Статья: Влияние растворов противогололёдной смеси на Moina macrocopa и Allium cepa в биотестовом эксперименте

На основе литературных данных о влиянии солености на пресноводных ветвистоусых ракообразных [22, 23] и оценки элементного состава смеси, для острых тестов выбраны следующие концентрации «Бионорда»: 1,3; 2,5; 4,0; 5,0; 6,0; 8,0; 10,0 г/л. Животных в острых тестах не кормили. Смертность рачков определяли через 24 и 48 ч после начала эксперимента. Для всей линейки концентраций проведено три последовательных эксперимента.

В хроническом эксперименте протестирован следующий ряд концентраций «Бионорда» в среде: 0,3; 0,6; 1,3; 2,5; 5,0; 6,0 и 8,0 г/л. Исходные тестируемые растворы смеси «Бионорд» готовили в объеме, достаточном для проведения всего хронического эксперимента. В качестве корма в хроническом тесте использовали неаксеничную культуру зелёной водоросли Chlorella vulgaris (Chlorellales: Chlorellaceae) [18, 19]. Среду культивирования в опытных и контрольных стаканах меняли ежесуточно. В начале эксперимента и каждые следующие сутки при обновлении среды вносили корм в концентрации 200/103 клеток/мл. Хронический эксперимент вели до гибели всех тестируемых животных. В первые сутки жизни и за сутки до отрожде- ния первого потомства у каждой самки определяли линейные размеры тела как длину от вершины головы до конца створок панциря под бинокулярной лупой (х16). На основе линейных размеров тела рассчитывали удельную скорость ювенильного роста животных [19]. Каждые сутки фиксировали количество мертвых животных, для каждой самки подсчитывали количество отрожденных потомков, которых после этого удаляли. На основании этих данных для каждой концентрации смеси рассчитывали среднюю продолжительность жизни и среднюю плодовитость рачков.

Статистический анализ. Для анализа регрессионных зависимостей результаты двух независимых Allium-тестов объединили в один массив данных на основе попарного сравнения индикаторных параметров, полученных для одинаковых концентраций, с помощью двухвыборочного /-теста, который не выявил статистически значимого различия сравниваемых выборок (T<t, р > 0,05, предварительно оценивалась статистическая значимость различия дисперсий с помощью F-теста); три последовательных острых эксперимента с рачками объединили в один массив данных на основе отсутствия статистически значимых отличий выживаемости рачков в контроле (тест различия между двумя пропорциями, p > 0,32).

Параметры регрессионных зависимостей представлены в виде значений угла наклона (b), верхнего предела показателя теста (d), концентраций смеси, при которых происходит снижение значений показателей теста на 50% по сравнению с верхним предельным значением (EC50, LC50), и стандартной ошибки этих значений (±SE). Значения параметров и их статистическую значимость определяли с помощью пакета программного обеспечения «drc» в программе R [24].

Данные по влиянию растворов противогололёдной смеси на параметры жизненного цикла Moina macrocopa в хроническом эксперименте представлены в виде средних значений продолжительности жизни самок (L, сутки), удельной скорости роста ювенильных самок (р, 1/сутки), плодовитости (F, потомков/самку) со стандартным отклонением (±SD). Статистическую значимость влияния концентрации противогололёдной смеси на параметры жизненного цикла оценивали с помощью однофакторного дисперсионного анализа (one-way ANOVA).

Результаты исследования и обсуждение

Для экологического прогнозирования качества среды обитания и осуществления мер по защите экосистем от химического загрязнения солесодержащими смесями чрезвычайно важно иметь представление о том, насколько солёность может превысить фоновые концентрации в среде, не оказав негативного воздействия на биоту. В настоящей работе исследовалось влияние противогололёдного реагента на живые организмы с помощью нескольких контактных биотестов на основе растительных и животных тест-объектов (лук репчатый A. сера, ветвистоусый рачок M. macrocopa). Угнетающее действие реагента оценивалось на уровне организма (выживаемость и параметры жизненного цикла рачков, ростовые параметры лука) и клеточном уровне (митотический индекс).

Концентрации смеси, при которых наблюдалось 50% угнетение роста корней лука (EC50) и 50% смертность рачков (LC50), оказались достаточно близкими (табл. 1).

Таблица 1. Влияние растворов противогололёдной смеси на индикаторные параметры Allium-тест и острых тестов с Moina macrocopa

Примечание. df - число степеней свободы. Параметры логистической функции: b - угол наклона, d - верхнее предельное значение показателя теста, EC50, LC50 - концентрация смеси, при которой происходит снижение значения показателя теста на 50% по сравнению с верхним предельным значением.

Дозовые зависимости средней длины лука и выживаемости рачков отличались скоростью реакции на увеличение концентрации растворенной смеси (рис. 1). Для индикаторных показателей лука наблюдалось относительно равномерное снижение показателя по мере увеличения концентрации (рис. 1, a). Выживаемость рачков резко снижалась при достижении пороговой концентрации смеси 4 г/л (рис. 1, b). Полное ингибирование роста корней лука наблюдалось при концентрации смеси 20 г/л, тогда как гибель всех тестируемых животных в острых опытах происходила при концентрации 8 г/л.

Рис. 1. Регрессионные зависимости средней длины корня лука Allium cepa в Allium-тест (a) и выживаемости рачков Moina macrocopa в остром 48-часовом тесте (b) от концентрации противогололёдной смеси в растворе. Область, выделенная серым цветом вокруг регрессионной кривой, - границы 95% доверительного интервала

Хронический тест не показал значимого влияния растворов смеси в диапазоне концентраций от 0,3 до 5,0 г/л на выживаемость и плодовитость самок M. macrocopa. Удельная скорость ювенильного роста рачков статистически значимо (р < 0,05) отличалась от контроля только при концентрации смеси в растворе 5,0 г/л. Полная гибель животных наблюдалась на вторые сутки эксперимента при концентрации смеси в растворе 6,0 г/л и выше (табл. 2).

