Хроническая токсичность имидазолинонового гербицида Имазетапир для пресноводных организмов разных систематических групп

В статье представлены материалы по воздействию на гидробионтов гербицида Имазетапир. Исследовано хроническое токсическое действие имидазолинонового гербицида в диапазоне концентраций 0,4 — 1150 мг/л на представителей различных групп гидробионтов: зообентоса — катушка роговая (Planorbarius corneus), зоопланктона — дафния (Daphnia magna Straus), фитопланктона — протококковая водоросль (Scenedesmus guadrigauda) и макрофитов — высшая водная растительность (Elodea canadensis Michx). Показано, что гербицид не обладает выраженным летальным действием для исследованных гидробионтов. Значения ЛК50 для них составляют >1000, 680, 510 и 910, соответственно. К его сублетальному действию наиболее чувствительны элодея (замедление роста боковых и основного побегов в концентрации 10 мг/л и выше), у дафний снижение плодовитости наблюдается в концентрации 300 мг/л и выше, у катушки сублетальные эффекты не выявлены во всем диапазоне исследованных концентраций Ключевые слова: ГЕРБИЦИДЫ, ИМАЗЕТАПИР, ТОКСИЧНОСТЬ, ВЫЖИВАЕМОСТЬ, ГИДРОБИОНТЫ, ЗООБЕНТОС, ЗООПЛАНКТОН, ФИТОПЛАНКТОН, МАКРОФИТЫ Пестициды — одна из групп соединений, которые человек в последнее время всё шире применяет в сельскохозяйственных целях.

Ассортимент препаратов, применяемых в качестве пестицидов в разных странах, непрерывно совершенствуется. Токсичные и персистентные вещества заменяются более безопасными и менее стойкими. В настоящее время создаются пестициды новых поколений [4,14]. Важным является изучение поведения таких современных пестицидов в водных экосистемах. Последнее вызвано тем, что гидробионты, вследствие определенных физико-химических особенностей самой среды обитания и процессов их взаимодействия с этой средой, оказываются в большинстве случаев наиболее чувствительными к антропогенному загрязнению экосистем[2,1].

К новому современному классу пестицидов относятся имидазолиноновые гербициды. Они были синтезированы в 1970 году и относятся к пестицидам будущего [15]. Представителем класса имидазолинонов является Имазетапир. На основе Имазетапира создано несколько препаративных форм (Фабиан, Тапир, Пивот). Механизм действия Имазетапира основан на ингибировании синтеза ацетолактатсинтазы — фермента, ответственного за синтез аминокислот с разветвленной боковой цепью (валина, лейцина, изолейцина). Гербицидное действие выражается в подавлении процессов деления и роста клеток меристем. Как следствие, первыми симптомами проявления активности препарата является резкое замедление роста растений. Листья наиболее чувствительных из них становятся хлоротичными в течение 1−3 недель после обработки, точки роста последовательно отмирают и сорняки погибают[10].

Поскольку гербициды класса имидазолинонов блокируют ферменты растений, отличающие от ферментов животных, поэтому предполагается, что они должны быть практически нетоксичны для последних. Тем не менее, экспериментальные данные свидетельствуют, что новые химические классы пестицидов являются высокотоксичными для тех или иных групп гидробионтов [13]. гербицид имазетапир токсический гидробионт Цель исследований — изучение хронической токсичности Имазетапира для пресноводных организмов разных систематических групп: зообентоса, зоопланктона, фитопланктона, а также макрофитов.

Материалы и методика исследования. Объектами исследования являлись следующие водные организмы: брюхоногие моллюски — катушка роговая (Planorbarius corneus); зоопланктонные организмы — дафния (Daphnia magna Straus); культура микроводорослей — протококковая водоросль (Scenedesmus guadrigauda); высшая водная растительность (Elodea canadensis Michx).

