Ecological and toxicological assessment of the effect of trifluralin on Paramecium caudatum

Full Text

Введение Гербициды используются в сельском хозяйстве для уничтожения сорной растительности [1]. Основными источниками попадания гербицидов в водные объекты являются сельскохозяйственные угодья, где они используются для защиты культур от сорных видов. С дождевыми и талыми водами гербициды переносятся в реки, озера и водохранилища [2]. Многие исследования подтверждают опасность гербицидов для водных экосистем [3; 4]. Стойкие гербициды способны накапливаться в организмах и передаваться по пищевой цепи, достигая высших трофических уровней [5]. Действующее вещество гербицида Анонс к.э. (концентрат эмульсии) - трифлуралин [6]. Трифлуралин - это селективный довсходовый динитроанилиновый гербицид, который широко используется для борьбы с однолетними злаковыми и широколиственными сорняками в полевых культурах, обладает высокой летучестью [7; 8]. Paramecium caudatum - одноклеточное ресничное простейшее, обитающее в пресноводных водоемах, легко культивируется в лабораторных условиях. Инфузории (Paramecium caudatum) широко используются при оценке токсичности химических веществ [9]. При исследовании воздействия гербицидного препарата Глайсель на инфузорий выявлено, что гербициды вызывают окислительный стресс и ингибирование резистентности у инфузорий, также наблюдались поведенческие изменения, такие как быстрое опорожнение пищевых вакуолей и потеря подвижности [10]. Несмотря на то, что действующее вещество многих гербицидных препаратов - диурон (токсичен для инфузорий только в высоких концентрациях), этот препарат в низких концентрациях может взаимодействовать с карбофураном и повышать его токсичность для инфузорий [11]. Доказано, что сульфонилмочевинные гербициды подавляют рост инфузорий [12]. Тем не менее бис-(2-этилгексил) фталат, дихромат калия, 2,4-дихлорфеноксиуксусная кислота и паракват стимулируют рост данных организмов [13]. Проведенный эксперимент позволил оценить токсикологическое воздействие трифлуралина на простейших и установить критические уровни загрязнения, что является основой для прогнозирования экологических последствий применения данного гербицида. Цель исследования - эколого-токсикологическая оценка воздействия трифлуралина на инфузорию Paramecium caudatum. Материалы и методы Для изучения влияния препарата на выживаемость и размножение простейших в качестве тест-объекта использовали инфузорию-туфельку. Выбор данного вида обусловлен его высокой чувствительностью к токсическим веществам, быстрым темпом размножения, простотой культивирования в лабораторных условиях и статусом классического модельного объекта в экoлого-токсикологических и гидробиологических исследованиях. Клеточная мембрана инфузории напрямую контактирует с окружающей средой, делая ее чрезвычайно чувствительной к малейшим изменениям химического состава воды и наличию токсикантов. Инфузория-туфелька упрощает исследование физиологических процессов и эффектов от таких загрязнителей, как минеральное масло, пестициды, металлы и др. [14]. В лаборатории центра «Аквакультуры» МГУТУ им. К.Г. Разумовского нами проводились опыты в течение 5 сут., что соответствует нескольким генерационным циклам инфузорий и позволяет оценить как кратковременные летальные эффекты (выживаемость), так и долговременное воздействие на популяцию (размножение). Все эксперименты были поставлены в 3-кратной повторности для обеспечения статистической достоверности получаемых результатов и минимизации влияния случайных погрешностей. Исследованию подвергались растворы действующего вещества гербицида Анонс к.э. - трифлуралина, гербицида из класса динитроанилинов, широко применяемого в сельском хозяйстве. Были протестированы следующие концентрации: 1,0; 2,5; 5,0; 10,0 и 25,0 мг/л. В качестве контрольной группы использовались культуры инфузорий, помещенные в стандартную питательную среду без добавления токсиканта. Условия содержания тест-культур (температура, освещенность, аэрация, исходная плотность посадки организмов) стандартизированы и поддерживались постоянными на протяжении всего эксперимента[12]. Ежедневно нами проводился отбор проб и подсчет количества особей в каждой повторности с помощью микроскопа. Регистрировались следующие показатели: выживаемость (%), скорость роста популяции и средняя плотность популяции. Полученный цифровой материал проанализирован с использованием методов вариационной статистики. Для оценки достоверности различий между опытными и контрольными группами применялся t-критерий Стьюдента для независимых выборок. Уровень статистической значимости различий принимался при P < 0,05. На основании анализа установлены недействующая и пороговая концентрации. Результаты Результаты исследований по изучению токсического влияния гербицида Анонс к.