|
НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ
ІНСТИТУТ ГІДРОБІОЛОГІЇ
ПЛАТОНОВ Микола Олексійович
УДК 574.64:595.324
ЖИТТЄДІЯЛЬНІСТЬ ГІЛЛЯСТОВУСИХ РАКОПОДІБНИХ В УМОВАХ ВПЛИВУ БІОЛОГІЧНО АКТИВНИХ РЕЧОВИН
03.00.17 – гідробіологія
АВТОРЕФЕРАТ
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата біологічних наук
Київ – 2005Дисертацією є рукопис
Робота виконана в Інституті гідробіології НАН України
Науковий керівник: доктор біологічних наук, професор
АРСАН Орест Михайлович,
Інститут гідробіології НАН України,
завідувач відділу екотоксикології
Офіційні опоненти: доктор біологічних наук, доцент
ГАНДЗЮРА Володимир Петрович,
Київський національний університет
імені Тараса Шевченка,
професор кафедри зоології
кандидат біологічних наук,
АЛЕКСЕНКО Тетяна Леонідівна,
Херсонська гідробіологічна станція НАН України
старший науковий співробітник
Провідна установа: Дніпропетровський національний університет
Міністерства освіти і науки України
Захист дисертації відбудеться “ 25 ” жовтня 2005 року о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.213.01 Інституту гідробіології НАН України за адресою: 04210, м. Київ, просп. Героїв Сталінграда, 12
З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Інституту гідробіології НАН України (04210, м. Київ, просп. Героїв Сталінграда, 12)
Автореферат розісланий “____” вересня 2005 року.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради
кандидат біологічних наук Гончаренко Н. І.
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність проблеми. Сучасне сільське господарство базується на інтенсивному застосуванні широкого спектру агрохімікатів. При цьому зростає ризик забруднення навколишнього середовища хімікатами і продуктами їх розкладу. Тому перед впровадженням у практику нових препаратів необхідно всебічно оцінювати екологічні наслідки їх застосування, в тому числі для водойм і гідробіонтів.
В останні роки розроблено велику кількість нових препаратів, що володіють високою біологічною активністю і здатні ефективно підвищувати ріст, врожайність і стійкість до стресу культурних рослин. Це, насамперед, регулятори росту рослин. До рострегулюючих речовин можна віднести добрива та бактеріальні препарати, що оптимізують агроценоз за рахунок розвинення симбіотичної мікрофлори та покращення живлення рослин. Однак саме висока біологічна активність робить вищезгадані речовини потенційно небезпечними для об’єктів навколишнього середовища, в тому числі тварин і людини. На сьогоднішній день майже відсутні відомості щодо впливу цих речовин на нецільові живі організми, зокрема гідробіонтів.
Серед водяних тварин одними з найбільш чутливих до токсичного впливу є представники зоопланктону – гіллястовусі ракоподібні. Малі розміри, тонкий покрив і фільтраційний спосіб живлення роблять цих тварин надзвичайно вразливими до токсикантів. Гіллястовусі рачки часто домінують у зоопланктоні і відіграють значну роль в процесах трансформації речовини та енергії і самоочищення водойми. Тому випадання цих організмів із складу планктону внаслідок отруєння може мати катастрофічні наслідки для водної екосистеми.
Таким чином, актуальним завданням сьогодення є токсикологічна оцінка нових препаратів за допомогою гіллястовусих рачків. Види, які застосовуються як тест-об’єкти, є стандартними і загальноприйнятими у сучасних токсикологічних дослідженнях. Це дозволяє отримати адекватну оцінку токсичності досліджуваних препаратів, порівняти її з такою раніше вивчених речовин і доповнити бази даних з токсичних властивостей агрохімікатів.
Зв’язок з науковими програмами, планами, темами. Дослідження по темі дисертації проводилися в Інституті гідробіології НАН України. Вони входили у держбюджетні теми № 0198U003582 “Вивчити форми міграції металів у природних водах та їх біологічну активність” та № 0102U000859 “Вивчити закономірності формування сучасного еколого-токсикологічного стану екосистем водойм урбанізованих територій та розробити прогноз його можливих змін”.
Мета і завдання досліджень. Метою досліджень була токсикологічна оцінка впливу низки нових препаратів на водні екосистеми з використанням планктонних безхребетних як тест-об’єктів.
Досягнення мети здійснювалось вирішенням наступних завдань:
- дослідити вплив різних концентрацій препаратів Вуглеамонійна сіль (ВАС), триман-1, Рост-3 та Клепс на тест-об’єкти в гострих дослідах, визначити медіанні (LC50), абсолютно летальні (LC100) та вітальні (LC0) концентрації препаратів для гіллястовусих ракоподібних;
- дослідити вплив вітальних концентрацій препаратів на розмноження гіллястовусих ракоподібних в ряду поколінь у хронічних дослідах;
- оцінити дію малих концентрацій досліджуваних препаратів на виживання популяції ракоподібних;
- визначити гранично припустимі концентрації препаратів, що є безпечними для нормального розмноження популяції гіллястовусих рачків;
- виявити сублетальні концентрації препаратів, які можуть викликати загибель популяції або знизити її чисельність при погіршенні умов оточуючого середовища;
- виявити зміни, що виникають в організмі тварин за дії регуляторів росту;
- дати оцінку можливості використання досліджуваних препаратів.
