Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Химическая стимуляция процессов детоксикации пестицидов в водных экосистемах

ВАК РФ 03.00.29, Охрана живой природы

Автореферат диссертации по теме "Химическая стимуляция процессов детоксикации пестицидов в водных экосистемах"

московский государственный университет имени М.В ломоносова биологический факультет

Р Г Б ОД

л ■ ; На правах рукописи

корпакова Ирина Григорьевна

ХИМИЧЕСКАЯ СТИМУЛЯЦИЯ ПРОЦЕССОВ ДЕТОКСИКАЦИИ ПЕСТИЦИДОВ В ВОДНЫХ ЭКОСИСТЕМАХ

03.00.29 • Охрана живой природы

Автореферат ' диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук

Москва, 1997

Работа выполнена в Азовском научно-исследовательском институт рыбного хозяйства Госкомитета РФ по рыболовству

Официальные оппоненты: Доктор биологических наук Доктор биологических наук, профессор Доктор биологических наук, профессор

Научный консультант: Доктор биологических наук, академик РЭА С Л.Воловик

Ведущая организация: Всероссийский научно-исследовательский институт морского рыбного хозяйства и океанографии (ВНИРО)

Защита состоится " 5 " июня 1997 г. в 15 час. 30 мин. в ауд. 389 на за седании специализированного Совета Д.053.05.91 при Московском госу дарственном университете им. М.ВЛомоносова по адресу: 119899, г Москва, Воробьевы горы, Биологический факультет МГУ. '

С диссертацией можно оэнакомитьсявбиблиотеке Биологического факультета МГУ.

Автореферат разослан апреля 19^7 г. Отзыв на автореферат, заверенный гфбовой печатью, просим направлять по адресу: 119899, г.Москва, Воробьевы горы. Биологический факультет МТУ. -у- -

Ученый секретарь Специализированного

Совета Д.053.05.91, канд. биол. наук Л.И.Степанова

О.Ф.Филенко Ю.Г.Симаков Ё.П .Гуськов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Одной из основных проблем современного этапа развития рыбного хозяйства является предотвращение отрицательных последствий от пестицидного загрязнения рыбохозяй-ственных водоемов. Острота этой проблемы обусловлена тем, что современные технологии производства сельскохозяйственных культур, а также охраны лесов предусматривают применение химических средств защиты растений. Это означает, что в настоящее время и в перспективе (по крайней мере в ближайшей) будут широко применяться пестициды, следовательно, загрязнение ими рыбохозяйственных водоемов неизбежно. Общеизвестно, что эти соединения вызывают нарушения структуры и механизмов функционирования экосистем, в том числе водных, включая изменение биохимических, физиологических и других процессов в экосистемах на клеточном, организменном и популяционном уровнях, а также проявление мутагенных эффектов с соответствующими генетическими последствиями, небезопасными и для человека (Брагинский, 1972; Пилинская, Львова, 1979; Козловская, Флеров, 1981; Шотттер, Людке, 1981; Ноге, Verma, 1984; Morrison et. al., 1985; Neff, 1985; Migliore, Loprieno, 1987; Перевозников, 1988; Владимиров и др., 1991).

Это в свою очередь выдвигает ряд задач, направленных на повышение эффективности охраны и рационального использования ресурсов природных и искусственных водных экосистем в условиях значительного пестицидного загрязнения среды.

Охранные мероприятия, связанные с нейтрализацией воздействия пестицидов, осуществляются в разных направлениях - это прежде всего, нормирование их применения с целью предотвращения попадания в водоемы высокотоксичных соединений. Кроме того,

разрабатываются эффективные, специфические и быстроразру шающиеся малотоксичные для других организмов соединения, а такяа осуществляется поиск и внедрение в практику экологически безопас ных альтернативных методов защиты растений для снижения загряз нения и уменьшения отрицательного воздействия пестицидов.

Одним из природоохранных направлений является создание без опасных антидотных средств, способствующих повышению токсико резистентности гидробионтов в условиях пестнцидного загрязнения оказывающих непосредственное действие на скорость био1рансфор мации токсикантов в гидробиоценозах, а также разработка методо] использования антидотов.

Анализ биологической активности и спектр биологического дей ствия лактонсодержащих соединений и аминокислот позволил на» выдвинуть и обосновать гипотезу о том, что эти соединения могут по вышать токсикорезистентность гидробионтов и смягчать или предот вращать поражение водных экосистем хлор- и фосфорорганическим! пестицидами. Для широкого использования лактонсодержащи: соединений в практике актуальным явилось изучение их воздействие на различные уровни организации гидробиоценозов и исследован» возможности использования указанных соединений дня снижение экологической опасности пестицидов для рыбохозяйственных водое мов.