Таблица 2. Влияние растворов противогололёдной смеси на параметры жизненного цикла Moina macrocopa

Примечание. L - продолжительность жизни, сутки; j - удельная скорость роста ювенильных самок, 1/сутки; F - плодовитость, потомков/самку; *p < 0,001, **p = 0,038.

В работе зафиксированы схожие по величине концентрации солесодержащей смеси в растворе, при которых наблюдаются угнетение роста корней лука и снижение выживаемости рачков. Эти величины в целом соответствуют величине критической солености 5-8%о, при превышении которой происходят качественные изменения во внешней и внутренней среде организмов [25].

Как и большинство часто используемых химических средств для борьбы со льдом на дорогах, солесодержащая смесь «Бионорд» содержит большое количество (около 85% от общей массы) хлоридов натрия и кальция [3]. Механизм действия растворов солесодержащей смеси на живые организмы может быть связан как с непосредственным действием солей, так и других примесей, которые входят в её состав.

Литературные данные по влиянию хлорида натрия наM. macrocopa показывают, что параметры жизненного цикла представителей этого вида [26] и скорость роста популяции [22] практически не изменяются в диапазоне концентраций соли от 0 до 4,0-4,5 г/л. В настоящем исследовании параметры жизненного цикла не снижались при воздействии концентраций модельной смеси до 5,0 г/л, что с учётом массовой доли хлоридов натрия и кальция дает схожие оценки.

Удельная электропроводность - интегральный показатель, который позволяет оценить количество растворенных в воде катионов и анионов и указывает на условия, к которым должна приспособиться система осмотической регуляции пресноводных организмов. Сравнение полученных в работе полулетальных концентраций используемой смеси с литературными данными по влиянию хлорида натрия на выживаемость рачка Daphnia magna показывает сопоставимые значения концентраций и удельной электропроводности растворов. Так, LC50 для NaCl в острых 48-часовых тестах на D. magna составляла 5,5 и 6,6 г/л, а соответствующие этим концентрациям электропроводности - 9,8 и 10,0 мС/см [23, 27]. В проведённой работе значению LC50 5,1 г/л в остром 48-часовом тесте соответствует электропроводность 8,2 мС/см. Можно предположить, что негативный эффект растворов солесодержащей смеси, протестированной в экспериментах, в первую очередь связан с действием входящих в её состав хлористых солей и может оцениваться по величине электропроводности раствора. Если бы в её состав входили токсичные вещества, действующие в низких концентрациях, следовало бы ожидать проявления негативных эффектов при более низких концентрациях или значениях электропроводности, не совпадающих с литературными данными по воздействию солей хлора на пресноводные организмы.

На основании результатов экспериментов и нормативов применения смеси «Бионорд» можно оценить опасность загрязнения пресных вод этим реагентом. Рекомендованная норма расхода смеси, в зависимости от погодных условий, составляет 40-65 г/м2 [21]. В качестве наихудшего сценария рассмотрим случай, когда при отсутствии своевременной уборки обработанной поверхности, регламентированной правилами использования [20, 21], смесь вместе со сточными водами попадёт в водоём. В такой ситуации, основываясь на полученных в работе значениях LC50 для выживаемости пресноводного ветвистоусого рачка (5,1 г/л) и EC50 для угнетения роста корней лука (5,2 г/л), сток с 1 м2 обработанной поверхности может привести к загрязнению 8-13 л пресной воды. В реальной ситуации степень загрязнения антигололёдными смесями окружающей среды зависит от режима уборки и характеристики обрабатываемых территорий, климатических и других факторов [8]. Поэтому для конкретной местности или ситуации оценка уровня потенциального загрязнения требует детального исследования.

При оценке концентраций растворов солесодержащей смеси, которые оказывают негативное воздействие на ветвистоусых ракообразных и репчатый лук, показано статистически значимое (р<0,05) влияние на выживаемость рачка M. macrocopa и ингибирование роста корней лука A. сера при концентрациях смеси, близких к уровню критической солености для биологических объектов (5-8%о). При этом последствия химического загрязнения поверхностных и подземных вод необходимо рассматривать в долгосрочной перспективе. Тенденцию постепенного накопления хлоридов в водных экосистемах, расположенных вблизи территорий, где в течение продолжительного периода времени применялись солесодержащие антигололёдные средства, подтверждают многочисленные исследования [1-3, 8, 28, 29]. Более того, в литературе приведены данные о достаточно высоких концентрациях солей в пробах воды из природных источников во время стока дорожных солей. Например, концентрация солей в пробах, отобранных из ручьев в районе города Милуоки (США) достигала 10 г/л [30]. Также следует отметить работы исследователей, продемонстрировавших негативное влияние дорожных солей на структуру пищевых сетей и взаимоотношения водных организмов даже при относительно низком уровне химического загрязнения [1, 3, 4].

Заключение

антропогенный антигололёдный реагент водный

Таким образом, проведена оценка полулетальных (LC50) концентраций противогололедной солесодержащей смеси «Бионорд» в острых 24- и 48-часовых опытах на ветвистоусых рачках M. macrocopa (5,8 и 5,1 г/л соответственно). С применением Allium-тест оценены полуэффективные (EC50) концентрации противогололёдной смеси для угнетения показателей роста корней лука (6,3; 5,2 и 10,4 г/л для средней и суммарной длин и пролиферативной активности соответственно).