Методи дослідження. Для проведення гострих і хронічних дослідів на гіллястовусих ракоподібних були використані стандартизовані методи [КНД 211…, 1997; РД–188…, 1991], а також продукційна методика М. Л. Підгайко [1971] з модифікаціями. Статистичну обробку одержаних даних здійснювали за допомогою стандартних методів [Беленький, 1963; Лакин, 1990] з використанням пакетів програм Microsoft Exel та Statistica 5.5.
Об’єкт дослідження – планктонні гіллястовусі ракоподібні Daphnia magna Straus, Ceriodaphnia affinis Lilljeborg і Moina macrocopa Straus, а також ряд концентрацій препаратів ВАС, триман-1, Рост-3 і Клепс, які теоретично є токсичними для гідробіонтів.
Предмет дослідження – комплекс реакцій гіллястовусих ракоподібних в умовах впливу біологічно активних ксенобіотиків (зміна життєдіяльності організмів за дії великої концентрації та розмноження під впливом малої концентрації даних речовин) і токсикологічна оцінка нових препаратів за допомогою планктонних тест-об’єктів.
Наукова новизна одержаних результатів. Вперше здійснено токсикологічну оцінку препаратів ВАС, триман-1, Рост-3 та Клепс з використанням стандартних для водної токсикології тест-об’єктів. Отримано значення LC50 , LC100 і LC0 досліджуваних біологічно активних речовин для гіллястовусих ракоподібних D. magna і С. affinis. У хронічних дослідах вивчено дію низки концентрацій нових препаратів на ряд поколінь С. affinis. Вперше одержано дані щодо тривалого впливу малих концентрацій регуляторів росту рослин і вуглеамонійних солей на розмноження рачків в ряду поколінь, а також щодо вливу високих концентрацій бактерій на життєдіяльність С. affinis, D. magna та M. macrocopa.
Практичне значення одержаних результатів. На підставі результатів досліджень можна робити висновки про безпечні концентрації препаратів для гідробіонтів у водоймах загального користування. Отримані дані доповнюють відомості про вплив біологічно активних речовин на життєдіяльність гіллястовусих ракоподібних, а також про наслідки впливу ксенобіотиків на популяцію планктонних рачків. Результати роботи можуть бути внесені у бази даних, що характеризують токсикологічні властивості нових перспективних для широкого використання у вітчизняному сільському господарстві регуляторів росту рослин та добрив. Результати досліджень використані для розробки токсиколого-гігієнічних регламентів і нормативів реєстрації даних препаратів Управлінням безпеки хімічних речовин Міністерства охорони навколишнього природного середовища України.
Особистий внесок здобувача. Дисертант самостійно зібрав і проаналізував фахову літературу за темою роботи, здійснив експериментальні дослідження, проаналізував і узагальнив одержані результати досліджень, провів їх статистичну обробку та сформулював висновки.
Апробація результатів дисертації. Матеріали роботи були представлені на III з’їзді Гідроекологічного товариства України (вересень 2001 р., Тернопіль); на міжнародній науково-практичній конференції молодих вчених “Проблеми аквакультури та функціонування водних екосистем” (лютий 2002 р., Київ); на ювілейній науковій конференції студентів, аспірантів та молодих вчених, присвяченій 180-річчю з дня народження Л. С. Ценковського (березень 2003 р., Одеса).
Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано п’ять робіт, з них три – у фахових виданнях, визнаних ВАК України.
Структура та об’єм роботи. Дисертація складається зі вступу, огляду літератури (один розділ), матеріалів і методів досліджень (один розділ), експериментальної частини (чотири розділи), обговорення результатів досліджень (один розділ), висновків і списку використаних літературних джерел. Робота містить 19 рисунків та 17 таблиць. Список використаної літератури нараховує 203 назви (159 – кирилицею, 44 – латиною). Загальний обсяг роботи становить 133 сторінки.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
ВПЛИВ МІНЕРАЛЬНИХ ДОБРИВ І РЕГУЛЯТОРІВ РОСТУ РОСЛИН НА ВОДНІ ОРГАНІЗМИ (Огляд літератури)
Зроблено аналіз наявної у вітчизняній та зарубіжній фаховій літературі інформації щодо шляхів надходження мінеральних добрив у водойми, його наслідків для водних екосистем, а також токсичного впливу компонентів азотних добрив на гідробіонтів. Наведено відомості щодо токсичності регуляторів росту рослин для тварин різного ступеня організації, в тому числі гіллястовусих ракоподібних.