Представленная работа выполнена в соответствии с тематиче скимн планами Азовского НИИ рыбного хозяйства в рамках отрасле вых научно-технических программ Минрыбхоза СССР "Научны основы охраны рыбохозяйственных водоемов от загрязнения" i Госкомитета РФ по рыболовству "Разработать научные ochobi экологического мониторинга и охраны водных экосистем с учеты приоритетов рыбного хозяйства".

Цель и задачи исследований. Исходя из вышеизложенного и была определена основная цель работы - исследовать возможности, условия использования и механизмы действия химических средств для анти-дотной зашиты водных экосистем (на примере лактоновых соединений и аминокислот) от поражения хлор- и фосфорорганическими пестицидами.

Для этого были поставлены и решены следующие задачи:

1. Выявить особенности действия лактонов на гидробионтов различных систематических групп (бактерии, водоросли, высшие водные растения, ракообразные, моллюски, рыбы на разных этапах онтогенеза).

2. Изучить влияние антидотных препаратов на характер и степень трансформации пестицидов как в донных отложениях и гидроби-онтах, так и в водных экосистемах в целом.

3. Оценить эффекты, связанные как с отрицательным воздействием пестицидного загрязнения на гидробионтов, так и с ускоренным выведением пестицидов гидробионтами при действии антидотных средств.

4. Исследовать и оценить в условиях различной пестицидной нагрузки трансформацию режима и биоты водных экосистем, а также влияние антидотов на сохранение и/или положительные изменения структурной и функциональной организации биоценозов рыбохозяй-ственных водоёмов.

5. Установить возможность использования лактоновых соединений для снижения мутагенного, тератогенного и эмбриотоксического действия пестицидных препаратов на гидробионтов, тем самым обеспечивать охрану водных экосистем и гидробиоценозов от воздействия пестицидов.

«

6. Определить режимы и регламенты использования средств аи тидотной защиты.

Научная новизна и теоретическая значимость проведенных ком плексных исследований заключается в том, что при разработ* выдвинутой нами гипотезы об использовании лактоновых соединени в природоохранных целях, стало возможный сформировать целостно представление о применении лактоновых соединений в качеств антидотов и о их влиянии на направленность и эффективное! процессов детоксикации хлор- и фосфорорганических пестицидов водных экосистемах.

Такой комплексный подход к снижению опасности пестицидног загрязнения на организменном, популяционном и экосистемно уровнях с помощью лактоновых соединений прежде, до наших иссл< дований, в мировой пршетике не применялся. Впервые были: 1 установлена зависимость характера и спектра биологической акта ности от структуры лактонового соединения, которая определяете наличием, составом и положением заместителей в лактоновом цикл 2). выявлены ранее неизвестные антидотные свойства О- и > гетероциклических лактонов к действию хлор- и фосфорорганичесюн соединений; 3) показано, что использование лактоновых препарате приводит не только к снижению концентрации пестицидов в водне среде, разрушению их в донных отложениях с образованием бол( лабильных и менее токсичных метаболитов, но и к одновременно« уменьшению их содержания в компонентах биоты; 4) представлен убедительные доказательства участия 0- и И-гетероциклическ* лактонов и аминокислоты Ь-лизина в мобилизации и направление интенсификации биохимических процессов при деструкции пестиш дов; 5) вскрыты возможности повышения токсикорезистентноа гидробионтов, а также механизмы действия антидотов на биотран

)рмацию адов; 6) обоснованы теоретически и разработаны научно-ггодические основы практического использования лактоновых единений в природоохранных цепях < для снижения ущерба от вменения пестицидов и последующего загрязнения ими рыбохозяй-венных водоемов.

Практическая ценность и реализация результатов работы. Так к 0- и Ы-гетероциклические лактоны и Ь-лизин являются действен-1М средством улучшения состояния водоемов и их биоты при загрязняй пестицидами, то открывается возможность практического именения рассматриваемых препаратов как средств защиты, обенно когда требуется устранить воздействие пестицидов в дсста-чно короткий срок.

Полученные нами результаты научных исследований явились оретической основой разработки регламентов • использования тидотных средств. Накопленные обширные данные о действии ктонов в зависимости от уровня и характера пестицидного загрязнил позволили разработать практические рекомендации, провести широкие прозводственные испытанна, (на общей площади более 00 га) и получить заключение Минздрава СССР (1335/16212 от .02.86) о безвредности препарата и отсутствии ограничений на олтаацию рыбы, выращенную с использованием препаратов, а юке разрешение Ветфармсовета Минсельхозпрода РФ на их исполь-вание в рыбохозяйственных водоемах временного типа. Экономиче-ай эффект от использования изобретешь и наших практических ре-мендаций и технологий только за 1987-1989 гг. составил около 1 ллиона рублей (цены 1989 года).

