Scientific journal
Fundamental research
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,749

SENSITIVITY DAPHNIA MAGNA TO ACTION PESTICIDES BIOGENIC IN VIVO

Kulagina К.V. 1 Korovina E.V. 1 Shrol O.Y. 1 Panteleev S.V. 1
1 Ulyanovsk state university, Ulyanovsk
The research of the toxicity of modern biogenic pesticides «Lepidoсid» (active substance is crystal bacterium Bacillus thuringiensis var. Kurstaki), «Fitosporin-M (active substance is living cells and spores of the natural bacterial culture of Bacillus subtilis) and «Fitoverm» (active substance is concentrate of aversektin C) for modeling test-object of aqua toxicology Daphnia magna by bioassay method. Determination of toxicmetric indicators using probit analysis allowed to make their comparative characteristics by the dimensionless coefficients of the lethal and safe dilution.
toxicity
biological preparations
Daphnia magna

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).

pic

Рис. 1. Зависимость параметра гибели особей Daphnia magna от концентрации препарата «Лепидоцид». Каждая точка на графике получена путем регистрации эффектов, полученных у 50 особей

pic

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.

pic

Рис. 3. Зависимость параметра гибели особей Daphnia magna от концентрации препарата «Фитоверм»

pic

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.

pic

Рис. 5. Зависимость параметра гибели особей Daphnia magna от концентрации препарата «Фитоспорин-М»

pic

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.