Влияние тяжёлых металлов на развитие головастиков

Содержание

 

Введение

. Аналитический обзор

Влияние тяжёлых металлов на развитие головастиков

Влияние нефти на икру и головастиков земноводных

Влияние пестицидов на икру и головастиков земноводных

Влияние металлов в наноформе на живые организмы

. Материал и методы исследований

. Влияние токсикантов на личиночное развитие озёрной лягушки

Влияние токсикантов на выживаемость головастиков озёрной лягушки

Влияние токсикантов на темпы роста головастиков озёрной лягушки

Влияние токсикантов на темпы развития головастиков озёрной лягушки

Заключение

Библиографический список

 

Введение

 

Токсиканты антропогенного происхождения многообразны, как многообразна человеческая жизнедеятельность [Яржомбек, Михеева, 2007].

Это пестициды (инсектициды, гербициды, фунгициды), дефолианты, промышленные и бытовые сточные воды. Потенциальную опасность отравления представляют тяжёлые металлы и токсически действующие неметаллы, масла, полихлордифенилы и фталаты; антибиотики и сульфонамиды, а также биотоксины. В списке наиболее значимых антропогенных загрязнителей среды первые места занимают пестициды, тяжёлые металлы, диоксид углерода, диоксид серы и продукты ее окисления, взвеси; разливы нефти, сточные воды промышленных предприятий [Инге-Вечтомов, 1998]. В последние годы появился абсолютно новый тип загрязнителей - «нановещества», частицы которых имеют размеры 10-100 нм. Их влияние на живые организмы почти не изучено, хотя проникающая способность значительно выше, чем у обычных токсикантов, и, следовательно, их влияние на живые организмы потенциально велико [Магнитные наночастицы, 2005].

Гидробиологической науке и одному из её разделов - водной токсикологии принадлежит ведущая роль в обосновании мероприятий, направленных на охрану чистоты водной среды [Флеров, 1989].

В обнаружении антропогенного загрязнения урбанизированных территорий всё чаще используют животных, жизненный цикл которых охватывает как водную, так и наземную среду. Наиболее пригодны для этих целей земноводные. Одним из преимуществ земноводных в данном случае является их постоянное присутствие в наземных и околоводных (водных) биотопах урбоэкосистем. При этом они реагируют как на краткосрочные и залповые выбросы токсических веществ, так и на хроническое загрязнение [Можановский, Сытник, 2005].

Личинки амфибий являются превосходным материалом для экспериментальных исследований. Головастиков легко добывать в больших количествах и многочисленных пресных водоёмах. Постэмбриональное развитие протекает в течение нескольких недель [Пястолова, 1989]. Личиночные стадии развития земноводных обладают высокой чувствительностью по отношению к самым разным токсикантам. Среди ответных реакций личинок земноводных выделяют как общие, так и специфические морфологические и физиологические изменения, по которым возможно судить о качественных и количественных показателях загрязнения водоёма. Объектом данного исследования является озёрная лягушка. Предмет данной магистерской диссертации - динамика показателей головастиков озёрной лягушки под действием различных типов токсикантов, загрязняющих водоёмы. Цель данной магистерской диссертации - в лабораторных условиях выяснить влияние различных типов токсикантов на биологические показатели головастиков озёрной лягушки.

Для этого надо было решить следующие задачи:

- 1. Сравнить смертность головастиков озёрной лягушки в контроле и растворах различных токсикантов;

- 2. Сравнить скорость роста и развития головастиков озёрной лягушки в контроле и растворах исследованных концентраций токсикантов;

- 3. Оценить влияние оксидов металлов в наноформе на биологические показатели головастиков при их добавлении к исследуемым токсикантам.

Научная новизна и теоретическое значение работы

Установлены как общие тенденции влияния органических и неорганических загрязнителей на личиночные стадии развития озёрной лягушки, так и специфика воздействия исследованных токсикантов различной природы на головастиков.

Практическая значимость результатов

Полученные материалы могут быть использованы Краевым Комитетом по охране окружающей среды и природных ресурсов при оценке антропогенного воздействия на водные биотопы. Основные результаты исследования и положения магистерской диссертации могут быть использованы в учебном процессе на биологическом факультете КубГУ при чтении лекций в курсах Водной токсикологии, Биологии развития водных животных, Герпетологии.

Апробация результатов исследования

Результаты исследования докладывались на 23 Межреспубликанской научно-практической конференции с международным участием «Актуальные вопросы экологии и охраны природы экосистем южных регионов России и сопредельных территорий» в апреле 2010г.

Был получен диплом участника первого тура конкурса «Лучшая научная и творческая работа студентов высших учебных заведений Краснодарского края», Краснодар, 2011.

Публикации по теме магистерской диссертации

Опубликована статья на тему «Влияние нефти на биологические показатели головастиков озёрной лягушки» в сборнике «Актуальные вопросы экологии и охраны природы экосистем южных регионов России и сопредельных территорий», Краснодар, 2012, С.102-104. А также в сборнике всероссийской научной конференции «Животные: экология, биология и охрана» на тему «Влияние пестицидов на развитие головастиков озерной лягушки», Саранск, 2012, С. 178-180.