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на егодных сессиях Ученого совета АзНИИРХ (1989-1996 гг.), областей региональных научно-практических конференциях (1983-1987), I

Всесоюзном съезде токсикологов (1986), I Всесоюзной конференции по рыбохозяйственной токсикологии (1988), заседании Ихтиологической комиссии (1994), Научно-техническом Совете Главрыбвода (1988, 1993), Фармакологическом Совете департамента ветеринарии Минсельхозпрода России (1992,1995).

Публикации. Результаты диссертации изложены в 34 работах, из которых 17 авторских свидетельств для служебного пользования.

Предмет защиты. Научно-обоснованная система использования экологически безопасных антидотных средств, позволяющая в условиях пестицидного загрязнения управлять качеством водной среды и функциональным состоянием гидробиоценозов рыбохозяйственных водоёмов, включающая:

1. Особенности биологической активности 0- и И-гетероцюслических лактоновых соединений в отношении гидробиои-тов различных типов, классов и трофических уровней, которая определяется наличием, составом и положением заместителей в лактоновом цикле. .. .

2. Доказательство антидотного действия 0- и . >}-гетероциклических лактонов при нейтрализации хлор- и фосфорорга-нических соединений за счет стимуляции процесса их детоксикации в компонетах водных экосистем.

3. Регламенты безопасного использования лактонов (как отдельных соединений, так и в составе смеси с добавками аминокислот) в зависимости от уровня и характера пестицидного загрязнения водных экосистем.

4. Практические рекомендации по использованшо лактоновых соединений и аминокислоты Ь-лизина в природоохранных целях для снижения ущерба от загрязнения пестицидами водоемов специального назначения.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 234 страницах машинописного текста, включает введение, пять глав, заключение и выводы, содержит 73 таблицы, 27 рисунков, приложение. Список использованных источников включает 359 наименований, в том числе 94 иностранных источника. Общий объем работы 295 страниц.

Выполнение настоящей работы было бы невозможно без поддержки, которую оказывали руководство АзНИИРХ, коллеги, в частности В.А.Прокопенко, С.С.Гусева, Л.А.Бадовская, Н.Д.Кожина, А.А.Аветисян, В.С.Арутюнян, а также сотрудники лаборатории санитарной экологии и функциональной диагностики водных экосистем, которые совместно со мной и под моим руководством участвовали в выполнении комплексных исследований, результаты которых и явились основой настоящей диссертации. Автор считает своим долгом выразить всем им глубокую признательность.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ГЛАВА 1. УРОВНИ И ПОСЛЕДСТВИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ГИДРОБИО-ЦЕНО.ЗОВ КСЕНОБИОТИКАМИ, ПУТИ И СРЕДСТВА ЕГО' НЕЙТРАЛИЗАЦИИ

В литературном обзоре собран и систематизирован литературный материал по загрязнению среды обитания гидробионтов пестицидами разных классов и обобщены имеющиеся данные об их влиянии на гидробиоценозы, включая механизмы действия хлор- и фосфорор-ганических соединений на рост, воспроизводство, выживаемость и метаболизм гидробионтов. Проанализированы современные представления о существующих мероприятиях, направленных на снижение интенсивности отрицательного действия пестицидов на гидробиоценозы с помощью антидотов и обоснована целесообразность дальней-

шего поиска экологически безопасных антидотных средств феди 0-К-гетероциклических лактонов, которые и явились основным предме том наших исследований.

, ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Экспериментальные исследования проводили на базе АзНИИР] и прудовых рыбоводных хозяйств Ростовской области в 1981-1996 гс дах в трех основных направлениях: 1) в лабораторных условия изучали реакцию гидробионтов на действие лактонов, хлор-, фосфс рорганических соединений и производных карбоновой кислоты, также на их совместное действие в различных комбинациях; 2) модельных экосистемах при различных уровнях пестицидной нагрузк оценивали влияние лактонов и Ь-лизина на трансформацию хлор о; ганических соединений гидробионтами разных трофических уровней динамику изменения структуры гидробиоценозов; 3) в естественны условиях, в водоемах замкнутого типа, отрабатывали технологи применения лактонов и аминокислоты при разных уровнях пестици; ной нагрузки и проводили внедрение разработанных нами рекоменд! ций. Направления и общий объем исследованного материала пре; ставлен на схеме (рис. 1).

Всего нами исследовано свыше 100 лактоновых препаратов, 9 } которых. наиболее подробно описаны в работе, а также фосфор хлорорганические соединения и производные карбоновой кислоп обладающие пестицидными свойствами. Из пестицидов, в частной исследованы: два - производные карбоновых кислот (2,4-Д и рамрол пять относящихся к классу фосфорорганических (иодофос, метафо метатион, фозалон, этафос), четыре - хлорорганических (ПСЦГ, ДД хлоридазон и ГХБ) соединений, и которые широко применяются сельском, лесном хозяйстве, в животноводстве и быту с целью уничт

Лабораторные исследования

продолжительность -> 4-45 суток

повторность 3-5

частота наблюдений -> . часы-сутки

1 препараты (смеси) 1 количество

4 контроль 4

лактоны 9

ФОС 5

ХОП 5

произ. карбон, к-ты 2

ФОС+ХОП 3 (смесей)

лакгоны+ФОС 5 (сочетаний)

лактоны+ХОП 3 (сочетания)

лактоны+ФОС+ХОП 2 (сочетания)

Экосистемное моделирование

Натурные водоемы

Реакция тест-объектов

I 1 4

водоросли I ракообразные | (2 вида) 1 (1 вид) I I макрофиш I I

1 (1 вид) I 4.