э. на простейших представлены в таблице. Динамика численности (%) инфузорий Paramecium caudatum в растворах с различными концентрациями гербицида Анонс к. э., экспозиция 5 суток Экспозиция, дни 1 2 4 5 * M + m ** tst % M + m tst % M + m tst % M + m tst % Контроль 10,0 + 0,50 - 100 12,0 + 0,84 - 100 12,0 + 0,84 - 100 12,0 + 0,84 - 100 1,0 10,0 + 0,50 - 100 12,0 + 0,84 - 100 12,0 + 0,84 - 100 12,0 + 0,84 - 100 2,5 8,0 + 0,50 3,10 80 8,8 + 0,78 4,12 73 6,4 + 0,87 4,92 53 6,4 + 0,87 6,31 50 5,0 8,3 + 0,45 2,80 83 8,1 + 0,72 4,42 67 5,7 + 0,84 7,40 47 5,7 + 0,84 7,40 47 10,0 8,0 + 0,50 3,10 80 7,2 + 0,65 4,89 60 3,3 + 0,80 12,8 27 3,3 + 0,80 12,8 27 25,0 3,3 + 0,58 6,41 33 3,2 + 0,40 8,80 27 1,2 + 0,06 26,9 10 0 + 0,00 - 0 Примечание: * M + m - средняя численность (экз.) и отклонение от средней; ** tst - достоверное отклонение от контроля (tst = 2,78, при Р <0,05). Источник: составлено О.Д. Калюжной. Dynamics of the number (%) of Paramecium caudatum infusoria in solutions with different concentrations of herbicide Announcement c. e., exposure for 5 days Exposure, day 1 2 4 5 * M + m ** tst % M + m tst % M + m tst % M + m tst % Control 10.0 + 0.50 - 100 12.0 + 0.84 - 100 12.0 + 0.84 - 100 12.0 + 0.84 - 100 1.0 10.0 + 0.50 - 100 12.0 + 0.84 - 100 12.0 + 0.84 - 100 12.0 + 0.84 - 100 2.5 8.0 + 0.50 3.10 80 8.8 + 0.78 4.12 73 6.4 + 0.87 4.92 53 6.4 + 0.87 6.31 50 5.0 8.3 + 0.45 2.80 83 8.1 + 0.72 4.42 67 5.7 + 0.84 7.40 47 5.7 + 0.84 7.40 47 10.0 8.0 + 0.50 3.10 80 7.2 + 0.65 4.89 60 3.3 + 0.80 12.8 27 3.3 + 0.80 12.8 27 25.0 3.3 + 0.58 6.41 33 3.2 + 0.40 8.80 27 1.2 + 0.06 26.9 10 0 + 0.00 - 0 Note: *M+m average number (individuals) and deviation from the average; ** tst is a significant deviation from the control (tst = 2,78, at P <0,05). Source: compiled by O.D. Kalyuzhnaya. Данные, представленные в таблице, свидетельствуют о том, что статистически достоверные (P < 0,05) отклонения от контроля по показателю численности популяции с первых по пятые сутки эксперимента зарегистрированы в растворах трифлуралина с концентрациями 2,5-25,0 мг/л. Степень угнетения популяции носила выраженный дозозависимый характер, варьируя от 20 % при минимальной концентрации в данном ряду (2,5 мг/л) до практически полного подавления роста культуры (100 %) при концентрации 25,0 мг/л. В первые 24-48 ч в вариантах с высокими концентрациями (10,0 и 25,0 мг/л) мы наблюдали эффект острой токсичности, выражавшийся в гибели части исходной популяции и резком снижении подвижности особей. На 3-5-е сутки действие препарата проявилось в подавлении репродуктивной функции: у выживших инфузорий было заторможено деление, что и привело к значительному отставанию в росте численности по сравнению с контролем. Это указывает на то, что трифлуралин оказывает не только летальное, но и мощное цитостатическое действие. В растворе с концентрацией препарата 1,0 мг/л численность парамеций на всех этапах наблюдения статистически не отличалась от контрольного варианта. Кривые роста популяции были практически идентичны, что указывает как на отсутствие негативного влияния на выживаемость, так и на репродуктивные способности инфузорий. Тем не менее в исследовании воздействия трифлуралина на Paramecium tetraurelia замечено подавление роста клеточной культуры (при тестировании в течение 24 ч) в относительно низких концентрациях без ущерба для жизнеспособности клеток [15]. Трифлуралин очень плохо растворяется в воде (0,22 мг/л при 20 °C) и обладает высокой летучестью (давление паров 6,7 мПа при 20 °C), но гербицид подвергается биологическому разложению [16]. Плохая растворимость в воде может вести к долгосрочному воздействую трифлуралина в водной среде. Заключение Полученные результаты позволяют предположить, что механизм токсического воздействия трифлуралина на простейших может быть связан с нарушением функций клеточного деления, что согласуется с его известным механизмом действия - ингибирование деления клеток у растений. На основании установленного порога статистической достоверности воздействия пороговой концентрацией для жизнедеятельности Paramecium caudatum в условиях данного эксперимента является концентрация гербицида Анонс к.э. - 2,5 мг/л. Недействующей концентрацией, то есть максимальной концентрацией, не оказывающей статистически значимого эффекта, признана концентрация 1,0 мг/л.

About the authors

Olga D. Kalyuzhnaya

RUDN University

Author for correspondence.
Email: 1142240104@pfur.ru
ORCID iD: 0009-0008-1615-3665
SPIN-code: 8329-6999

Postgraduate Student of the Department of Environmental Management, Institute of Environmental Engineering

8/5 Podolskoe shosse, Moscow, 115093, Russian Federation

Galina V. Polynova

RUDN University

Email: polynova-gv@rudn.ru
ORCID iD: 0000-0003-0217-5771
SPIN-code: 5257-1556
Scopus Author ID: 55948416400

PhD of Biological Science, Associate Professor, Department of Environmental Management, Institute of Environmental Engineering

8/5 Podolskoe shosse, Moscow, 115093, Russian Federation

References

Supplementary files