Основные положения, выносимые на защиту

Органические вещества оказывают более токсичное воздействие на выживаемость головастиков озёрной лягушки, чем неорганические загрязнители. Гибель головастиков в растворах пестицидов и нефти начинается сразу после их помещения в раствор, а в солях тяжёлых металлов гибнуть головастики начинают на 10-15 день.

Большинство исследованных токсикантов (нефть, пестицид - цинеб, соли металлов) замедляют темпы роста тела головастиков. Пестициды лондакс и фозалон, а также оксиды Co и Ni в наноформе в смеси с другими токсикантами не изменяют скорость роста головастиков озёрной лягушки.

. Большинство исследованных токсикантов замедляет скорость развития головастиков озёрной лягушки. Пестицид лондакс, соли Al2(SO4)3 и Co(NO3)2 не влияют на этот показатель. CoО при добавлении к Al2(SO4)3, Co(NO3)2 и Ni(NO3)2 убыстряет сроки наступления основных стадий развития головастиков.

Магистерская диссертация написана на 81 странице машинописного текста, состоит из введения, 3 глав, заключения, выводов и списка литературы, в котором приведено 70 литературных источников, из них 17 - иностранных. В диссертации 17 таблиц и 1рисунк.

Аналитический обзор

 

В качестве универсальных биоиндикаторов и биомониторов состояния окружающей среды предлагается использовать земноводных. Многие особенности биологии делают их наиболее удобными объектами биоиндикации [Леонтьева, Семёнов, 1997]. Эмбрионы и молодь водных животных являются уникальной природной моделью для исследования механизмов повреждений, вызванных токсическими агентами, т.е. нарушения субклеточных процессов, возникающих в момент воздействия, в результате развития эмбриона быстро визуализируются и могут быть зарегистрированы морфометрически (появление уродств, изменение скорости или остановка развития) [Мелехова, 1994].

 

Заключение

 

Исследованные в ходе работы органические и неорганические загрязнители оказывают общее токсическое воздействие на головастиков озёрной лягушки, которое проявляется в повышении смертности особей, снижении темпов их роста и развития по сравнению с контролем. Однако количественные показатели токсичности при воздействии нефти, солей металлов и пестицидов различаются достаточно сильно.

Для экспериментов нами были взяты концентрации токсикантов, сопоставимые с ПДК для этих веществ. Мы не обнаружили дозозависимого эффекта различных концентраций нефти на биологические показатели головастиков озёрной лягушки. Повышающиеся концентрации пестицидов оказывали дозозависимое воздействие на выживаемость головастиков, но не влияли на темпы роста и развития выживших особей.

В целом, по результатам проведённой работы можно сделать следующие выводы.

. Гибель головастиков озёрной лягушки зависит от природы токсиканта. В растворах солей металлов гибель начинается с 12-40-го дней, в растворах нефти - с 5-го дня, в растворах пестицидов - с 1-го дня. Гибель головастиков в растворах пестицидов проходила в более сжатые сроки, чем в растворах других токсикантов.

Соли металлов по отношению к головастикам озёрной лягушки образуют следующий ряд токсичности: Pb > Co> Al > Fe > Zn > Ni. Добавление CoО в наноформе к растворам солей металлов в ионной форме не изменяло выживаемость головастиков озёрной лягушки, а добавление NiО в наноформе снижало её.

Гибель головастиков в растворах нефти исследуемых концентраций была выше, чем в солях тяжёлых металлов. Добавление СоО в наноформе к нефти улучшало выживаемость головастиков озёрной лягушки, а добавление NiO и FeO не меняло этих показателей.

. Максимальные размеры головастиков зафиксированы в контроле. Все исследованные соли тяжёлых металлов достоверно снижали темпы роста головастиков. Отмечены два варианта прироста длины тела - в первом случае (соли FeSO4 и Co(NO3)2) головастики в течение первых 20-25 дней росли быстрее, чем в контроле, а затем темпы их роста резко замедлялись. В солях Al2(SO4)3, Ni(NO3)2, ZnSO4 и Pb(NO3)2 головастики в течение всего периода развития отставали в росте от контрольных особей.

Металлы в наноформе при их добавлении к растворам солей тяжёлых металлов по-разному влияют на рост головастиков. CoО увеличивает размеры головастиков на протяжении всего опыта с Ni(NO3)2 и Pb(NO3)2, в первые 40 дней опыта в растворе с Al2(SO4)3 и не приводит к изменениям в растворах с FeSO4,Co(NO3)2 и ZnSO4. А NiO практически во всех растворах с тяжёлыми металлами не приводит к изменению роста головастиков, исключение составляет раствор с Ni(NO3)2.

Во всех растворах нефти размеры головастиков были меньше, чем в контроле. Добавление FeO, CoО и NiO в наноформе к нефти различных концентраций в большинстве случаев размеры головастиков не меняло.

Все изученные концентрации фозалона и лондакса, а также минимальная концентрация цинеба не влияют на размеры тела головастиков озёрной лягушки. Более высокие концентрации цинеба замедляли темпы роста головастиков.