Опыты на дафниях и катушке роговой ставили в трех параллелях, суммарная величина выборок по каждой концентрации и контролю — 30 экз. Для исследований на моллюсках использовали половозрелых особей одного размера, веса и цвета раковины, активно передвигающихся и потребляющих корм. Регистрировали: выживаемость, прирост биомассы, плодовитость (число кладок, количество яиц в них, сроки выклева молоди). Диапазон исследованных концентраций — 100−1000 мг/л.

Для экспериментов на дафниях, использовали особей, начиная с третьего поколения, полученного в лаборатории. Основными показателями действия изучаемых веществ на дафний были выживаемость, общая плодовитость, интенсивность полового созревания, возрастной состав популяции, биомасса. Исследовалось количество и качество потомства в трех поколениях. Диапазон концентраций — 50−1150мг/л.

Для опытов на микроводорослях использовалась альгологически чистая стандартизированная культура сценедесмуса. Опыты ставили в трех повторностях с экспозицией 21 сут. Токсичность гербицида устанавливали по следующим показателям: визуальные наблюдения за состоянием культуры, изменение численности клеток водорослей, определение живых и мертвых клеток методом окрашивания метиленовым синим. Диапазон — 0,4 мг/л-1000 мг/л.

Для исследований на макрофитах брали верхушки зеленых неповрежденных побегов элодеи длиной 5 см. Эксперименты ставили в трех повторностях (по 5 экз.). Оценивали: общее состояние растений (изменение окраски, повреждение и отмирание точек роста, потеря тургора); выживаемость и прирост основного побега; число и длина боковых отростков. Диапазон исследованных концентраций — 2−1000 мг/л.

В исследованиях использовался химически чистый продукт (д.в.), производства фирмы «Цзянсу Институт оф Экомонес Ко., Лтд», Китай. Химическое название вещества по IUPAC: (RS)-5-этил-2-(4-изопропил-4-метил-5-оксо-2-имидазолин-2-ил) никотиновая кислота. В связи высокой стабильностью вещества (ДТ₅₀ = 9,6 месяцев) [10], смена токсических растворов не проводилась. Все опытные концентрации препарата Имазетапир готовились в пределах его растворимости (1,4 г/л при 25⁰С) [10]. Все исследования на гидробионтах проводили на фоне контроля, который ставили в аналогичных опыту условиях, но без внесения токсиканта.

Полученные в экспериментах результаты подвергали статистической обработки [6], используя t-критерий Стъюдента для малых выборок и оценивая резко отклоняющиеся варианты по критерию Шовене [5].

Различия между двумя выборками считали достоверными при р < 0,05.

Результаты и обсуждения. Исследования выживаемости тест-объектов в хроническом эксперименте были рассчитаны токсикометрические параметры. Наименее устойчива к действию Имазетапира культура микроводорослей (Таблица 1).

Таблица 1.

Значения летальных концентраций (ЛК) при действии Имазетапира на гидробионты.

Фитопланктон — первичное звено в трофической цепи водоемов, быстро реагирующее на любые внешние воздействия, которое определяет состояние и продуктивность водных экосистем [7].

Наиболее характерными показателями жизнедеятельности микроводорослей является визуальные наблюдения за состоянием культуры и динамика численности микроводорослей. В растворе с концентрацией препарата 0,4 мг/л численность микроводорослей была в норме. Визуальных и морфологических изменений в состоянии культуры микроводорослей также не было. При концентрациях гербицида 2 и 10 мг/л наблюдалось достоверное превышение контрольных показателей на 3, 6, 21 сутки опыта (отклонения не превышало 25%) и на 3, 6, 9, 14, 21 (отклонения не превышало 44%), соответственно. Начиная с концентрации 250 мг/л, Имазетапир подавляет прирост культуры сценедесмуса, достоверно отклонение от контроля с 6 по 14 сутки опыта. С 9-х суток эксперимента, в этой же концентрации, цвет суспензии водорослей приобрел желтоватый оттенок, культура оседала на дне сосудов в виде хлопьев, появились морфологические отличия (распад ценобиев, зернистость цитоплазмы). В концентрациях токсиканта 500 и 1000 мг/л достоверно подавление роста микроводорослей на протяжении всего эксперимента. С 14-х суток появились морфологические изменения клеток (ценобии одноклеточные, цитоплазма свернута, часть клеток имеет неправильную форму), цвет культуры с 3-х суток имел желтый оттенок. Установлено, что по влиянию на численность клеток в культуре сценедесмуса недействующей является концентрация 0,4 мг/л, пороговой — 2 мг/л (Таблица 2).

