Применяемые на сегодняшний день биологические препараты производятся преимущественно на основе целых микроорганизмов и содержат помимо действующего начала примесь спор, вегетативных клеток и токсинов [2].
«Лепидоцид» представляет собой биологический инсектицидный препарат кишечного действия, действующей основой которого является кристаллообразующая бактерия Bacillus thuringiensis var. kurstaki, активный ингредиент - бактериальные споры и белковые кристаллы (дельта-эндотоксин).
«Фитоспорин-М» - бактериальный препарат нового поколения, используемый для защиты растений от бактериальных и грибных болезней, действующим веществом являются живые клетки и споры природной бактериальной культуры Bacillus subtilis.
«Фитоверм» представляет собой 0,2 %-й эмульгирующийся концентрат аверсектина С, который является природной смесью авермектинов, соединений макролидной природы, продуцируемые почвенными микроорганизмами Streptomyces avermectilis.
Материалы и методы исследования
Биопрепараты исследовали в опытах острой летальной токсичности с Daphnia magna по общепринятой методике водной токсикологии биотестирования [3]. Для опытов использовали молодь рачков, непосредственно вышедших от материнской особи как наиболее чувствительную стадию развития и при необходимости двухдневных особей. Эксперимент проводили на отстоянной воде, жесткость 5,57 ± 0,02 мг экв/дм3, pH 7,49 ± 0,02, содержание кислорода 9,2 ± 0,1 мг/дм3 (перед проведением опытов отстоянную воду процеживали и насыщали воздухом с помощью аквариумного микрокомпрессора). Все исследования осуществлялись в температурном диапазоне 20 ± 2 °С.
При определении острой токсичности исследуемых пестицидов для Daphnia magna был использован метод пробит-анализа, позволяющий рассчитывать основные токсикометрические характеристики токсикантов по проценту гибели (показателю выживаемости) тест-организмов.
Результаты исследования и их обсуждение
Частота возникновения определенного эффекта Daphnia magna в ответ на воздействие пестицидов представлена на графиках «концентрация-эффект». При преобразовании зависимости в «логарифм концентрации - эффект» график представляет собой S-образную кривую log-нормального распределения, симметричную относительно средней точки. Данная зависимость может быть преобразована в линейную путем ее построения в координатах log - пробит (концентрация токсиканта представляется в логарифмах, выраженность ответной реакции - в пробитах).
На рис. 1 представлена кумулята гибели Daphnia magna при разной концентрации биологического препарата «Лепидоцид» по истечении острых 96-часовых опытов.
При концентрации 3 г/л биологического препарата у новорожденных особей Daphnia magna 100 %-я иммобилизация наступала через 72 часа. В течение данной экспозиции особи не могли подняться в толщу растворов, хотя были довольно активны. Наблюдалось нарушение координации движения. При концентрации препарата 2 г/л обездвиживание новорожденных особей Daphnia magna наблюдалось через 96 часов. Пробит-анализ кривых летальности показал, что медианная концентрация препарата по результатам 96-часовых опытов составляет 0,477 ± 0,228 г/л (диапазон 0,083-1,079 г/л). Пробит-анализ позволяет расчетным методом определить токсикологические характеристики пестицидов, отражающие колебания индивидуальной чувствительности тест-организмов (рис. 2).
Рис. 1. Зависимость параметра гибели особей Daphnia magna от концентрации препарата «Лепидоцид». Каждая точка на графике получена путем регистрации эффектов, полученных у 50 особей
Рис. 2. Зависимость «пробит эффекта - логарифм концентрации» п.ф. пестицида «Лепидоцид» для Daphnia magna в остром опыте, уровень значимости 0,05
В промежутке концентраций 0,1-0,01 г/л
не отмечено острого токсического действия биопрепарата на новорожденных особей Daphnia magna.
Оценка степени токсичности пестицидов произведена путем установления верхней и нижней границ диапазона их токсического действия, т.е. испытывались концентрации, приводящие к гибели 100 % особей Daphnia magna (LC100), а также концентрации, не вызывающие иммобилизацию ни одного тест-организма в опытной группе (LC0).
