Влияние электромагнитного излучения коротковолновых частот на устойчивость гидробионтов к солям тяжелых металлов

В настоящее время наибольшая техногенная нагрузка приходится на водные объекты. Постоянно возрастающий уровень антропогенного воздействия на водную среду повсеместно приводит к ее деградации, под которой понимается ухудшение качества среды. В общем объеме токсического загрязнения водной среды основную часть составляет загрязнение тяжелыми металлами. Актуальной является задача экологической реабилитации и восстановления заросших и зеленеющих деградированных водоемов. Восстановление водных экосистем возможно путем искусственного внесения микроскопических продуцентов и ракообразных фильтраторов. Эти гидробионты являются основными звеньями трофических цепей. Они чрезвычайно чувствительны к техногенным загрязнениям, и повышение их устойчивости будет способствовать восстановлению нарушенных экосистем, что в конечном итоге приведет к самоочищению водоема. Известно, что ЭМИ КВЧ низкой интенсивности способно повышать адаптационные способности биосистем различного уровня организации к техногенной нагрузке [1].

Цель исследований: определить эффекты воздействия ЭМИ КВЧ низкой интенсивности на микроводоросли Scenedesmus quadricauda и рачков Daphnia magna Straus в условиях загрязнения водных сред солями тяжелых металлов.

Линник Мария Владимировна, студентка

Материалы и методы. Эксперименты проводились в растворах сульфатов Ni2+, Cu2+, Co2+, Zn2+ с концентрацией 1,0; 0,1; 0,01; 0,001; 0,0001 мг/л. В качестве источника ЭМИ КВЧ низкой интенсивности использовали генератор Г4-142 (частота 65 ГГц, плотностью потока энергии 120 мкВт/см2, время облучения 30 минут). Объектами исследования служили одноклеточные зеленые водоросли Scenedesmus quadricauda и рачки Daphnia magna Straus. Тест-объекты были разделены на 2 группы: необлу-ченные (1-я группа) и облученные (2-я группа). В каждой группе ставился контроль. Использовали альгологически чистую культуру микроводорослей, находящуюся в экспоненциальной стадии роста. Для поддержания этой стадии роста пересев культуры осуществляли ежедневно. Культуру водорослей выращивали на среде Пра-та в конических плоскодонных колбах объемов 250-300 см3 в люминостате с интенсивностью освещения не менее 2000-3000 лк при температуре (20±2)°С. Для определения токсичности вышеперечисленных растворов была использована стандартная методика биотестирования водной среды по изменению уровня флюоресценции хлорофилла водорослей [2]. Критерием токсичности среды являлось подавление интенсивности флуоресценции (If) хлорофилла водорослей по сравнению с контролем. Измерения проводили на спектрофлуориметре «Флюорат-02-Панорама». В контрольных колбах If замеряли через 30 минут и 72 часа от начала биотестирования. Замеры If в исследуемых растворах проводили в конце эксперимента (72 часа), рассчитывали относительное изменение параметра, в %. 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 одноклеточной зеленой водорослью Scenedesmus quadricauda. Биотестирование с использованием рачков выполняли в пробирках объемом 100 мл, которые заполняли 50 мл исследуемых растворов. В каждую пробирку помещали по 10 дафний в возрасте 6-24 ч. Биотестирование проводили при температуре 20°С и 12-часовом световом дне. Через 24 часа после воздействия ЭМИ дафний помещали в растворы солей металлов, оставляли их на сутки, корм не добавляли. Через сутки в пробы помещали водоросли Scenedesmus quadricauda. На спектрофлуориметре «Флюорат-02-Панорама» измеряли интенсивность флуоресценции сред сразу после добавления водорослей и по прошествии 1 часа. Определение фильтрационной активности проводили методом, описанным в работе [3].

Расчет фильтрационной активности D. magna (F) проводили по формуле:

F =

I (I. I Io - Iф )^| 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; I ф – коэффициент, соответствующий фоновой интенсивности флуоресценции; F – объем воды, профильтрованный дафнией в единицу времени, мл/даф.час.