21 серия I 4 . моллюски I

опытов 1 20 серий (1 вид) 4

4 опытов 4 35 серий 10 серий 6 серий опытов

опытов опытов

продолжительность -повторность частота наблюдений -

30-90 суток продолжительность за сезон -> 30-150 суток 3-5 повторность -»3-<10

5 суток. частота наблюдений ->5-30 суток

площадь одного водоема -» 10-200 га

Ь-лизин -1 к л ь л л +

смесь лактояов -1 о а 1 а а Ь

смесь лакгонов+Ь-лизин -1 н к л к к л

лактоны+ХОП - 2 т т н т т и

смесь лактонов+ХОП -1 р о 3 О О 3

' Ь-лвзнн+ХОП -1 о н и н н и

л ы н ы ы н

Контролируемые показатели ь (2) смесь смесь

(количество) 4 4. 4 4 4

4 общая площадь опытных водоемов (га)

4

рыба (3 вида) икра-двухлетки

1. Гидрохимические (5) ] 2. Загрязнение (пестициды)

3. Микрофлора (6)

4. Фитопланктон (4)

5. Макрофиты (3)

6. Зоопланктон (4)

7. Моллюски (3)

8. Рыбы (4)

9. Миграция ХОП в донных осадках н биоте

1000 6500 350 500 700

- 4' 4 4 4 4

| количество проб абиоты |

1700 2250 390 900 750

4 - 4 4 4 4

| количество проб биоты |

6400 8700 1400 3300 2900

Рис. 1. Направления и объем работ

жения вредителей, сорных растений и возбудителей болезней сельскохозяйственных растений и паразитов животных. Из гетероциклических соединений, содержащих лактоновое кольцо, изучались: 2-бутенолид (далее "Дон-1"), 1-фенил-4-анилинопирролидон-2 (далее "АНКЛ"), 2(3)-(1-оксициклогексил)-бутанолида (далее "Кубань"), 1-метил-4-(2-гидразинокарбонилэтил)-2-пиразолин-5-она (далее "ВАС-195"), 5 соединений класса тиосемикарбазонов 2-ацетонил- или 2-формилметнл-4-замещенных-бутанолндов (далее "ВАС-190", "ВАС-199", "ВАС-200", "ВАС-201", "ВАС-209"), а также незаменимая одноосновная диаминокислота L-лизин. Способ получения лактонсо-держащих гетероциклических соединений разработан и внедрен в промышленное производство проблемной лабораторией Кубанского ПТУ и кафедрой органической химии Ереванского госуниверситета. Промышленный выпуск L-лизина осуществляется биохимическим заводом в г.Щебекино Белгородской области.

В качестве тест-объектов для лабораторных экспериментальных исследований использованы: зеленые микроводоросли (хлорелла Chlorella vulgaris Beyer и сценеяесмус Scenedesmus quadricauda Breb), макрофиты (ряска Lemna minor L.) , ракообразные (дафнии Daphnia magna Straus), моллюски (прудовик обыкновенный Limnaea stagnalis L.), икра и личинки осетровых (осетр Acipenser güldenstädti Brandt, севрюга Acipenser stellatus Pallas) и карповых (карп Cyprinus carpió L.) рыб, а также сеголетки и двухлетки карпа. В опытах использовали отстоянную и профильтрованную природную воду. Для получения статистически значимых результатов опыты ставили в 3 - 5 повторно-стях. Экспозиция от 4 до 60 суток. Частота отбора проб определялась продолжительностью стадий и этапов развития опытных организмов и осуществлялась, в связи с указанным, через чаш, сутки или несколько (3-г5) суток.

Исследования по влиянию лактонсодержащих гетероциклических соединений на формирование качества водной среды, донных отложений и гидробиоценозов проводили в лабораторных условиях, в модельные экосистемах и а натурных замкнутых водоемах временного типа, расположенных на различных участках поймы Нижнего Дона.

Моделирование экосистем осуществляли в стеклянных сосудах объемом 200 л с использованием донской воды и донных прудовых отложений (слой 5 см), куда дополнительно вносили культуру хлоро-кокковой водоросли сценедесмус, популяцию дафний, моллюсков, макрофиты - ряску и элодею Elodea canadensis Rich, и карпа в возрасте сеголетка (0+).