МАТЕРІАЛИ І МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕНЬ
Досліджено такі препарати:
Вуглеамонійна сіль (ВАС) – суміш карбонату (3%) і бікарбонату (94%) амонію, являє собою кристали білого, сірого або рожевого кольору. Містить 3% води. Використовується як основне добриво і як кореневе підживлення при нормах витрати від 15 до 80 г/м2 або від 40 до 120 г/дм3 води для овочевих, зернових, садових і квіткових культур.
Триман-1 – аква-(N-оксид-2-метилпіридин)-марганець(II)хлорид, містить 99% діючої речовини. Агрегатний стан – кристали світло–сірого кольору із слабким специфічним запахом, добре розчиняються у воді. Призначений для передпосівної обробки насіння зернових, кормових і технічних культур при нормах витрати від 5 до 20 г на 1 т і для обробки рослин у процесі вегетації – 5 г/га.
Рост-3 є сіллю 3-В оксиетиламіносульфолану і піколинової кислоти, містить 98–99% діючої речовини, агрегатний стан – дрібнокристалічний порошок світло-жовтого кольору зі слабким специфічним запахом, добре розчинний у воді. Норми застосування – 5 г/га при обробці посівів буряка або 2–4 г на 1 т насіння при передпосівній обробці разом із протруйниками.
Препарат Клепс – порошок, що містить суміш бактерій Klebsiella oxytoca BH-13, титр 1012куо/м, і Bacillus mucilaginosus B-4901, титр 106–8куо/м. Норма витрати – 10 г/т насіння кукурудзи, гречки, вівса при передпосівній обробці.
Як тест-об'єкти в гострих дослідах використовували гіллястовусих рачків Daphnia magna Straus і Ceriodaphnia affinis Lilljeborg. У дослідах з препаратом Клепс був вивчений ще один вид – Moina macrocopa Straus. Гострі досліди на дафніях і церіодафніях проводилися згідно із стандартними методиками [КНД 211..., 1997; РД-118..., 1991].
Критерієм токсичності в гострих дослідах були виживання або смертність організмів при дії різних концентрацій препаратів за певний проміжок часу (від 24 до 96 або 120 год). Обчислювали абсолютно летальну концентрацію (LC100), вітальну або недіючу концентрацію (LC0), і медіанну летальну концентрацію (LC50).
Медіанну летальну концентрацію розраховували за методом Г. Н. Першина, а також методом Міллера і Тейнтера [Беленький, 1963]. Останній метод дозволяє встановити довірчі межі похибок для значень LC50.
Для дослідів використовували синхронізовану генетично однорідну культуру D. magna, C. affinis і M. macrocopa.
Дослідження з препаратами ВАС, триман-1 і Рост-3 проводили на відстояній впродовж щонайменше тиждень і аерованій водопровідній воді.
У дослідах з препаратом Клепс використовувалася відстояна дніпровська вода з рН близько 7,5, кількість кисню коливалася від 8,6 до 9,5 мг/дм3.
З препаратами ВАС і триман-1 усі дослідження здійснювали при температурі 20,5±0,5пС, з препаратом Клепс – при температурі 25±1пС.
При вивченні препарату Рост-3 температура води становила 20,5±0,5пС і 25±1пС. Досліди з кожною концентрацією препаратів проводили у 5–10 повторностях. У кожній повторності використовували 10 екз. рачків. Необхідну концентрацію препаратів одержували шляхом послідовного розведення великих концентрацій (100–500 мг/дм3 ВАС, 100–600 мг/дм3 триману-1, 100–4000 мг/дм3 Рост-3, 100 млн. кл/см3 Клепс).
У гострих дослідах на дафніях, церіодафніях і моінах вивчено такі концентрації препаратів: ВАС – від 1 до 500 мг/дм3; триман-1 – від 0,01 до 600 мг/дм3; Рост-3 – від 500 до 4000 мг/дм3; Клепс – від 1 до 100 млн. кл/см3.
Для оцінки потенційної небезпеки досліджуваних препаратів проводили хронічні досліди, в яких вивчався вплив широкого діапазону концентрацій (переважно вітальних) препаратів на розмноження церіодафній в ряду поколінь. Застосовували продукційну методику М. Л. Підгайко [1971] з деякими модифікаціями. Токсичність препаратів оцінювали за їх впливом на основні біологічні показники, що характеризують життєво важливі функції тест-об'єкта в ряду двох – шести поколінь. Досліджували такі показники:
- тривалість життя рачків, доба;
- тривалість ембріонального розвитку, доба;
- тривалість постембріонального розвитку рачків, доба;
- час (інтервал) між виметами, доба;
- кількість виметів від однієї самки за період дослідження;
- кількість молоді в одному виметі самки, екземпляри;
- сумарна кількість потомків (реальна плодючисть) від однієї самки за період спостереження, екземпляри;
- якість потомства.