Эксперименты проводили трижды. Математическую обработку 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. Известно, что ростовая и фотосинтетическая активности водоросли Scenedesmus quadricauda , которые определяют по интенсивности флуоресценции хлорофилла, являются показателями уровня токсичности среды и степени толерантности организмов к этой среде. Нами изучалось влияние растворов солей Ni, Cu, Co, Zn в концентрациях 1,0; 0,1; 0,01; 0,001; 0,0001 мг/л на интенсивность флуоресценции клеток микроводорослей предварительно облученных ЭМИ 65 ГГц и необлучен-ных (рис. 1).

Из рис. 1А видно, что присутствие тяжелых металлов в среде приводит к снижению интенсивности флуоресценции культуры водорослей. Наибольшей токсичностью для клеток обладают ионы меди: интенсивность флуоресценции хлорофилла в присутствии сульфата меди в диапазоне исследуемых концентраций 0,0001-1 мг/л снижается на 66-88%.

Рис. 1. Относительные значения интенсивности флуоресценции хлорофилла водорослей, подвергнутых:

А – изолированному воздействию ионов металлов, Б – комбинированному с ЭМИ воздействию ионов металлов. За 100% принимали уровень флуоресценции хлорофилла необлученной культуры Sc. Quadricauda

Наименьшее воздействие оказывает сульфат никеля: интенсивность флуоресценции хлорофилла при его наличии в среде в тех же концентрациях уменьшается на 20-60%. При облучении клеток ЭМИ интенсивность их флуоресценции после инкубирования в среде с солями металлов значительно возрастает (рис. 1Б). Так, для ионов меди и цинка (1 мг/л) – этот показатель увеличивается по сравнению с полученным для необлученной культуры в 2,5 раза; для ионов кобальта (1 мг/л) – в 2 раза, для ионов никеля (1 мг/л) – в 1,5 раза. Отмечено, что чем выше концентрация соли металла и чем токсичнее металл, тем в большей степени снижается уровень его воздействия на облученные ЭМИ клетки микроводорослей.

Для оценки жизнеспособности дафний, облученных ЭМИ и необлученных, в присутствии ионов металлов в различных концентрациях нами определялись показатели их смертности и фильтрационной активности (рис. 2). Полученные результаты (рис. 2А) свидетельствуют о том, что фильтрационная активность дафний 1-ой группы уменьшается во всех тестируемых растворах солей металлов. Наибольшее влияние оказывают ионы меди. Растворы СuSO4 1,0 и 0,1 мг/л вызывают 100% гибель тест-объектов, как необлученных, так и облученных ЭМИ, в течение 24 часов. Соль меди в концентрациях 0,00010,01 вызывает снижение фильтрационной активности на 20-27%.

А)

Б)

Рис. 2. Относительные значения фильтрационной активности дафний, подвергнутых:

А – изолированному воздействию ионов металлов, Б – комбинированному с ЭМИ воздействию ионов металлов. За 100% принимали фильтрационная активность необлученных рачков Daphnia magna

Наиболее значительное снижение фильтрационной активности дафний зафиксировано в присутствии сульфатов цинка и никеля в концентрации 1,0 мг/л – на 70 и 55%, соответственно. У дафний, предварительно облученных ЭМИ, фильтрационная активность заметно увеличивается. В присутствии солей металлов в концентрациях меньше 0,01 мг/л она приближается к контрольным значениям и даже превышает их. В присутствии солей цинка, никеля и кобальта в концентрациях 1,0; 0,1 мг/л она увеличивается по сравнению с активностью необлу-ченной культуры в среднем на 20%.

Выводы: установлено, что предварительное воздействие ЭМИ 65 ГГц низкой интенсивности на микроводоросли Scenedesmus quadri-cauda и рачков Daphnia magna увеличивает жизнеспособность гидробионтов в водных средах, содержащих ионы тяжелых металлов, в частности Ni²⁺, Cu²⁺, Co²⁺, Zn²⁺ в диапазоне концентраций от 1 до 0,001 мг/л. Это еще раз подтверждает адаптационный эффект ЭМИ КВЧ на живые системы.