Опытные натурные исследования и внедрение проводились в производственных условиях рыбоводных хозяйств Ростовского, Краснодарского и Северо-Азовского Рыбакколхозсоюзов в период с 1986 по 1996 годы. Исследования проводили в обвалованных замкнутых временных водоемах (срок эксплуатации апрель-октябрь), площадью от 10 до 200 гектар, средней глубиной 1,0-1,7 м. Наши исследования, как правило, охватывали период эксплуатации водоемов с мая по октябрь. Отбор проб и анализ абиотической компоненты проводили через 1-5 дней или более длительные сроки в зависимости от конкретных задач, гидробиологические и ихтиологические анализы -каждые 5-7 дней. Отбор проб осуществляли с помощью традиционных средств и орудии лова. Лактоновые препараты вносили в водоем путем равномерного распыления маточного раствора по акватории водоема с помощью мотопомпы, установленной на лодке. L-лизнн вносили путем равномерного распределения препарата по сухому ложу до залития водоема. Гидрохимические и химические анализы и камеральную обработку биологических проб проводили в соот-

ветствни с существующими методиками, руководствами с исполъзова иием современной приборной базы.

ГЛАВА 3. ОСОБЕННОСТИ ДЕЙСТВИЯ ЛАКТОНОВЫХ СОЕДИ- * НЕНИЙ НА ГИДРОБИОНТОВ

В главе содержатся результаты исследований характера и осо бенностей действия лактоновых соединений в диапазоне концентра ций от 0,0001 до 100,0 мг/л на гидробионтов..

Проведенные исследования позволили прежде всего установит закономерности влияния 0- и N-гетероциклических препаратов на фо тосинтетические компоненты гидробиоценозов. Нами установлено препарат Дон-1 и его анилиновое производное АНКЛ не изменяют ис следованный показатели вегетирования микро- (хлорелла и сценеде смус) и макрофитов (ряска) по сравнению с контролем, в то же врем, препарат Кубань и препараты группы ВАС (ВАС-190 и ВАС-195) i широком диапазоне концентраций (0,001-10,0 мг/л) стимулирую образование основного фотосинтетического пигмента хлорофилла "а и способность растений к корнеобразованию. Это приводит к умерен нбму увеличению. среднесуточных приростов микроводорослей i накоплению зеленой массы ряски. Вместе с тем установлено, чп высокая концетрация препаратов (100,0 мг/л), не вызывая гибел1 микроводорослей и макрофитов и достоверного снижения прироста и: численности, тем не менее изменяет процентное соотношение пигмен тов в сторону увеличения хлорофилла "с". Для всех исследованных со единений концентрации 10,0 мг/л и ниже не оказывали повреж дающего действия на процессы первичного продуцирования в модель ных экосистемах. Оптимальными концентрациями 0- и N гетероцикличеких лактонов являются 0,01 и 0,1 мг/л, проявляющи

шбольший положительный эффект на фотосинтетические комлонен-4 гидробиоценозов.

Выявлены общие закономерности вшяния лактоновых соедине-м на представителей планктонных и донных зооценозов, которые в 5щем могут быть охарактеризованы следующим- образом: при лсоких концентрациях исследованные препараты явились токсичны-н и вызывали отрицательные последствия для гидробионтов и даже с гибель; при низких концентрациях - четко выраженный положить ный эффект. Наиболее токсичным для животных оказался Дон-1 -растворах с концентрацией препарата 100,0 мг/л погибли дафнии и эллюскй, в то же время указанный препарат в концентрациях 0,0011 мг/л не оказывал повреждающего действия на продукционные юцессы взрослых особен этих видов, эмбриональное развитие и [«неспособность молоди ракообразных, моллюсков и рыб. Препарат убань в диапазоне концентраций от 0,001 до 0,1 мг/л приводит, Iпример, к увеличению численности популяции дафний по фавне-то с контролем. Препараты ВАС-190 и ВАС-195 способствуют (еличенйю потенциальной и реальной плодовитости самок дафний и эллюсков еще в более широком диапазоне концентраций (0,0001-10,0 г/л), чем указанные выше.

Влияние исследованных лактонсодержащих соединений на эм-»иональное развитие и личинок карпа, осетра и севрюги так же (злично. Препараты Дон-1 и АНКЛ в широком диапазоне концент-щий (0,001-1,0 мг/л) не оказывают влияния на эффективность шодотвдрения икры карпа, а их концентрации 1,360 и 0,757 мг/л, ответственно, являются пороговыми при развитии эмбрионов карпа этапа оплодотворения. В тоже время в диапазоне концентраций 501-0,1 мг/л эти соединения оказывают стимулирующее действие на явитие личинок карпа. Лактоны, содержащие тиосемикарбазоп

(ВАС-190) и гидразин (ВАС-195), в концентрациях 0,001-10,0 мг/л не нарушают сроков и характера эмбрионального развития рыб, которое заканчивается вылуплением предличияок, причем Их количество выше, чем в контроле при более низком количестве уродств, проявляющихся в эмбриональный период.