. Из исследованных солей металлов медленнее всего развитие головастиков происходит в Pb(NO3)2, наступление стадий развития происходит на 15 дней позже, чем в контроле. Развитие в Al2(SO4)3 и Co(NO3)2 происходит синхронно с контролем. Добавление NiO в наноформе к солям тяжёлых металлов в большинстве случаев приводит к задержке развития головастиков. CoО как убыстряет (Al2(SO4)3, Co(NO3)2 и Ni(NO3)2), так и замедляет (ZnSO4, Pb(NO3)2 и FeSO4) сроки наступления стадий развития головастиков озёрной лягушки.

Во всех исследованных концентрациях нефти с добавлением оксидов металлов в наноформе и без них наблюдается задержка развития головастиков озёрной лягушки на 5-25 дней.

Фозалон отодвигает сроки наступления стадий, но не меняет их длительность. Цинеб отодвигает сроки наступления стадий и увеличивает их продолжительность. Лондакс не изменяет скорость развития головастиков по сравнению с контролем.

 

Библиографический список

 

1. Бахарев В.А. Влияние техногенных поллютантов на особенности постнатального развития личинок травяной лягушки (Rana temporaria, L.,1758) // Актуальные вопросы экологии и охраны природы экосистем южных регионов России и сопредельных территорий. Краснодар. 2008. С.70−71.

.   Безель В.С, Позолотина В.Н., Бельский Е.А., Жуйкова Т.В. Изменчивость популяционных параметров: адаптация к токсическим факторам среды // Экология. 2001. №6. С.447-453.

.   Гагарин В.В., Силкина О.Н., Середняков В.Е. Влияние меди и кадмия на рост и развитие молоди карпа // Биология, экология, химия, безопасность жизнедеятельности. Ярославль. 2003. С.60−64.

.   Дабагян Н.В., Слепцова Л.А. Травяная лягушка Rana ridibunda L. // Объекты биологии развития. М., 1975. С. 442−462.

.   Данилова М.Н. Влияние нефти на рост и выживаемость личинок остромордой лягушки // Вопросы герпетологии. Л., 1985. С.67-68.

.   Данилова М.Н. Воздействие нефти на амфибий в эксперименте // Животные в условиях антропогенного ландшафта. Свердловск, 1990. С.19-29.

.   Жолдакова З.И., Синицына О.О. Некоторые сходства и различия в токсических свойствах наночастиц и других химических веществ // Нанотехнологии и нанопродукции. Оценка риска здоровья. 2008. №4. С.51−55.

.   Жукова Т.И. Влияние минеральных удобрений на смертность головастиков малоазиатской лягушки (Rana macronemis Boul.) // Актуальные вопросы экологии и охраны природы экосистем южных регионов России и сопредельных территорий. Краснодар, 2009. С.55-57.

.   Жукова Т.И., Малахов С.С. Влияние гексахлорциклогексана на выживаемость икры и головастиков озёрной лягушки // Актуальные вопросы экологии и охраны природы водных экосистем и сопредельных территорий. Краснодар, 1995. С.147−148.

.   Жукова Т.И., Шипкова Л.Н. Влияние фенола на возникновение аномалий у озёрной лягушки // Проблемы сохранения и рационального использования биоразнообразия Прикаспия и сопредельных регионов. Элиста, 2006. С.56−58.

.   Изучение безопасности введения наночастиц меди с различными физико−химическими характеристиками в организм животных / О.А Богословская [и др.] // Вестник ОГУ. [б. м.], 2009. №12. С. 124−127.

.   Инге-Вечтомов С.Г. Экологическая генетика. Что это такое? // Соросовский образовательный журнал. Биология, химия, науки о земле, физика, математика. 1998. №2. С.59-65.

.   Карамзин А.А. Биомониторинг нефтяного загрязнения устья реки Дон с использованием водных позвоночных. Автореф. ……… канд. биол. наук. Краснодар, 2010. 19с.

.   Карамзин А.П., Буков Н.Н., Пескова Т.Ю. Обследование загрязнения нефтепродуктами прибрежной зоны Таманского полуострова // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Естественные науки. №5. 2010. С. 19-21.

.   Крюков В.И. Влияние свинца на индукцию микроядер у личинок бесхвостых амфибий // Экология. 2000. №6. С.476−477.

.   Лакин Г.Ф. Биометрия. М., 1980. 293 с.

.   Леонтьева О.А., Семёнов Д.В. Земноводные как биоиндикаторы антропогенных изменений среды // Успехи современной биологии. 1997. №6. С.726−737.

.   Магнитные наночастицы: методы получения, строение, свойства. // Губин С.П., Кокшаров Ю.А., Хомутов Г.Б., Юрков Г.Ю. // Успехи Химии, 2005. 74. 6. С. 539-574.

.   Мелехова О.П. Оценка эмбриотоксичности водной среды // Известия РАН. Серия биологическая. 1994. №4. С.661−665.

