Влияние биогенных металлов на жизнедеятельность Daphnia magna

Губина Тамара Ивановна, доктор химических наук, профессор кафедры экологии на территории России, являются низшие ракообразные Daphnia magna, которые относятся к отряду ветвистоусых. По характеру питания дафнии являются фильтраторами. Пища поступает с потоком воды, направленным грудными конечностями, через выросты – в брюшной желоб вдоль основания конечностей и ко рту рачка. Пропуская через свой организм воду, они задерживают находящиеся в ней бактерии, одноклеточные водоросли, детрит, растворенные органические вещества. Именно характер питания делает дафнии высокочувствительными к присутствию в водной среде токсичных веществ [2].

Цель данной работы : изучить влияние ионов биогенных металлов на жизнедеятельность Daphnia magna .

Материалы и методы. В качестве объектов исследования были взяты Daphnia magna Straus и Chlorella vulgaris Beijer . Культуру дафний выращивали в помещении, не содержащем токсических паров или газов. Оптимальная температура для культивирования дафний и биотестирования составляла 20±2°С, освещенность 400-600 лк при продолжительности светового дня 12-14 ч. Дафний кормили культурой зеленых водорослей Chlorella , выращенной в культиваторе КВ-05 на 50% питательной среде Тамия. Эксперименты проводились в растворах ацетатов Ni²⁺, Cu²⁺, Co²⁺, Zn²⁺ с концентрацией ионов металлов 5,0…0,03 мг/л, приготовленных на отстоянной водопроводной воде методом последовательного разведения.

Для определения токсичности вышеперечисленных растворов по смертности дафний в течение 96 ч и по плодовитости рачков в течение 21 суток была использована стандартная методика биотестирования водной среды [3].

Определение фильтрационной активности проводили методом, описанным в работе [4]. В растворы солей помещали по 5 рачков 6-8дневного возраста, оставляли их на сутки, корм не добавляли. Через сутки в пробы помещали водоросли Chlorella . На спектрофлуо-риметре «Флюорат-02-Панорама» измеряли интенсивность флуоресценции сред сразу после добавления водорослей и по прошествии 1 часа. Расчет фильтрационной активности D. magna (F) проводили по формуле:

F =

I ( I t / I o - I ф ) ^

nt

где V – общий объем пробы, мл; n – количество дафний в пробе, шт.; t – время опыта, час; I t /I o – коэффициент, соответствующий интенсивности флуоресценции в конечный (I t ) и начальный (I o ) момент опыта; F – объем воды, профильтрованный дафнией в единицу времени, мл/даф.час.

Математическую обработку полученных данных проводили с использованием компьютерной программы Microsoft Excel. Рассчитывали среднее арифметическое, доверительный интервал, стандартное отклонение. Статистическая достоверность всех представленных результатов оценивалась с использованием t-критерия Стьюдента и составляла 95%.

Результаты и обсуждение. Для оценки жизнеспособности дафний в присутствии ионов биогенных металлов в различных концентрациях нами определялись показатели смертности, плодовитости и фильтрационной активности. Данные по выживаемости рачков в растворах солей Ni²⁺, Cu²⁺, Co²⁺, Zn²⁺ различных концентраций представлены на рис. 1.

Для ацетата меди первые признаки отравления отмечались нами на вторые сутки эксперимента в растворах с концентрациями Cu2+ 0,03 и 0,075 мг/л. Полная гибель тест-объектов в этих растворах была зафиксирована на 15 сутки. Растворы ацетата Cu2+ с концентрациями 0,625, 0,3, 0,15 мг/л вызывали гибель дафний в течение 48 часов, с концентрациями 5, 2,5, 1,25 мг/л - 100%-ую гибель тест-объектов в течение 24 часов. Отмечено, что растворы ацетата цинка с концентрациями Zn2+от 0,03 до 0,625 мг/л не вызывают гибель тест-объектов. В растворах с концентрациями 1,25…5 мг/л на 4-е сутки эксперимента зафиксирована смертность дафний от 10 до 60%, соответственно. Похожие результаты получены для растворов ацетатов Ni2+ и Co2+ за исключением концентрации 5 мг/л, при которой гибель рачков наступила в течение 24 часов. Репродуктивная активность отмечена только у дафний, инкубированных в растворах ацетатов Ni2+ с концентрациями 0,03 и 0,075 мг/л и Co2+ -0,03…0,15 мг/л. Наибольшее количество родившейся молоди зафиксировано в растворах ацетата кобальта (рис. 2).

a)

b)

c)

d)

Рис. 1. Влияние ионов биогенных металлов на выживаемость дафний (4 сутки эксперимента) а) Cu²⁺, b) Zn²⁺, c) Ni²⁺, d) Co²⁺

Рис. 2. Влияние ионов металлов на рождаемость D. magna (на 21 сутки эксперимента)

Что касается фильтрационной активности дафний, она начинает уменьшаться в присутствии Cu2+, Zn2+, Co2+ в концентрации 0,03 мг/л, Ni2+ - в концентрации 0,075 мг/л (рис. 3). Наиболее резко фильтрационная активность дафний снижается в зависимости от концентрации ионов меди, при содержании Cu2+ 0,15 мг/л на 2-е сутки наблюдается гибель всех особей. Ионы Zn2+ значительно снижают (на 30 %) фильтрационную активность дафний при концентрации 1,25 мг/л, ионы никеля вызывают такой же эффект при концентрации 2,5 и 5 мг/л. Повышение концентрации Co2+ до 5 мг/л не приводит к заметному уменьшению фильтрационной активности дафний.

Рис. 3. Зависимость фильтрационной активности Daphnia magna от концентрации металлов

Выводы: результаты исследований позволяют заключить, что наибольшей токсичностью для планктонных фильтраторов обладают ионы меди. Уже в концентрации 0,03 мг/л они вызывают гибель рачков, снижают их репродуктивную и фильтрационную активности. Известно, что для меди ПДК в составляет 0,1 мг/дм³, т.е. в речных водоемах допускается такое содержание ионов меди, которое подавляет жизненные функции основных представителей планктона. Ионы Zn²⁺ и Ni²⁺ не вызывают гибель дафний и не оказывают значительного воздействия на их фильтрационную активность в концентрациях ниже ПДК в (0,1 мг/дм³), но они ингибируют репродуктивную функцию рачков. Наименьшей токсичностью для планктона обладают ионы Co²⁺, их присутствие в воде мало влияет на жизнедеятельность дафний. Поскольку все эти металлы являются биогенными, различная степень их влияния на жизненные функции дафний, вероятно, зависит от характера их воздействия на биохимические процессы в организме гидробионтов.