Подобные вышеуказанным закономерности влияния лактонсо-держащих соединений в высоких и низких концентрациях были отмечены н для сеголеток и двухлеток карпа, т.е. гщробионтов замыкающего звена трофической цепи, имеющих значительную массу и длительность жизненного цикла. При этом показано, что в высоких концентрациях препараты в большей степени влияют на сеголеток, нарушая характер синтеза гемоглобина, способствуя изменению массы органов, ответственных за процессы эритропоэза, а также ингибируют активность холинэсгеразы; причем влияние Ы-гетероциклического препарата (АНКЛ) выражено в большей степени, чем 0-гетероциклических (Дон-1 и Кубань).

Вместе с тем важно подчеркнуть, что эффект малых концентраций препаратов разный при попадании его в гидробионты через жабры и кишечник. Последний особенно интересен, тле. позволяет для конечного звена трофической цепи добавлять препараты в корма, в для первичных (фито-, зоопланктон, зообентос) - в водную среду. В этих направлениях получено, что при внесении в среду обитания в концентрации 0,001-1,0 мг/л исследуемые препараты не оказывают существенного влияния на метаболизм и физиологию карпа, в частности на компоненты крови и ферментные системы, а при введении препарата через корм проявляется значительный положительный эффект на процессы эритропоэза (увеличивается содержание гемоглобина и эритроцитов на 16,7 и 29,9 %, соответственно), особенно у двухлеток карпа.

Объяснить положительные результаты влияния на эритропоэз при внесении лаптопов через корм для рыб можно, описав следующий механизм их действия. Индукция эритропоэза у двухлеток карпа способствует возрастанию газотранспортной функции крови, что с одной стороны, приводит к усилению окислительно-восстановительных процессов в органах и тканях, а с другой - к возрастанию содержания сывороточного белка и SH-групп, выполняющих защитную антиоксидантную функцию. Вместе с тем незначительные изменения СПА и достоверные SH-групп свидетельствуют о том, что, в целом, окислительно-восстановительные процессы не нарушаются. В конечном итоге, стимуляция обменных процессов оказывает положительное влияние на прирост биомассы рыб.

Оценка мутагенной активности лактонсодержащих соединений позволила установить, что лактоны класса тиосемикарбазонов (ВАС-190, ВАС-199, ВАС-200, ВАС-201 и ВАС-209) в присутствии известных промутагенов 2-аминофлуорена и 2-ацетиламинофлуорена проявляют антимутагенные свойства, выражающиеся в значительном снижении числа колоний-ревертантов тесторных штаммов Salmonella typhimurium (до .60%).

Таким образом, результаты исследований по влиянию 0- и N-гетероциклических лактонов на гидробионтов различных типов, классов и трофических уровней, позволили показать, что их применение вызывает ряд без сомнения полезных биологических эффектов. Это, прежде всего, антимутагенные и антитератогенные свойства, а также способность лактонов усиливать окислительно-восстановительный потенциал крови, стимулировать процессы эритропоэза и активность холинэстеразы. В ряду полученных показателей особенно важным является стимуляция ферментных систем гидробионтов (что видно на примере холинэстеразы), которые в

первую очередь подвержены воздействию и разрушению пестицидами и подобными соединениями, попадающими и водоем и проникающими в гидробионты. Именно весь перечисленный комплекс положительных реакций абиоты и биоты водных экосистем на действие лактоновых соединений, обобщение этих результатов позволило нам приступить к разработке вдеи использования лактонов в качестве антидотных средств против хлор- и фосфорорганических соединений.

ГЛАВА 4. ВЛИЯНИЕ ЛАКТОНОВ НА РЕЗИСТЕНТНОСТЬ ГИДРО-БИОНТОВ В ТОКСИЧЕСКОЙ СРЕДЕ

Исследования, результаты которых описаны в данной главе, проводились в двух направлениях: во первых, изучали реакцию гидробионтов на широко применяемые и наиболее часто встречающиеся в рыбохозяйственных водоемах пестицидные препараты -фосфорорганические (этафос, метафос, метатион, иодофос, фозалон), хлорорганические (гексахлорциклогексан, гексахлорбензол, ДДТ, хлоридазон) и производные карбоновых кислот (2,4-Д и рамрод); во-вторых, изучали возможность и условия использования лактонсодер-жащих соединений для защиты гидробионтов от поражения хлор- и фосфорорганическими пестицидами.