.   Можановский В.И., Сытник Ю.М. Тяжёлые металлы в организме бурых лягушек (R. temporaria и R. аrvalis) из наземных биотопов водоёмов городской зоны Киева // Биоразнообразие и роль зооценоза в естественных и антропогенных экосистемах. Днепропетровск, 2005. С.374−376.

.   Некоторые биохимические показатели плазмы крови крыс, отражающие функциональное состояние внутренних органов при внутрибрюшном введении нанопорошка Fe3O4 / И.В. Мильто [и др.] // Нанотехнологии и нанопродукции. Оценка риска здоровья. 2008. №4. С.60−62.

.   Перечень предельно допустимых концентраций наиболее распространенных химических веществ в воде рыбохозяйственных водоёмов // Перечень ПДК и ОБУВ вредных веществ для воды рыбохозяйственных водоемов. М., 1995. 48 с.

.   Пескова Т.Ю. Адаптационная изменчивость земноводных в антропогенно загрязнённой среде // Известия вузов. Северо−Кавказкий регион. 2005. №3. С.66-70.

.   Пескова Т.Ю. Аномалии развития головастиков озёрной лягушки в растворах солей тяжёлых металлов // Биосфера и человек. Майкоп, 2001. С.202-203.

.   Пескова Т.Ю. Влияние антропогенных загрязнений среды на земноводных / Волгоград, 2001б. 160 с.

.   Пескова Т.Ю. Влияние гербицида лондакса на эмбриональное и личиночное развитие гладкой шпорцевой лягушки // Актуальные вопросы экологии и охраны природы экосистем южных и центральных регионов России. Краснодар, 1996. С.153−155.

.   Пескова Т.Ю. Влияние загрязнителей на кровь земноводных // Актуальные вопросы экологии и охраны природы экосистем южных регионов России и сопредельных территорий. Краснодар, 2000. С.110−111.

.   Пескова Т.Ю. Действие смесей солей тяжёлых металлов на головастиков бесхвостых земноводных // Известия Самарского научного центра РАН. Актуальные проблемы экологии. Т.1. Самара, 2003а. №1. С.157−164.

.   Пескова Т.Ю. Смертность головастиков земноводных под влиянием пестицидов // Известия вузов. Северо−Кавказкий регион. 2003б. №2. С.20−27.

.   Пескова Т.Ю. Сравнение токсичности сульфата железа для головастиков двух видов бесхвостых амфибий // Известия вузов Северо−Кавказский регион. Серия естественные науки. Приложение. 2003в. №4. С.61−68.

.   Пескова Т.Ю. Смертность головастиков бесхвостых амфибий под влиянием солей тяжёлых металлов // Проблемы общей биологии и прикладной экологии. Вып.4. Саратов, 1997. С.15-17.

.   Пескова Т.Ю., Жукова Т.И. Сравнение токсичности сульфата железа для головастиков двух видов бесхвостых амфибий // Актуальные вопросы экологии и охраны природы экосистем южных регионов России и сопредельных территорий. Краснодар, 2000. С.111−113.

.   Пескова Т.Ю., Жукова Т.И., Белоконь М.А. Влияние нефти и бензина на личиночное развитие земноводных // Экология и охрана окружающей среды: Материалы междунар. науч.-практ. конф. Рязань, 1998. С.71-72.

.   Пескова Т.Ю., Якушева Я.А. Влияние карбаминовых инсектицидов в эксперименте на ранние стадии развития озерной лягушки // Актуальные вопросы экологии и охраны природы экосистем южных регионов России и сопредельных территорий. Краснодар, 2011.

.   Пястолова О.А. Личинки земноводных и их лабораторное содержание // Вопросы герпетологии. Киев, 1989. С.134−144.

.   Райкова А.П., Паничкин Л.А., Райкова Н.Н. Нанопорошки металлов - для экологически безопасного сельского хозяйства // Режим доступа: http:// rusnanotech.08.rusnanoforum.ru(дата обращения 02.02.2010).

.   Северцова Е.А., Северцов А.С. Влияние химического состава воды из естественных водоёмов на гаструляцию травяной лягушки, Rana temporaria (Anura, Amphibia) // Зоологический журнал. 2001. Т.80, №8. С.986−996.

.   Сурова Г.С. Влияние кислой среды на жизнеспособность икры травяной лягушки (R. temporaria) // Зоологический журнал. 2002. Т.81, №5. С.608−616.

.   Сычёва Л.П. Генотоксическое действие наноматериалов // Нанотехнологии и нанопродукции. Оценка риска здоровья. 2008. №4. С.56−60.

.   Токтамысова З.С., Кайдаулова Е.В. Рост, развитие и интенсивность дыхания личинок озёрной лягушки в условиях химического воздействия // Экология. 1996. №6. С.471−473.

.   Флеров Б.А. Эколого−физиологические аспекты токсикологии пресноводных животных. Ленинград, 1989. 144с.

.   Чурилов Г.И. Влияние нанопорошков железа, меди, кобальта в системе почва−растение // Вестник ОГУ. 2009. №12 (106). С. 148−151.