Кількість повторностей у кожній концентрації становила десять. Самки C. affinis утримувалися по 1 екз. у склянках місткістю 50 см3. Дослідження з препаратами ВАС, триман-1 і Рост-3 здійснювалися на відстояній впродовж щонайменше тиждень і аерованій водопровідній воді. У дослідах з препаратом Клепс використана відстояна дніпровська вода. Заміна середовища проводилася через добу. Перед заміною розчинів рачків годували хлорелою. Температура у хронічних дослідах була та сама, що й у гострих.
У хронічних дослідах на церіодафніях вивчено такі концентрації препаратів: ВАС – від 0,001 до 100 мг/дм3; триман-1 – від 0,001 до 75 мг/дм3; Рост-3 – від 0,001 до 100 мг/дм3; Клепс – від 1 до 100 млн. кл/см3.
Результати досліджень статистично оброблялися [Беленький, 1963; Лакин, 1990] з використанням пакетів програм Microsoft Exel і Statistica 5.5.
ВПЛИВ ВУГЛЕАМОНІЙНИХ СОЛЕЙ НА ГІЛЛЯСТОВУСИХ РАКОПОДІБНИХ
У гострих дослідах на молоді D. magna при високій концентрації ВАС (350–500 мг/дм3) відзначено підвищену активність рачків, хаотичні рухи, “вертячку”, порушення координації рухів, падіння рачків на дно склянок і значне пригнічення їх серцевого ритму. Протягом 24 годин спостерігалась 100%-на смертність рачків. У дослідах на молоді С. affinis зареєстровано аналогічні реакції рачків на препарат, але при меншій його концентрації.
Таблиця 1
Показники гострої токсичності вуглеамонійних солей для молоді D. magna і C. affinis, мг/дм3.
Примітка. Тут і в табл. 2 і 3:
* – за Г. Н. Першиним [Беленький, 1963],
** – за Міллером і Тейнтером [Беленький, 1963]
З подовженням експозиції показники гострої токсичності ВАС для D. magna змінювались несуттєво, лише величина LC0 (120 год) зменшувалась у 2 рази (табл. 1). У дослідах з C. affinis вона становила 50 мг/дм3 протягом 120 год, а величина LC50 з подовженням експозиції знижувалась майже в 2 рази на 5-у добу. Порівняння величин досліджуваних показників для D. magna і C. affinis показало, що молодь дафній витримує більш високі концентрації добрива, ніж молодь церіодафній. Величина LC100 (120 год) для D. magna була в 2 рази вищою, ніж для C. affinis, а LC50 – у 2,5 рази.
У хронічних дослідах при 100 мг/дм3 ВАС впродовж тижня гинуло 85% молоді церіодафній і лише 15% досягало статевозрілості. Однак при розмноженні у цих рачків спостерігалося порушення ово- і ембріогенезу. Яйця та ембріони у виводкових камерах при цьому не розвивалися, самка або викидала їх із камери, або скидала під час линяння разом із панцирем. У виводкові камери надходили недорозвинені яйцеклітини. Така висока концентрація ВАС порушує механізм гормональної регуляції розмноження та линяння самок і повністю пригнічує процеси життєдіяльності молоді і статевозрілих рачків.
При концентрації 75 мг/дм3 ВАС також спостерігалась висока смертність рачків, які не досягли статевозрілості. У першому поколінні самок смертність молоді становила близько 50%, а в наступних – 20–25%. Затримувався також і постембріональний розвиток. Якщо в контролі самки давали свій перший вимет на 4-у добу, то в дослідах – на 6–9-у. В цілому статевозрілість рачків затримувалась в ряду поколінь на 24–60% порівняно з контролем. Кількість виметів у середньому була меншою від контролю на 47% (Р > 99,9%), а кількість молоді у виметі – на 62,7%. Сумарна кількість потомків при 75 мг/дм3 ВАС була на 86,2% нижчою, ніж у контролі. Середня кількість потомків на одну самку становила 4,2, в контролі – 28,8 екз.
Аналогічні відхилення величин досліджуваних показників відзначено і при концентрації 50 мг/дм3. Постембріональний розвиток затримувався у середньому на 12,4%. Спостерігались також порушення репродуктивної функції церіодафній. Яйця у виводкових камерах розкладались на I–IV стадіях розвитку, порушувалось яйцеве линяння, що призводило до їх загибелі. Ритм розмноження у певної кількості самок за таких умов зменшувався, після 1–2-го вимету молоді вони переходили від партеногенезу до статевого розмноження. Сумарна кількість потомків при 50 мг/дм3 становила 38,6% від контролю.
Знижувались показники продуктивності рачків і в діапазоні концентрацій 5–25 мг/дм3. Сумарна плодючисть самок дорівнювала відповідно 69–61% контролю, тобто знижувалась на 31,0–38,8%. Значно менше спостерігалось порушень у розвитку яєць та ембріонів.
При концентрації 0,001–1 мг/дм3 плодючисть рачків знижувалась менше, порушень у розвитку яєць та ембріонів не спостерігалось. Негативний вплив ВАС найбільше виявлявся у першому поколінні самок.