Полученные результаты лабораторных исследований, экоси-стемного моделирования и натурных испытаний позволили установить, что изученные хлор-, фосфорорганические и карбаматные • соединения оказывают выраженное токсическое действие на гидробионты, причем действие пестицидов различной химической природы неоднозначно. Фосфорорганические соединения (например, этафос и мгетафос в концентрациях 0,01 и 0,05 мг/л) вызывают гибель клеток и нарушают процессы фотосинтеза в культуре хлореллы и сценедесмус. Хлорорганические соединения, например инсектицид линдан, герби-

цид рамрод, ингибируют фотосинтез или вызывают нарушения в структуре хлоропластов и делении клеток водорослей, но в концентрации, почти на порядок выше. Хлор- и фосфорорганические пестициды высокотоксичны и для водных животных. Так, в растворах этафоса с концентрацией 0,01 мг/л дафнии погибают через 24 часа, метафоса -гибнет 30 % животных, успев отродить молодь, из которой только 2 % может вырасти и созреть; 2,4Д и рамрода - отмечается задержка в созревании и, наконец, линдана - гибель не превышает 13%, но резко снижается скорость фильтрации организмами, и, соответственно, нарушается их энергетический баланс, скорость роста и другие процессы. ' '

Общей особенностью влияния пестицидов на икру осетра и севрюги является нарушение сроков эмбрионального развития, которое сопровождается патологией и появлением значительного количества эмбриональных уродств. Так, в растворах этафоса (концентрация 0,05 мг/л) отмечена задержка в развитии на этапе органогенеза, и некоторая активация при выклеве, в результате треть из вылупившихся эмбрионов имела различные уродства. В растворах линдана (0,5 мг/л) и хлоридазона (0,05 мг/л) отмечена задержка выклева на 10 часов при одновременных массовых глубоких патологических изменениях зародышей, вызывающих их табель. Наиболее токсичной для эмбрионального периода развития осетра оказалась смесь ГХБ и этафоса в концентрациях, соответственно 0,1 и 0,05 мг/л. В растворах данной смеси вылупилось всего 24 % эмбрионов, причем половина из них были нежизнестойкнми уродами.

Дальнейшее наблюдение за личшпеамн, вылупившимися из икры, инкубировавшейся в воде с добавлением пестицидов, а также за личинками, эмбриональное развитие которых проходило в чистой воде, а после выклева они были пересажены в растооры соответствую-

щих концентраций пестицидов, показало, что с увеличением экспозиции опытов выживаемость снижается, при этом личинки, эмбриональное развитие которых проходило в чистой воде, были более устойчивыми к действию пестицидов (рис. 2). Наибольший токсический эффект из исследованных нами препаратов оказывал этафос, а введение в среду смеси пестицидов (этафос + ГХБ + хлорндазон) этот отрицательный эффект только значительно усиливает.

При оценке влияния фосфорорганических соединений (метафос, метатион, фозалон и иодофос) в среди ел етальных концентрациях на двухлеток карпа установлено, что наиболее токсичным является метафос. В растворах этого инсектицида с концентрацией 0,007 мг/л активность холинэстеразы крови рыб уменьшается на 58,6%. Другие фосфорорганические соединения (метатион - 0,058 мг/л; фозалон -0,015 мг/л и иодофос 0,407 мг/л) ингибируют активность этого фермента - на 33,3-44,8%, т.е. эффект ингибирования ими ниже по сравнению с метафосом даже, если эти препараты используются в концентрациях на один-два порядка выше, чем метафос. Соответственно изменяется в плазме крови и концентрация общего сывороточного белка. Так, метафос и метатион понижают концентрацию белковой фракции плазмы на 37,5 и 28,1%. Наряду с этим в присутствии ФОС активность пероксидазы ингибируется на 5,0-24,9%. Такие незначительные изменения активности перохевдазы связаны, прежде всего, с разрушением красных клеток крови под действием пестицида и выходом в плазму эритроцитарной фракции фермента. Действительно, исследуемые фосфорорганические соединения вызывают глубокие изменения в морфологической картине крови. Нами показано, что действие метатиона и иодофоса приводит к необратимым патологическим изменениям ядер эритроцитов, а метафос вызывает (в отдельных случаях) смещение ядер красных клеток крови. Фозалон в опытах не

Выживаемость личинок осетра Acipenser güldenstädti Brandt и севрюги Acipenser steiiatus Pallas в растворах пестицидов с разных этапов развития (п=4)

100 Щ 80

2 3 4 5 экспозиция (суг.)

1 2 3 4 5 6 экспозиция опыта (сут.)

1 2 3 4 5 6 экспозиция опыта (суг.)

1 2 3 4 5 6 экспозиция огыта (сут.)