Таблица 2.

Численность микроводорослей в различные сроки экспозиции при действии разных концентраций Имазетапира

Высшие пресноводные растения образуют основную фитомассу водоемов, являются основным звеном, создающим первичное органическое вещество и выделяющим кислород. Элодея — представитель погруженных растений, широко распространены в стоячих водоемах умеренной зоны [7].

В экспериментах на элодее хроническое действие гербицида проявлялось в изменении ростовых показателей растений. В концентрации 2 мг/л рост основного и боковых побегов элодеи в течение всего опыта не отличался от нормы. С увеличением концентрации состояние растений ухудшалось. Достоверное снижение прироста основного и боковых побегов наблюдалось в концентрациях 10 мг/л и выше на 20-е и 30-е сутки эксперимента. При воздействии Имазетапира на высшую водную растительность по изученным показателям недействующая концентрация 2 — мг/л, пороговая — 10 мг/л (Таблица 3).

Таблица 3.

Прирост основного и боковых побегов элодеи при воздействии различных концентраций Имазетапира в пересчете на одно растение в см.

Зоопланктонное сообщество один из важнейших компонентов водных экосистем и является индикатором их состояния, что определяется функцией зоопланктона — фильтрация взвеси и ее трансформация [8]. Планктонные ракообразные являются основными потребителями первичной продукции и в то же время пищевыми объектами для многих рыб [3].

Результаты исследований по влиянию гербицида на дафний, показали, что в концентрации 50 мг/л плодовитость дафний в исходном и последующих трех поколениях оставалась в норме. Достоверное снижение плодовитости дафний происходило в концентрации 300 мг/л. Этот показатель ниже контрольного ряда в исходном поколении на 29%, в первом, втором и третьем поколениях на 30%. С увеличением концентрации усиливалось негативное действие препарата, которое достигло своего максимального значения в третьем поколении, где плодовитость снизилась на 37−43% (Таблица 4).

Таблица 4.

Показатели плодовитости рачков (Daphnia magna Straus) в ряду поколений, выращенных в различных концентрациях Имазетапира.

Изучение возрастного состава популяции зоопланктеров при действии неблагоприятных факторов среды необходимо для прогнозирования колебаний численности организмов: снижение численности молоди является симптомом неблагополучия, тем более что для кладоцер характерны популяции с постоянным возрастным составом [12]. Возрастной состав и биомасса популяции дафний при воздействии гербицида показало, что численность молоди, взрослых самок и биомассы достоверно начала снижаться с концентрации 300 мг/л. Это все свидетельствовало о неблагоприятных условиях существования. В результате проведенных исследований гербицид оказывал небольшое токсикологическое воздействие на дафний. Пороговой по изученным показателям принята концентрация 300 мг/л, недействующей — 50 мг/л (Таблица 5).

Таблица 5.

Изменение возрастного состава и биомассы популяции дафний в различных концентрациях Имазетапира.

Брюхоногие моллюски играют важную роль в круговороте органического вещества в водных экосистемах и составляют основы питания многих бентосноядных организмов, так как накапливают органические и неорганические ксенобиотики [7].

Анализ результатов наблюдений показал, что даже в максимальной концентрации 1000 мг/л выживаемость, биомасса и способность моллюсков к воспроизводству соответствовали контролю, достоверных отклонений не наблюдалось. По всем изученным показателям концентрация 1000 мг/л была недействующей, пороговая — более 1000 мг/л.