Таким чином, аналіз результатів гострих і хронічних дослідів показав, що концентрації ВАС, які є вітальними для рачків у гострих дослідах, у хронічних стають гостро і хронічно летальними. Дослідження хронічного впливу добрива ВАС свідчать, що ступінь його токсичного ефекту залежить від тривалості дії та концентрації препарату.
ВПЛИВ РЕГУЛЯТОРА РОСТУ РОСЛИН ТРИМАН-1 НА ЖИТТЄДІЯЛЬНІСТЬ ГІЛЛЯСТОВУСИХ РАКОПОДІБНИХ
У гострих дослідах з триманом-1 молодь D. magna і C. affinis показала майже однакову чутливість до препарату. Смертність рачків прямо залежала від концентрації досліджуваної речовини. В діапазоні концентрацій препарату 100–600 мг/дм3 вже через 1–2 години спостерігалася 100%-на іммобілізація рачків, 100%-на смертність яких була відмічена через 24–48 годин. У діапазоні концентрацій 0,001–10 мг/дм3 було виявлено 100%-не виживання молоді дафній і церіодафній. Отже, препарат виявляв токсичність лише при високій концентрації. З подовженням експозиції до 120 год з смертність рачків збільшувалась при концентрації 25–50 мг/дм3. Величини показників гострої токсичності триману-1 для двох видів рачків також свідчать про ідентичність їх реакцій (табл. 2).
Таблиця 2
Показники гострої токсичності триману-1 для молоді D. magna і C. affinis, мг/дм3.
Слід відмітити, що в гострих дослідах при концентраціях 75 і 50 мг/дм3 триману-1 окремі рачки C. affinis проявляли високу резистентність, тому ці концентрації вивчались у хронічних дослідах. З літературних джерел [Щербань, 1998] відомо, що в деяких випадках при високій концентрації регуляторів росту рослин виживало до 10% рачків, продуктивність яких у наступних поколіннях була високою. У хронічних дослідах при 75 мг/дм3 препарату спостерігалась та ж сама картина отруєння рачків, що і в гострих дослідах. Більша частина рачків гинула на 5-у добу і лише окремі особини жили протягом 10 діб. Рачки при цьому не збільшувались у розмірах і жоден з них не досягав статевозрілості, тобто пригнічувались всі фізіологічні процеси їх росту і розвитку. Смертності статевозрілих самок з яйцями у виводкових камерах протягом гострого досліду не виявлено. Тривалість життя таких самок становила близько 10 діб, однак у них спостерігалось значне пригнічення розвитку яєць. Якщо при температурі 20пС ембріональний розвиток яєць протікав за 30–36 годин, то у піддослідних самок він розтягувався на 3–4 доби. Виметана самками молодь гинула впродовж п’яти діб внаслідок порушення линяння рачків, що свідчить про значне пригнічення обміну речовин. У самок повністю пригнічувався розвиток репродуктивної системи.
Аналогічна картина спостерігалась за дії триману-1 при концентрації 50 мг/дм3. З 50 екз. C. affinis через 120 год в живих залишилось 25% рачків. У них затримувався ріст, тривалість постембріонального розвитку збільшувалась на 2–3 доби порівняно з контролем. Яйця у виводкові камери самок надходили на 7–8- добу (в контролі на 4–5-у). Часто виводкові камери самок були заповнені аморфною гонадною масою і одним-двома повноцінними яйцями. Розвиток таких яєць зупинявся через 3–4 год, а через 2–3 доби вони викидались із камери. Тривалість життя самок становила 10–13 діб. Отже, відбору резистентних до токсиканта рачків не спостерігалось, розмноження C. affinis повністю пригнічувалось на рівні першого покоління. Ця концентрація виявилась гостро летальною.
Висока токсичність триману-1 для рачків властива і концентрації 25 мг/дм3. Аналіз результатів дослідження свідчить, що препарат при цій концентрації негативно впливав на всі показники життєдіяльності рачків. Тривалість життя церіодафній скорочувалась, статевозрілість затримувалась, особливо в першому поколінні (на 46% порівняно з контролем). У середньому для п’яти поколінь тривалість постембріонального розвитку становила 6,73 доби. У самок значно зменшувалась кількість виметів. У середньому для п’яти поколінь цей показник дорівнював 32% контролю. Кількість молоді в одному виметі самки була нижчою порівняно з контролем на 37–62%. Всі ці порушення призводили до зниження продуктивності самок. Сумарна плодючисть рачків при 25 мг/дм3 триману-1 становила 17,6% контролю. Слід зазначити, що при цій концентрації спостерігалась висока смертність молоді до досягнення нею статевозрілості. Якщо в першому поколінні цей показник становив 45,5%, то в наступних – збільшився до 80%. У новонароджених рачків відмічались недорозвинення кінцівок, панцира, карликовість. Самки, що розмножувалися, мали високий рівень абортування яєць та ембріонів, особливо в першому (57,9%) і п’ятому (44,6%) поколіннях. Необхідно підкреслити, що серед потомства церіодафній була велика кількість самців, особливо в перших виметах. У першому поколінні частка самців в потомстві становила 54%, в наступних – від 24 до 36%.