В табл. 1 приведены значения витальных, летальных и медианных концентраций биологического препарата «Лепидоцид» для молоди Daphnia magna. Данные показатели используются в сравнительно-токсикологических экспериментах для расшифровки механизмов действия токсических веществ и экстраполирования полученных данных на природные популяции подопытных организмов [1].
Результаты исследований острой токсичности пестицида «Фитоверм» показали, что при рабочей концентрации 2 мл/л 100 %-я иммобилизация Daphnia magna наступала через 48-52 часа. В течение данной экспозиции особи не поднимались в толщу растворов, находились на дне сосудов. При концентрации препарата 1 мл/л 100 %-я смертность особей Daphnia magna наступала через 72 часа.
На рис. 3 представлена кумулята гибели Daphnia magna при разной концентрации биологического препарата «Фитоверм» по истечении острых 96-часовых опытов.
Таблица 1
Показатели острой токсичности препарата «Лепидоцид» для молоди
Daphnia magna, г/л
|
Экспозиция, часы |
LC0 |
LC16 |
LC84 |
LC50 |
LC100 |
|
24 |
<0,01 |
1,40 |
2,72 |
2,0 |
≥ 3,0 |
|
48 |
<0,01 |
0,98 |
2,46 |
1,35 |
≥ 3,0 |
|
72 |
<0,01 |
0,68 |
1,88 |
1,0 |
≥ 2,0 |
|
96 |
<0,01 |
0,15 |
1,48 |
0,477 |
1,98 |
Согласно пробит-анализу кривых летальности (рис. 4) медианная концентрация препарата по результатам 96-часовых опытов составляет 0,0004 ± 0,0011 мл/л (максимальное значение может достигать 0,0039 мл/л). Концентрацию 0,000001 мл/л можно отнести к витальной, не вызывающей нарушения жизнедеятельности Daphnia magna на протяжении опыта.
В табл. 2 приведены значения витальных, летальных и медианных концентраций биологического препарата «Фитоверм» для молоди Daphnia magna.
Отмечено, что LC50 препарата самая высокая через 24 часа экспозиции, при таких концентрациях особи находились на дне сосудов в сильно угнетенном состоянии. С удлинением длительности воздействия токсического фактора LC100 и LC50 значительно снижались.
Рис. 3. Зависимость параметра гибели особей Daphnia magna от концентрации препарата «Фитоверм»
Рис. 4. Зависимость «пробит эффекта - логарифм концентрации» п.ф. пестицида «Фитоверм» для Daphnia magna в остром опыте, уровень значимости 0,05
Таблица 2
Показатели острой токсичности препарата «Фитоверм» для молоди
Daphnia magna, мл/л
|
Экспозиция, часы |
LC0 |
LC16 |
LC84 |
LC50 |
LC100 |
|
24 |
< 0,00001 |
> 10-5 |
1,6 |
1,25 |
≥ 2,0 |
|
48 |
< 0,00001 |
> 10-6 |
0,8 |
0,25 |
≥ 1,0 |
|
72 |
< 0,00001 |
> 10-7 |
0,25 |
0,001 |
≥ 1,0 |
|
96 |
< 0,00001 |
2,74∙10-7 |
0,056 |
0,0004 |
0,084 |
Исследования биологического препарата «Фитоспорин-М» показали, что он является менее токсичным для Daphnia magna по сравнению с пиретроидной группой. При рабочей концентрации 3 г/л наблюдалась 100 %-я иммобилизация особей по истечении 96 часов в 5 опытах. При концентрации 2 г/л изредка отмечалось судорожное подергивание антенн и кауды, во всех 5 повторностях смертность не достигала 100 %. Начиная от концентрации 1 г/л, острый токсический эффект отсутствовал.
На рис. 5 представлена кумулята гибели Daphnia magna при разной концентрации биопрепарата «Фитоспорин-М» по истечении острых 96-часовых опытов.
Согласно пробит-анализу кривых летальности (рис. 6), медианная концентрация препарата по результатам 96-часовых опытов составляет 0,531 ± 0,217 г/л (диапазон колебаний от 0,128 до 1,163 г/л). Концентрация 0,01 г/л не вызывает каких-либо нарушений жизнедеятельности Daphnia magna на протяжении опыта и является витальной.