Заключение

Результаты проведенных нами экспериментов показали, что Имазетапир не обладает выраженным хроническим летальным действием для исследованных гидробионтов. Наиболее чувствительны к хроническому сублетальному действию гербицида элодея (замедление ростовых показателей при концентрациях 10 мг/л и выше) и сценедесмус (увеличение численности культуры при концентрациях 10 мг/л и снижение при 250 мг/л и выше). У дафний снижение плодовитости наблюдаются при концентрациях 300 мг/л и выше. У катушки сублетальные эффекты не выявлены во всем диапазоне исследованных концентраций.

В настоящее время присутствие в водоемах пестицидов современных химических классов еще достаточно мало, чтобы оказывать стойкое негативное воздействие на морфофункциональное состояние гидробионтов, тем не менее, приведенные данные однозначно свидетельствуют о необходимости проведения систематических ежегодных мониторинговых наблюдений за содержанием имидазалиноновых гербицидов в воде рыбохозяйственных водоемов и их влиянием на гидробионтов для объективной оценки уровня экологического риска этих пестицидов для водных экосистем.

• 1. Брагинский Л. П. 1998. Принципы классификации и некоторые механизмы структурно-функциональных перестроек пресноводных экосистем в условиях антропогенного стресса // Гидробиология. Т. 34. № 6. С. 72−94.
• 2. Врочинский К. К., Мухопад Л. Н. 1988. Эколого-гигиенические аспекты миграции пестицидов в водоемах // Влияние биологически активных веществ на гидробионтов. Сб. научных трудов. Л., Вып. 287. С. 31−37.
• 3. Гиляров А. М. 1987. Динамика численности пресноводных планктонных ракообразных — М.: Наука, 189 с.
• 4. Грапов А. Ф. 1995. Пестициды: новые препараты, механизм действия, метаболизм (по материалам VIII Международного конгресса по химии пестицидов) // Агрохимия. № 3. С. 84−100.
• 5. Кокунин В. А. 1975. Статистическая обработка данных при малом числе опытов // Укр. биохим. Т.47. № 6. С. 776−777.
• 6. Лакин Г. Ф. 1980. Биометрия. М.: Высшая школа. 293 с.
• 7. Левина И. Л., Зинчук О. А., Щербакова Н. И., Федорова Е. А., Кузнецова Л. Я., Гумненкова Н. А., Карпушева Т. Н., Бессчетнова Л. М. 2013. Оценка синергического действия пестицидов современных химических классов, обнаруживаемых в водоемах Азовского бассейна, на промысловых рыб и их кормовую базу // Вопросы рыболовства. T.14.№ 4 (56). С. 843−855.
• 8. Лисицын А. П. 2004. Потоки осадочного вещества, природные фильтры и осадочные системы «живого океана» // Геология и геофизика. Т. 45. № 1. С. 15−48.
• 9. Материалы заявки на регистрацию гербицида Имазетапир, ВДГ фирмы «Цзянсу Институт оф Экомонес К., Лтд». 2005. 4 с.
• 10. Методические рекомендации по установлению эколого-рыбохозяйственных нормативов (ПДК и ОБУВ) загрязняющих веществ для воды, водных объектов, имеющих рыбохозяйственное значение 1998. М. ВНИРО. С. 38−78.
• 11. Прозоровский В. Б. 1962. Использование метода наименьших квадратов для пробит анализа кривых летальности // Фармакология и токсикология. № 1. С. 68−69.
• 12. Строганов Н. С. Колосова Л.В. 1971. Методики биологических исследований по водной токсикологии. М Наука. С. 210−215.
• 13. Федорова Е. А., Левина И. Л., Зинчук О. А. 2011. Сравнительная оценка токсичности фунгицидов новых поколений для дафний // Научный журнал КубГАУ. № 4(10). 8с. http://ej, kubagro, ru/2011/10/pdf/50,pdf.
• 14. Plimmer J.R. 1996. Analitical chemistry and the future of pesticides // Environmantial Science and Health. В.31(4). Р. 645−670.
• 15. The Imidazolinone herbicide 1991 // editors Dall L., Shaner and Susan L. OґConnor. CRc Press Boca Raton Ann Arbor Boston London. 290p.