При концентраціях триману-1, що дорівнювали 0,001–10 мг/дм3, тривалість постембріонального розвитку затримувалась лише у окремих особин, відхилення від контролю були неістотними. Порівняно при 10 мг/дм3 препарату з контролем значно знижувалась кількість виметів у самок першого, другого і шостого поколінь.
У діапазоні концентрацій препарату 0,001–5 мг/дм3 починаючи з третього покоління, кількість виметів стабілізувалась, а в окремих поколіннях вона була навіть вищою за контроль. У середньому вірогідне зниження величини цього показника відмічено лише при 10 мг/дм3 триману-1. Кількість молоді в одному виметі самки у зазначеному діапазоні концентрацій значно зменшувалась також у перших двох поколіннях, особливо у першому. Вплив триману-1 на кількість молоді в наступних поколіннях був слабший, ніж у перших двох, а в окремих поколіннях спостерігалось навіть збільшення кількості молоді у виметі. Так, в шостому поколінні за дії 0,01 мг/дм3 препарату кількість молоді у виметі перевищувала контроль на 50,5%, а при 0,1–1 мг/дм3 – на 17,5–10,6%.
Інтегральним показником впливу триману-1 на життєдіяльність C. affinis є продуктивність (плодючисть) рачка. Аналіз сумарної кількості потомків церіодафній в ряду поколінь показав, що найбільше пригнічувалась життєдіяльність рачків у перших двох поколіннях (особливо в першому) в усьому діапазоні концентрацій. Вірогідність зниження кількості потомків у перших двох поколіннях була високою: Р > 99%. Оскільки сумарна кількість потомків прямо залежить від тривалості життя рачків і кількості молоді в кожному з виметів, то в наступних поколіннях спостерігались аналогічні зміни При концентраціях препарату 5 і 10 мг/дм3 кількість потомства у шостому поколінні знижувалась на 44–58% порівняно з контролем, а при 0,01–1 мг/дм3 на 25–60% перевищувала його. Слід відзначити, що на продуктивність популяції при 5 і 10 мг/дм3 препарату також впливала значна кількість самців серед потомства, що становила відповідно 20 і 30%.
За дії 5–25 мг/дм3 триману-1 було відмічено прискорене “старіння” самок. Триман-1 – синтетична ростова речовина, похідна піридину, яка володіє цитокініновою активністю. Такі препарати спрямовані на затримку процесів старіння. Можливо, це стосується лише рослинних організмів. Ймовірно, у гіллястовусих ракоподібних з їх коротким циклом розвитку триман-1 значно прискорював процеси обміну речовин, що призводило до їх швидкого старіння. Механізм дії синтетичних ростових речовин на фізіолого-біохімічні процеси у планктонних безхребетних ще не вивчений.
Таким чином, високі концентрації триману-1 (25–75 мг/дм3) є гостро і хронічно летальними. Менші його концентрації (0,001–0,1 мг/дм3) практично не впливали на рачків починаючи з третього покоління.
ДІЯ РЕГУЛЯТОРА РОСТУ РОСЛИН РОСТ-3 НА ГІЛЛЯСТОВУСИХ РАКОПОДІБНИХ
Препарат Рост-3 в гострих дослідах вивчали в концентрації від 0,5 до 5 г/дм3. При 3–4 г/дм3 молодь дафній відразу падала на дно склянок. Спостерігалась 100%-на іммобілізація рачків. При 4 г/дм3 100%-на смертність відмічена через 24 год, а при 3 г/дм3 – через 48 год. При 1, 1,5 і 2 г/дм3 препарату у молоді дафній через одну-півтори години чітко спостерігалась фаза підвищеного збудження, яка відразу змінювалась на фазу пригнічення. Рачки плавали біля самого дна і лягали на нього, хоча через 24 год при цих концентраціях смертності не спостерігалось. Але вже через 48 год всі вони лежали на дні склянок, і лише за слабким рухом торакальних ніжок було видно, що рачкі живі. Через 48 год смертність іммобілізованих рачків сягала 70%, а через 72 год – 100%. При 2 г/дм3 через 48–72 год вона становила 70–100% відповідно. З подовженням експозиції при 1–1,5 г/дм3 препарату смертність рачків збільшувалась, і через 72 год 100%-на смертність спостерігалась при 1,5 г/дм3 , а через 120 год – при 1 г/дм3 препарату.
