 %-я смертность особей Daphnia magna наступала через 72 часа.

На рис. 3 представлена кумулята гибели Daphnia magna при разной концентрации биологического препарата «Фитоверм» по истечении острых 96-часовых опытов.

Таблица 1

Показатели острой токсичности препарата «Лепидоцид» для молоди
Daphnia magna, г/л

Экспозиция, часы

LC0

LC16

LC84

LC50

LC100

24

<0,01

1,40

2,72

2,0

≥ 3,0

48

<0,01

0,98

2,46

1,35

≥ 3,0

72

<0,01

0,68

1,88

1,0

≥ 2,0

96

<0,01

0,15

1,48

0,477

1,98

Согласно пробит-анализу кривых летальности (рис. 4) медианная концентрация препарата по результатам 96-часовых опытов составляет 0,0004 ± 0,0011 мл/л (максимальное значение может достигать 0,0039 мл/л). Концентрацию 0,000001 мл/л можно отнести к витальной, не вызывающей нарушения жизнедеятельности Daphnia magna на протяжении опыта.

В табл. 2 приведены значения витальных, летальных и медианных концентраций биологического препарата «Фитоверм» для молоди Daphnia magna.

Отмечено, что LC50 препарата самая высокая через 24 часа экспозиции, при таких концентрациях особи находились на дне сосудов в сильно угнетенном состоянии. С удлинением длительности воздействия токсического фактора LC100 и LC50 значительно снижались.

pic

Рис. 3. Зависимость параметра гибели особей Daphnia magna от концентрации препарата «Фитоверм»

pic

Рис. 4. Зависимость «пробит эффекта - логарифм концентрации» п.ф. пестицида «Фитоверм» для Daphnia magna в остром опыте, уровень значимости 0,05

Таблица 2

Показатели острой токсичности препарата «Фитоверм» для молоди
Daphnia magna, мл/л

Экспозиция, часы

LC0

LC16

LC84

LC50

LC100

24

< 0,00001

> 10-5

1,6

1,25

≥ 2,0

48

< 0,00001

> 10-6

0,8

0,25

≥ 1,0

72

< 0,00001

> 10-7

0,25

0,001

≥ 1,0

96

< 0,00001

2,74∙10-7

0,056

0,0004

0,084

Исследования биологического препарата «Фитоспорин-М» показали, что он является менее токсичным для Daphnia magna по сравнению с пиретроидной группой. При рабочей концентрации 3 г/л наблюдалась 100 %-я иммобилизация особей по истечении 96 часов в 5 опытах. При концентрации 2 г/л изредка отмечалось судорожное подергивание антенн и кауды, во всех 5 повторностях смертность не достигала 100 %. Начиная от концентрации 1 г/л, острый токсический эффект отсутствовал.

На рис. 5 представлена кумулята гибели Daphnia magna при разной концентрации биопрепарата «Фитоспорин-М» по истечении острых 96-часовых опытов.

Согласно пробит-анализу кривых летальности (рис. 6), медианная концентрация препарата по результатам 96-часовых опытов составляет 0,531 ± 0,217 г/л (диапазон колебаний от 0,128 до 1,163 г/л). Концентрация 0,01 г/л не вызывает каких-либо нарушений жизнедеятельности Daphnia magna на протяжении опыта и является витальной.

В табл. 3 приведены значения витальных, летальных и медианных концентраций биологического препарата «Фитоспорин-М» для молоди Daphnia magna.

pic

Рис. 5. Зависимость параметра гибели особей Daphnia magna от концентрации препарата «Фитоспорин-М»

pic

Рис. 6. Зависимость «пробит эффекта - логарифм концентрации» п.ф. пестицида «Фитоспорин-М» для Daphnia magna в остром опыте, уровень значимости 0,05

Таблица 3

Показатели острой токсичности биологического препарата «Фитоспорин-М»
для молоди Daphnia magna

Экспозиция, часы

LC0

LC16

LC84

LC50

LC100

24

< 0,01

1,0

3,4

3,0

≥ 3,50

48

< 0,01

0,7

2,85

2,5

≥ 3,0

72

< 0,01

0,5

2,2

1,15

≥ 2,75

96

< 0,01

0,15

1,84

0,531

2,50

Анализ зависимости «концентрация - эффект» показал наличие на всех графиках участков замедления роста функции, указанные пунктирной линией. В данном случае, имея градацию концентраций, различающихся на несколько порядков, можно сделать вывод о наличии кумулятивного эффекта, который впоследствии служит предпосылкой нарушения физиологических процессов.

Для сравнительной эколого-токсикологической характеристики исследуемых пестицидов графическим методом определены безразмерные показатели средней летальной кратности разбавления (ЛКР50-96) и безвредной кратности разбавления (БКР10-96). Данные значения указывают, во сколько раз разбавлен исследуемый раствор пестицида, способный вызвать гибель 50 или 10 % тест-объекта соответственно. Данные представлены в сводной табл. 4.

Таблица 4

Показатели ЛКР50-96 и БКР10-96
для исследуемых пестицидов

Наименование препарата

ЛКР50-96

БКР10-96

«Лепидоцид»

6,28

19,63

«Фитоверм»

0,5∙104

0,72∙106

«Фитоспорин-М»

5,64

19,50

По безразмерным величинам разбавления ЛКР50-96 и БКР10-96 можно сделать вывод о степени токсичности исследуемых пестицидов, используя следующую схему (от менее токсичного к более): «Фитоспорин-М» < «Лепидоцид» < «Фитоверм».

Приведенные токсикометрические показатели свидетельствуют о том, что Daphnia magna обладает невысокой устойчивостью к биологическому препарату «Фитоверм». Тест-объект оказался более устойчив к микробиологическим препаратам «Фитоспорин-М» на основе Bacillus subtilis и «Лепидоцид» на основе Bacillus thuringiensis.

Анализ полученных материалов позволяет провести градацию по степени устойчивости Daphnia magna к исследованным пестицидам (по показателю LC100, диапазон - от экспериментально установленной до рекомендуемой рабочей концентрации), представленной следующей схемой: «Фитоверм» (≥ 2,0-0,8 мл/л) → «Лепидоцид» (≥ 3,0-1,98 г/л) → «Фитоспорин-М» (≥ 3,5-2,5 г/л). Полученные данные свидетельствуют о недопустимости применения рекомендуемых производителем концентраций препаративных форм пестицида «Фитоверм» вблизи расположения водных экосистем.

Рецензенты:

Красноперова Ю.Ю., д.б.н., профессор, и.о. зав. кафедрой ботаники ФГБОУ ВПО «Ульяновский государственный педагогический университет им. И.Н. Ульянова», г. Ульяновск;

Васильев Д.А., д.б.н., профессор, зав. кафедрой микробиологии, вирусологии, эпизоотологии и ветеринарно-санитарной экспертизы ФГОУ ВПО «Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия», г. Ульяновск.

Работа поступила в редакцию 19.07.2011.


Библиографическая ссылка

Кулагина К.В., Коровина Е.В., Шроль О.Ю., Пантелеев С.В. ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ DAPHNIA MAGNA К ДЕЙСТВИЮ ПЕСТИЦИДОВ БИОГЕННОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ IN VIVO // Фундаментальные исследования. – 2011. – № 10-1. – С. 99-102;
URL: http://www.fundamental-research.ru/ru/article/view?id=28682 (дата обращения: 31.03.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074