.   Шемарова И.В., Коротков С.М., Нестеров В.П. Влияние окислительных процессов в митохондриях на сократимость сердечной мышцы лягушки Rana temporaria. Эффекты кадмия // Журнал эволюционной биохимии и физиологии. 2011. 47. №4. С.306−319.

.   Шиян А.А. Экологическая характеристика оз`рной лягушки (Rana ridibunda pall.) при обитании на полях фильтрации сахарных заводов. Автореф. ……… канд. биол. наук. Саратов, 2011. 21с.

.   Яржомбек А.А., Михеева И.В. Ихтиотоксикология. М., 2007. 144 с.

.   Влияние нонилфенола на невральную активность Rana nigromulata // Huang Min−Yi [и др.] // Zool. 2009. 28. №8. P.1510−1514.

.   Токсический эффект нонилфенола на Rana nigromaculata / Huang Min−Yi [и др.] // Zool. 2009. 44, №4. P.129−134.

.   Bishop Ch. A., Gendon A. Impacts of chemical pollutans on amphibian population // Herpetol. 97: Abstr. 3rd World Congr. Herpetol., Prague, 2−10 Aug., 1997. P.1−2. - РЖ 98.04И5.61.

.   Bisphenol A distrupts Notch signaling by inhibiting gamma−secretase activity and causes eye dysplasia of Xenopus laevis / Baba K. [и др.] // Toxicol. Sci. 2009. 108. №2. P.344−345.

.   Chlorpyrifos - induced toxicity in Duttaphrynus melanosticus darvae / Wijesighe M. R. [и др.] // Arch. Environ. Contam. and Toxicol. 2011. 60. №4. P.690−696. - Р Ж 11.12−04И5.49.

.   Coyle T.L., Karasov W.H. Chronic, dictary polybrominated diphenil ether exposure affects survival, growth, and development of Rana pepiens tadpoles // Environ. Toxicol. and Chem. 2010. 29. №1. P.133−141. - РЖ10.09−04И5.37.

.   Developmental toxicity of two common corn pesticides to the endangered southern bell frog (Litoria ranifirmis) / Choung C.B. [и др.] // Environ. Pollut. 2011. 159, №10. P. 2648-2655. - РЖ 12.04-04И5.47.

.   Distel Ch. A., Boone M. D. Desticide has asymmetric effects on two tadpole species across density gradient // Environ. Toxicol. and Chem. 2011. 30. №3. P.650−658. - РЖ12.02−04И5.67.

.   Huang M., Zhang Y. Sh. Влияние кадмия на рост и развитие головастиков R. chensinensis // Ecol. 2006. 25, №5. P.535−540. - РЖ 07.06−04И5.47.

.   Jayakumar K., Kandlepan C. Impact of synthetic insecticides on biochemical constituents of the non−target organism Bufo bufo tadpoles // Ecotoxicol. And Envir. Monit. 2009. 19, №5, P.487−495. - РЖ11.02−04И5.23.

.   Low levels os the herbicide atrazinealter sex rations and reduce metamorphicisucess in Rana pipiens tadpoles raisid in outdoor mesocosms / Langlois V. [и др.]. Environ. Health Perspect. 2010.118. №4. P.552−557. - РЖ10.10−04И5.39.

.   Mastrangelo M., Dos S., Ferrari L. Cadmium toxicity in tadpoles of Rhinella arenarum in relation to calcium and humic acids // Ecotoxicology. 2011. 20, №6. P. 1225−1232. - РЖ 12.06−04И5.44.

.   Orton F., Routledge E. Agricultural intensity in ovo affects growth, metamorphic development and sexual differentiation in the Common toad (Bufo bufo). Ecotoxicology. 2011. 20. №4. P.901−911. - РЖ12.02−04И5.66.

.   Peskova T.Yu. The toxicity of pesticides and heavy metal salts to anuran tadpoles // Advances in Amphibian Res. in the Former Soviet Union. 1998. 3. P.113−122. - РЖ 99.11−04И5.86.

.   Renuka M.R, Andres M.I. Effects of nuvacron on carbohydrate metabolism of the green frog Euphlyctis hexadactylus // Ecobiol. 2009, №1, 39−43. - РЖ 11.02−04И5.22.

.   Stasy M., Little E.E., Semlitsch R.D. Metamorphosis of tuo amphibian species after chronic cadmium exposure in outdoor aquatic mesocosms // Environ. Toxicol and chem. 2005. 24, №8. P. 535−540. - РЖ 07.06−04И5.47.

.   The influence of carbetox insecticides upon fustological and physiological indices in Rana ridibunda / Paunescu A. [и др.]. Bull.Univ.Agr.Sci.and Vct.Med.−Napoca. Agr. 2009. 66. №2. P.173−178. - РЖ 10.10−04И5.38.

.   Toxicity of four herbicideformulations with glyphosate on Rhinella arenarum tadpoles: B−esterases and glutanion S−transferase inhibitors / Lajmanovich R.C. [и др.]. Arch. Environ. Contam. and Toxicol. 2011. 60. №4. P.681−689. - РЖ 11.12−04И5.48.