Реакції молоді C. affinis на препарат були такі ж самі, як і у молоді D. magna. Через 24 год 100%-на смертність рачків відмічена в діапазоні концентрацій 2–5 г/дм3. З подовженням експозиції смертність рачків збільшувалась і при меншій концентрації (1,5–1,75 г/дм3), а концентрація 1,25 г/дм3 була вітальною для молоді C. affinis протягом досліду (табл. 3)
Таблиця 3
Показники гострої токсичності препарату Рост-3 для молоді D. magna і C. affinis, г/дм3.
Із збільшенням експозиції досліду дафнії виявляли більш високу чутливість до препарату, ніж молодь C. affinis. Так, величина LC50 препарату для молоді D. magna на 5-ту добу знижувалась в 4 рази і становила 750 мг/дм3, для молоді C. affinis протягом досліду вона змінювалась несуттєво. Як бачимо, в гострих дослідах препарат Рост-3 проявляв токсичність для рачків у концентрації, яка перевищувала 500 мг/дм3, що дозволяє віднести його до практично нетоксичних речовин.
Хронічні досліди з препаратом Рост-3 проведені на двох поколіннях C. affinis при 8-годинному освітленні і постійній температурі 20,5±0,5пС.
Аналіз одержаних результатів показав, що на вплив препарат найбільше впливав на кількість молоді в одному виметі самки. Так, при 50 мг/дм3 препарату вона була вищою, ніж у контролі, на 35,5%, а при 100 мг/дм3 – на 14%. При концентрації 0,1–0,001 мг/дм3 зниження величини цього показника було несуттєвим. Аналогічно змінювалась в дослідженому діапазоні концентрацій і сумарна кількість потомків.
Слід відзначити, що в дослідах з препаратом Рост-3 в усьому діапазоні концентрацій самки С. affinis продукували велику кількість самців. Чим більше церіодафнії давали потомства, тим більшою була частка самців (рисунок).
Рисунок. Частка самок (1) і самців (2), та співвідношення самців у потомстві піддослідних і контрольних самок (3) C. affinis за дії препарату Рост-3 (%).
Починаючи з концентрації речовини 0,1 мг/дм3 і вище, кількість самців у потомстві збільшувалась. При концентрації 50 і 100 мг/дм3 самці становили відповідно 32,0 і 36,5% від потомства. Часто вимети складались із рачків однієї статі, інколи із самців і самок, причому останні переважали. З літературних джерел відомо, що самці з’являються в популяціях гіллястовусих рачків при недостатньому харчуванні [Таuson, 1930], скороченні світлового дня [Buikema,1968], різкому зниженні температури, або її підвищенні до 27–30пC [Fries, 1964], надмірному зростанні щільності популяції [Stross, 1965]. Водночас ряд авторів відмічали появу самців за дії деяких токсикантів [Banta, 1930; Брагинский, 1987; Щербань, 1986]. Ймовірно, що в наших дослідах появу такої великої кількості самців можна пояснити як коротким світловим днем, так і впливом препарату, оскільки в контролі кількість самців була значно меншою.
У зв’язку з вищезгаданим, нами було здійснено серію дослідів при довжині світлового дня 16 год і температурі 24–26пС. Препарат Рост-3 найбільше впливав на такій показник, як кількість молоді в одному виметі самки. Особливо чітко це виявлялось за дії високої концентрації препарату (25–100 мг/дм3). У дослідах з концентраціями 25, 50, і 100 мг/дм3 максимальна кількість молоді у виметі сягала 18 екз. і в середньому для шести поколінь становила відповідно 8,27, 8,61 і 9,14 екз. (в контролі – 7,44 екз.). Різниця середніх величин показників між дослідом і контролем вірогідна. При концентрації, нижчій за 25 мг/дм3, стимулюючої дії препарату на цей показник не виявлено.
Найбільш повно вплив препарату Рост-3 параметри життєдіяльності виду відображає сумарна кількість потомків на одну самку. При високій концентрації речовини цей показник також зростав, особливо в першому поколінні самок. При 50 мг/дм3 сумарна кількість потомків перевищувала контроль на 54,5%, а при 100 мг/дм3 – на 100%. В наступних поколіннях вона була вищою, ніж у контролі, але меншою, ніж у першому поколінні самок. В середньому для шести поколінь сумарна кількість потомків на одну самку при 50 і 100 мг/дм3 становила відповідно 45,6 і 47,7 екз., а в контролі – 39,45 екз. В діапазоні концентрацій 0,001–25 мг/дм3 цей показник був на 9–14% нижчим за контроль. Слід відзначити, що під впливом препарату Рост-3 ніяких відхилень у розвитку яєць і ембріонів не спостерігалось. Крім того, в жодному з виметів не було відмічено появи самців.
Отже, поява самців у першому варіанті дослідів була викликана коротким світловим днем.
Якщо порівняти вплив на гіллястовусих рачків препарату Рост-3 і ВАС і триману-1, виявиться, що Рост-3 має найбільш характерні властивості регуляторів росту рослин, таких як Івін, Агростимулін, Бетастимулін, Зеастимулін [Щербань, 1998, 1999]. В цілому можна стверджувати, що препарат Рост-3 в дослідженому діапазоні концентрацій не впливатиме негативно на гіллястовусих рачків.