В табл. 3 приведены значения витальных, летальных и медианных концентраций биологического препарата «Фитоспорин-М» для молоди Daphnia magna.
Рис. 5. Зависимость параметра гибели особей Daphnia magna от концентрации препарата «Фитоспорин-М»
Рис. 6. Зависимость «пробит эффекта - логарифм концентрации» п.ф. пестицида «Фитоспорин-М» для Daphnia magna в остром опыте, уровень значимости 0,05
Таблица 3
Показатели острой токсичности биологического препарата «Фитоспорин-М»
для молоди Daphnia magna
|
Экспозиция, часы |
LC0 |
LC16 |
LC84 |
LC50 |
LC100 |
|
24 |
< 0,01 |
1,0 |
3,4 |
3,0 |
≥ 3,50 |
|
48 |
< 0,01 |
0,7 |
2,85 |
2,5 |
≥ 3,0 |
|
72 |
< 0,01 |
0,5 |
2,2 |
1,15 |
≥ 2,75 |
|
96 |
< 0,01 |
0,15 |
1,84 |
0,531 |
2,50 |
Анализ зависимости «концентрация - эффект» показал наличие на всех графиках участков замедления роста функции, указанные пунктирной линией. В данном случае, имея градацию концентраций, различающихся на несколько порядков, можно сделать вывод о наличии кумулятивного эффекта, который впоследствии служит предпосылкой нарушения физиологических процессов.
Для сравнительной эколого-токсикологической характеристики исследуемых пестицидов графическим методом определены безразмерные показатели средней летальной кратности разбавления (ЛКР50-96) и безвредной кратности разбавления (БКР10-96). Данные значения указывают, во сколько раз разбавлен исследуемый раствор пестицида, способный вызвать гибель 50 или 10 % тест-объекта соответственно. Данные представлены в сводной табл. 4.
Таблица 4
Показатели ЛКР50-96 и БКР10-96
для исследуемых пестицидов
|
Наименование препарата |
ЛКР50-96 |
БКР10-96 |
|
«Лепидоцид» |
6,28 |
19,63 |
|
«Фитоверм» |
0,5∙104 |
0,72∙106 |
|
«Фитоспорин-М» |
5,64 |
19,50 |
По безразмерным величинам разбавления ЛКР50-96 и БКР10-96 можно сделать вывод о степени токсичности исследуемых пестицидов, используя следующую схему (от менее токсичного к более): «Фитоспорин-М» < «Лепидоцид» < «Фитоверм».
Приведенные токсикометрические показатели свидетельствуют о том, что Daphnia magna обладает невысокой устойчивостью к биологическому препарату «Фитоверм». Тест-объект оказался более устойчив к микробиологическим препаратам «Фитоспорин-М» на основе Bacillus subtilis и «Лепидоцид» на основе Bacillus thuringiensis.
Анализ полученных материалов позволяет провести градацию по степени устойчивости Daphnia magna к исследованным пестицидам (по показателю LC100, диапазон - от экспериментально установленной до рекомендуемой рабочей концентрации), представленной следующей схемой: «Фитоверм» (≥ 2,0-0,8 мл/л) → «Лепидоцид» (≥ 3,0-1,98 г/л) → «Фитоспорин-М» (≥ 3,5-2,5 г/л). Полученные данные свидетельствуют о недопустимости применения рекомендуемых производителем концентраций препаративных форм пестицида «Фитоверм» вблизи расположения водных экосистем.
Рецензенты:
Красноперова Ю.Ю., д.б.н., профессор, и.о. зав. кафедрой ботаники ФГБОУ ВПО «Ульяновский государственный педагогический университет им. И.Н. Ульянова», г. Ульяновск;
Васильев Д.А., д.б.н., профессор, зав. кафедрой микробиологии, вирусологии, эпизоотологии и ветеринарно-санитарной экспертизы ФГОУ ВПО «Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия», г. Ульяновск.
Работа поступила в редакцию 19.07.2011.