.   Vogiatriz A.K., Loumbourdis N.S. Uptake, tissue distribution, and depuration of cadmium (Cd) in the frog Rana ridibunda // Bull. Environ. Contam. and Toxicol. 1997. 59, №5. P.770−776. - РЖ 98.07.−0И5.137.

.   Yang Ya., Jia Yu. Общая токсичность ионов меди, цинка и кадмия для головастиков Bufo bufo gargarizans // Appl. and Environ. Boil. 2006. 12, №3. P.356−359. - РЖ 07.06−04И5.45.

Содержание

 

Введение

. Аналитический обзор

Влияние тяжёлых металлов на развитие головастиков

Влияние нефти на икру и головастиков земноводных

Влияние пестицидов на икру и головастиков земноводных

Влияние металлов в наноформе на живые организмы

. Материал и методы исследований

. Влияние токсикантов на личиночное развитие озёрной лягушки

Влияние токсикантов на выживаемость головастиков озёрной лягушки

Влияние токсикантов на темпы роста головастиков озёрной лягушки

Влияние токсикантов на темпы развития головастиков озёрной лягушки

Заключение

Библиографический список

 

Введение

 

Токсиканты антропогенного происхождения многообразны, как многообразна человеческая жизнедеятельность [Яржомбек, Михеева, 2007].

Это пестициды (инсектициды, гербициды, фунгициды), дефолианты, промышленные и бытовые сточные воды. Потенциальную опасность отравления представляют тяжёлые металлы и токсически действующие неметаллы, масла, полихлордифенилы и фталаты; антибиотики и сульфонамиды, а также биотоксины. В списке наиболее значимых антропогенных загрязнителей среды первые места занимают пестициды, тяжёлые металлы, диоксид углерода, диоксид серы и продукты ее окисления, взвеси; разливы нефти, сточные воды промышленных предприятий [Инге-Вечтомов, 1998]. В последние годы появился абсолютно новый тип загрязнителей - «нановещества», частицы которых имеют размеры 10-100 нм. Их влияние на живые организмы почти не изучено, хотя проникающая способность значительно выше, чем у обычных токсикантов, и, следовательно, их влияние на живые организмы потенциально велико [Магнитные наночастицы, 2005].

Гидробиологической науке и одному из её разделов - водной токсикологии принадлежит ведущая роль в обосновании мероприятий, направленных на охрану чистоты водной среды [Флеров, 1989].

В обнаружении антропогенного загрязнения урбанизированных территорий всё чаще используют животных, жизненный цикл которых охватывает как водную, так и наземную среду. Наиболее пригодны для этих целей земноводные. Одним из преимуществ земноводных в данном случае является их постоянное присутствие в наземных и околоводных (водных) биотопах урбоэкосистем. При этом они реагируют как на краткосрочные и залповые выбросы токсических веществ, так и на хроническое загрязнение [Можановский, Сытник, 2005].

Личинки амфибий являются превосходным материалом для экспериментальных исследований. Головастиков легко добывать в больших количествах и многочисленных пресных водоёмах. Постэмбриональное развитие протекает в течение нескольких недель [Пястолова, 1989]. Личиночные стадии развития земноводных обладают высокой чувствительностью по отношению к самым разным токсикантам. Среди ответных реакций личинок земноводных выделяют как общие, так и специфические морфологические и физиологические изменения, по которым возможно судить о качественных и количественных показателях загрязнения водоёма. Объектом данного исследования является озёрная лягушка. Предмет данной магистерской диссертации - динамика показателей головастиков озёрной лягушки под действием различных типов токсикантов, загрязняющих водоёмы. Цель данной магистерской диссертации - в лабораторных условиях выяснить влияние различных типов токсикантов на биологические показатели головастиков озёрной лягушки.

Для этого надо было решить следующие задачи:

- 1. Сравнить смертность головастиков озёрной лягушки в контроле и растворах различных токсикантов;

- 2. Сравнить скорость роста и развития головастиков озёрной лягушки в контроле и растворах исследованных концентраций токсикантов;

- 3. Оценить влияние оксидов металлов в наноформе на биологические показатели головастиков при их добавлении к исследуемым токсикантам.

Научная новизна и теоретическое значение работы

Установлены как общие тенденции влияния органических и неорганических загрязнителей на личиночные стадии развития озёрной лягушки, так и специфика воздействия исследованных токсикантов различной природы на головастиков.

Практическая значимость результатов

Полученные материалы могут быть использованы Краевым Комитетом по охране окружающей среды и природных ресурсов при оценке антропогенного воздействия на водные биотопы. Основные результаты исследования и положения магистерской диссертации могут быть использованы в учебном процессе на биологическом факультете КубГУ при чтении лекций в курсах Водной токсикологии, Биологии развития водных животных, Герпетологии.

Апробация результатов исследования

Результаты исследования докладывались на 23 Межреспубликанской научно-практической конференции с международным участием «Актуальные вопросы экологии и охраны природы экосистем южных регионов России и сопредельных территорий» в апреле 2010г.

Был получен диплом участника первого тура конкурса «Лучшая научная и творческая работа студентов высших учебных заведений Краснодарского края», Краснодар, 2011.