ЖИТТЄДІЯЛЬНІСТЬ ГІЛЛЯСТОВУСИХ РАКОПОДІБНИХ ПІД ВПЛИВОМ ПРЕПАРАТУ КЛЕПС
Препарат Клепс є сумішшю двох видів бактерій – Klebsiella oxytoca і Bacillus mucilaginosus. Відомо, що бактерії становлять вагому частину харчового раціону гіллястовусих рачків.
У гострих дослідах з препаратом Клепс, крім D. magna і C. affinis, було використано третій тест-об’єкт з гіллястовусих рачків – M. macrocopa.
Аналіз результатів експериментів показав, що всі досліджені концентрації препарату Клепс (1, 5, 10, 25, 50, 75 та 100 млн. кл/см3) є вітальними для трьох видів гіллястовусих рачків.
У дослідах з M. macrocopa в діапазоні концентрацій 10–100 млн. кл/см3 відмічено значну стимуляцію репродуктивної функції рачків, особливо при 75 млн. кл/см3 бактерій, коли у виводковій камері кожної самки містилося понад 40–50 яєць. Однак при концентраціях 50–100 млн. кл/см3 розвиток відкладених яєць першого вимету зупинявся на I–II стадії, вони розчинялись і витікали через щілину виводкової камери самки. При нижчій концентрації також спостерігалось часткове розчинення яєць. Стимуляція репродукції яєць виявлялась у наступних виметах, але була значно слабшою, ніж у першому виметі. Крім того, якщо у моін при 50–100 млн. кл/см3 яйця першого вимету розчинялись повністю, то у другому і третьому певна кількість яєць розвивалась нормально і самки народжували життєздатну молодь. Відмічена гіперстимуляція репродуктивної функції призводила до передчасного старіння більшості самок. Тривалість життя самок скорочувалась до 5–7 діб.
У гострих дослідах з D. magna під впливом препарату Клепс спостерігався гарний ріст рачків, прискорення постембріонального розвитку, а також стимуляція їх репродуктивної функції. Слід відмітити, що в дослідах з дафніями відхилень у розвитку яєць не виявлено. При концентрації препарату 25–100 млн. кл/см3 середня кількість яєць на одну самку була в два рази вищою, ніж у контролі.
Результати гострих дослідів з C. affinis за дії препарату Клепс були зовсім інші, ніж з двома попередніми видами. При високій концентрації бактерій (50–100 млн. кл/см3) відбувалося пригнічення фізіологічного стану рачків: вони відставали в рості, їх кишечники, вміст яких мав піщане забарвлення, були напівпорожніми. При 100 млн. кл/см3 лише 60% самок C. affinis розмножувались. Не зважаючи на те, що виживання церіодафній в гострих дослідах становило 100%, біопрепарат Клепс негативно впливав на репродуктивну функцію рачків.
Таким чином, C. affinis проявляла більш високу чутливість до концентрації бактерій біопрепарату порівняно з M. macrocopa і D. magna.
У хронічних дослідах із C. affinis були одержані аналогічні результати. Препарат у концентрації 100 млн. кл/см3 гнітюче діяв на церіодафній протягом усього життя. Особливо це позначалося на життєдіяльності рачків першого покоління: вони відставали в рості, порушувалась їх фільтрувальна функція, тіло і панцир ставали мутними. Статевозрілість рачків наставала через 72 год, а перший вимет життєздатного потомства самки давали лише на 7–9-ту добу. Це пов’язано із загибеллю першого, а часто і другого вимету яєць. Самки викидали яйця з виводкової камери або через кілька годин після відкладання, або через добу. Інколи розвиток яєць доходив до стадії ембріону, але і тоді самки викидали їх недорозвинутими. Близько 20% самок упродовж життя постійно відкладали по кілька яєць, які або розсмоктувались, або викидались із камери.
Аналогічна картина в розвитку яєць та ембріонів у самок C. affinis першого покоління спостерігалась і при концентрації препарату Клепс 25–75 млн. кл/см3 і, певною мірою, при 10 млн. кл/см3. І лише при 1–5 млн. кл/см3 тривалість постембріонального розвитку рачків не відрізнялась від контролю і свій перший вимет самки давали на 3–5-у добу.
Постійна резорбція яєць у перших виметах при високій концентрації препарату призвела до зменшення кількості виметів життєздатного потомства. Починаючи з концентрації препарату Клепс 10 млн. кл/см3 і вище спостерігалась пряма залежність кількості виметів молоді від концентрації бактерій. Зниження величини показника при 10 млн. кл/см3 становило 10% контролю (Р > 95%, n=50), при 25 млн. кл/см3 – 28% (Р > 99%), а при 50–100 млн. кл/см3 середня кількість виметів знижувалась на 54–62% (Р > 99%) (табл. 4).
| 