Публикации по теме магистерской диссертации

Опубликована статья на тему «Влияние нефти на биологические показатели головастиков озёрной лягушки» в сборнике «Актуальные вопросы экологии и охраны природы экосистем южных регионов России и сопредельных территорий», Краснодар, 2012, С.102-104. А также в сборнике всероссийской научной конференции «Животные: экология, биология и охрана» на тему «Влияние пестицидов на развитие головастиков озерной лягушки», Саранск, 2012, С. 178-180.

Основные положения, выносимые на защиту

Органические вещества оказывают более токсичное воздействие на выживаемость головастиков озёрной лягушки, чем неорганические загрязнители. Гибель головастиков в растворах пестицидов и нефти начинается сразу после их помещения в раствор, а в солях тяжёлых металлов гибнуть головастики начинают на 10-15 день.

Большинство исследованных токсикантов (нефть, пестицид - цинеб, соли металлов) замедляют темпы роста тела головастиков. Пестициды лондакс и фозалон, а также оксиды Co и Ni в наноформе в смеси с другими токсикантами не изменяют скорость роста головастиков озёрной лягушки.

. Большинство исследованных токсикантов замедляет скорость развития головастиков озёрной лягушки. Пестицид лондакс, соли Al2(SO4)3 и Co(NO3)2 не влияют на этот показатель. CoО при добавлении к Al2(SO4)3, Co(NO3)2 и Ni(NO3)2 убыстряет сроки наступления основных стадий развития головастиков.

Магистерская диссертация написана на 81 странице машинописного текста, состоит из введения, 3 глав, заключения, выводов и списка литературы, в котором приведено 70 литературных источников, из них 17 - иностранных. В диссертации 17 таблиц и 1рисунк.

Аналитический обзор

 

В качестве универсальных биоиндикаторов и биомониторов состояния окружающей среды предлагается использовать земноводных. Многие особенности биологии делают их наиболее удобными объектами биоиндикации [Леонтьева, Семёнов, 1997]. Эмбрионы и молодь водных животных являются уникальной природной моделью для исследования механизмов повреждений, вызванных токсическими агентами, т.е. нарушения субклеточных процессов, возникающих в момент воздействия, в результате развития эмбриона быстро визуализируются и могут быть зарегистрированы морфометрически (появление уродств, изменение скорости или остановка развития) [Мелехова, 1994].

 

Влияние тяжёлых металлов на развитие головастиков

 

Был проведён опыт по влиянию различных токсикантов на зародыши (гаструлы) травяной (Rana temporaria L.) и шпорцевой (Xenopus laevis D.) лягушек. Для каждого опыта отобрали по 25 зародышей, стандартизированных по возрасту. Опыты осуществляли следующим образом: инкубировали зародыши в присутствии токсикантов различной природы в концентрациях, близких к предельно допустимым хозяйственным. Время инкубации - 90 мин. 100%-ная гибель головастиков наблюдалась в опытах с медным купоросом (0,4 мг/л), хлористым литием (1,5 мг/л), ДДТ (следы 0,1 мг/л), атразина (0,005 и 0,0005 мг/л). С такими же веществами, как медный купорос (0,0004 мг/л), солярное масло (0,01 мг/л), хлористый литий (0,015 мг/л), вызывалась гибель 40−60% исследуемых объектов. Наименьший процент гибели зародышей (20%) вызывали: медный купорос (0,0004 мг/л) и солярное масло (0,0001 мг/л). Все эти вещества встречаются в сточных водах в техногенных зонах [Мелехова, 1994].

Был проведен ряд опытов по влиянию Cd на развитие головастиков. З.С. Токтамысовой и Е.В. Кайдауловой [1996] были взяты личинки озёрной лягушки (Rana ridibunda Pall.). Из них для исследования были отобраны особи, по таблице стадий нормального развития травяной лягушки [Дабагян, Слепцова, 1975] соответствовавшие возрасту 45-54 дня (исходные масса и длина тела используемых личинок составляли в среднем 223,2 ± 15,0 мг и 30,0 ± 0,6 мм соответственно. Личинок контрольной и опытных групп (по 20 экземпляров в каждой) содержали в стеклянных кристаллизаторах с отстоявшейся водой объёмом 1 л при температуре 20оC. На протяжении опыта личинок кормили протёртыми листьями одуванчиков. Кадмий добавляли в количестве 5 и 15 мг/л. При измерении веса и размеров тела личинки находились на влажном фильтре. Рост, развитие и интенсивность дыхания личинок оценивали в течение 14 дней. Развитие и рост личинок в контроле и при концентрации 5 мг/л кадмия в растворе отмечается незначительно: к 5-му дню наблюдения фиксируются изогнутость на уровне колен, а к 7-му - появление тупого угла в коленном суставе и видимость очертаний передних конечностей с брюшной поверхности (в эти же дни длина хвоста достигает максимума - 20 мм), к 12-му - последовательный выход левой и правой передних конечностей и начало редукции хвоста (14 мм), к 14-му - тазобедренный и коленные суставы находятся по отношению друг к другу под прямым углом. При концентрации Cd в растворе 15 мг/л картина резко меняется: за исключением двух головастиков, развитие которых происходит аналогично контролю, рост и развитие остальных останавливается и находится на уровне первого дня наблюдения. На 12−14-й дни отмечается загибание хвостов, пассивное поведение, а также гибель четырёх особей.

В другом опыте с озёрными лягушками в течение 10 дней их экспонировали в воде, содержащей 200 мг/кг кадмия (CdCl2), а затем помещали в чистую воду на срок до 30 дней для детоксикации. Показано, что накопление Cd в печени и почках происходило и после перевода лягушек в чистую воду; концентрация Cd в коже и кишечнике значительно возрастала при экспозиции [Vogiatriz, Loumbourdis, 1997]. Влияние Cd изучали и на развитии американских жаб (Bufo americanus) и леопардовых лягушек (Rana sphenocephala). Их содержали в модельной среде, имитирующей условия нахождения в пруду при концентрации Cd2+ 5−200 мкг/л на протяжении до 43 дней. Выживаемость американских жаб при воздействии Cd2+ в концентрации 18−200 мкг/л снижалась с 88,6 до 70 (16%), а леопардовых лягушек при воздействии Cd2+ в концентрации 5−60 мкг/л - с 90,5 до 75 (11,6%). Влияние Cd на метаморфоз не обнаружено. В максимальной концентрации Cd2+ тормозил метаморфоз леопардовых лягушек до 60%. Накопление Cd у жаб было более значительным, чем у лягушек [Stasy, Little, Semlitsch, 2005]. В другой работе определяли 24-часовую, 48-часовую, 72-часовую и 96-часовую LC50, LC100, LC0 и безопасную концентрацию для головастиков Rana chenensis, содержавшихся в воде с ионами Cd2+. Смертность головастиков увеличивалась с увеличением концентрации Cd в воде и с увеличением длительности экспозиции, причём токсичность Cd была выше в деионизированной воде. Безопасные концентрации Cd для головастиков на стадии развития 26−27 были 0,05; 0,1; 0,2 и 0,4 мг/л. Линейный и весовой рост головастиков сильно понижался с увеличением концентрации Cd. Даже в безопасных концентрациях Cd может быть причиной отставания в росте и задержки метаморфоза у головастиков [Huang, Zhang, 2006]. Также было изучено инотропное действие Cd2+ на сердце лягушки. Установлено, что Cd2+ в концентрациях 1, 10 и 20 мкМ дозозависимо (21,3; 50,3 и 72,0% соответсвенно) уменьшает амплитуду мышечного сокращения, что объясняется его конкурентным действием на потенциал управляемые Cа2+ −каналы L−типа (Cа, 1,2) [Шемаров, Коротков, Нестеров, 2011]. Также была изучена токсичность кадмия для головастиков Rhinella arenarum [Mastrangelo, Dos, Ferrari, 2011].

Много работ по изучению влияния солей тяжёлых металлов было проведено Песковой Т.Ю. Так, в одной из работ по влиянию солей тяжёлых металлов на смертность головастиков бесхвостых амфибий [Пескова, 1997] было исследовано влияние сульфата меди CuSO4*5H2O в концентрациях 1, 2, 3, 10 и 20 мг/л на головастиков озёрной лягушки, зелёной жабы и гладкой шпорцевой лягушки; а также сульфата кадмия 3CdSO4*8H2O в концентрациях 1, 2 и 3 мг/л. В контроле личинки находились в чистой, отстоянной воде. В эксперимент взяты головастики всех видов земноводных сразу после выклева. Плотность личинок в аквариуме - 3 особи/л, начальное количество личинок - 15−20 особей, температура воды 23−25оС. Сульфат меди практически во всех исследованных концентрациях наиболее токсичен для головастиков гладкой шпорцевой лягушки, на 2−м месте головастики зелёной жабы, а наименьшая токсичность отмечена для головастиков озёрной лягушки. Сульфат кадмия (в трех изученных концентрациях), наоборот, наименее токсичен для личинок шпорцевой лягушки, за этим видом амфибий идёт озёрная лягушка, а на 3-м месте краснобрюхая жерлянка. 50% гибель головастиков краснобрюхой жерлянки в растворах соли кадмия происходит на 8−23 дней раньше, чем у озёрной лягушки. У головастиков озёрной лягушки уродств и аномалий было отмечено сравнительно немного, а у остальных видов вообще не было. Из аномалий наблюдали искривление хвоста, водянку полости тела, белые пятна на голове.

В другом исследовании того же автора [Peskova, 1998] показано, что для головастиков озёрной лягушки, токсичность солей тяжёлых металлов убывает в следующем порядке: Cu > Cd > Pb > Zn. Динамика гибели головастиков этого вида и день достижения 50% гибели определяется не природой токсиканта, а его концентрацией и продолжительностью воздействия. Токсичность солей тяжёлых металлов с возрастом увеличивается для головастиков озёрной лягушки, а для головастиков зелёной жабы снижается.

В другом опыте изучали общую токсичность ионов меди, цинка и кадмия для головастиков Bufo bufo gargarizans. Острая токсичность Cu2