Примечание: 1 - со стадии мелкоклеточной бластулы (ст.10), 2-е этапа выклева, а - линдан (0,5 мг/л), б - этафос (0,05 мг/л), в - хлоридозон: этафос (0,04 мг/л: 0,05 мг/л), г - ГХБ : этафос (0,1 мг/л: 0,05 мг/л) Рис.2

вызывал видимых изменений форменных элементов крови. Однак( все исследованные фосфорорганические соединения в среднелетальны концентрациях вызывали у двухлеток карпа снижение содержани красных клеток крови, концентрации гемоглобина в 2-3 раза п сравнению с контролем, т.е. были очевидными явные нарушен« газотранспортной функции крови гидробионтов,

Совершенно иной получается ситуация, когда наряду с ФОС ХОП, применяли одновременно и лактоновые соединения. Так, присутствии лактонов, несмотря на модифицированную пестицидам среду обитания, практически не нарушаются процессы фотосинтез альгофлоры, о чем свидетельствуют высокие значения хлорофилла "а в культуре водорослей, выживания дафний и сохранения у них без и: менений главной функции живых организмов - репродукции. Доказг но также, что лактонсодержащие соединения проявляют антидотнс действие по отношению к пестицидам в процессах раннего онтогенез рыб, повышая выживание икры и личинок осетровых, оказыва антитератогенный эффект и способствуя активному выведени пестицидов. Остановимся на последнем более подробно. Так, пр совместном применении препарата ВАС-190 с линданом и этафосо количество вылупившихся предличинок осетровых составляет 71-83 72-79%, соответственно, т.е. находится на уровне контрольных рыбе водных нормативов для инкубации материала в незагрязненной сред причем максимальный положительный эффект достигается пр концентрации лактона 0,01 мг/л. При этом количество эмбриональны уродств было в 2-3 раза ниже контрольных показателей, полученны при инкубации в природной воде, естественно содержавшей пестищ ды и значительно (в 4-6 раз) ниже показателей, полученных пр инкубации в растворах пестицидов. При совместном использовани

сказанного лактона со смесью этафоса и хлоридазона, максимальный »ффект достигается при концентрации BAC-I90, равной 0,01-0,1 мг/л.

Таким образом, выживаемость личинок осетра и севрюги в тох-:ической среде повышается за счет применения лактонов в качестве штидотных препаратов и их положительное влияние очевидно (рис. ()• Дополнительным подтверждением этого является факт, что в >астворах самой токсичной смеси (ГХБ+этафос) личинки осетровых, »азвивавшиеся со стадии бластулы, погибают через 6 суток после (ылупления, то в присутствии ВАС-190 почти половина из вылупив-инхся личинок выживает и успешно переходит на активное питание. Эчснь важно отметить полученные нами данные по выведению ХОП, феимущественно ПХЦГ, ДДТ и его метаболитов, в процессе эмбрио-1ального развития осетра. Концентрация пестицидов к моменту ъпслева и полного рассасывания желточной пробки у личинок нижается в 2,7 и 8,4 раза соответственно, по сравнению с концентра-(ией пестицида в оплодотворенной икре. Инкубация икры в при-утствии препарата ВАС-190 (концентрация 0,01 мг/л) вызывает нижение содержания пестицидов в личинках к моменту перехода на хтивное питание в 64 раза, при этом дополнительное введение дшдана в растворы с препаратом ВАС-190 практически не влияет на [ннамику выведения ХОП в процессе эмбрионального и раннего гостэмбрионального развития рыб (рис. 4). Полученные данные «позначно доказывают, что антйтератогенные. эффекты действия [актонов связаны прежде всего с ускоренным выведением пестицидоз, так же предупреждением проникновения новых "порций" пестицида организм за счет взаимодействия препарата с лахтоном непосред-твенно в водной среде.

Исследование накопления и выведения хлорорганичсских пеети-ядов в компонентах гидробиоценозов модельных водных экосистем

Выживаемость личинок осетра Acipenser guldenstädti Brandt и севрюги Acipenser stellatus Pallas при действии препарата ВАС-190 в среде, модифицированном пестицидами (п=4)

100£ во ^-1—у-

8 SO

а

«

а «о

i 20 ■а

О

ft-t

1 2 3 4 S 6 экспозиция опита (сут.)

0 1 2 3 4 6 6 экспозиция опыта (сут.)

0 1 2 3 4 5 6 Экспозиция опыта (сут.)

О 1 2 3 4 б 6 7 Экспозиция опыта (сут.)

Примечание: 1- со стадии мелкоклеточной бластулы, 2 -выклева а - ВАС-190 : линдан (0,01 :0,5 мг/л), б - ВАС-190: этафос (0,01 :0,05 мг/л), в - ВАС-190 : хлоридозон: этафос (0,01:0,04:0,05 мг/л), г - ВАС-190 : ГХБ: этафос (0,01 :0,1:0,05мг/л) Рис.3

Динамика концентрации ХОП в икре и личинках осетра

этапы развития

Примечание: 1 - оплодотворение, 2 -выклев, 3 - переход личинок ' на активное питание; а - контроль, б - ВАС-190 0,01 мг/л, в - линдан 0,5: ВАС-190 0,01 от/л Рис. 4

юказало, что присутствие смеси лактонов существенно снижает ткопление ХОП гвдробионтами всех трофических уровней и ускорят его выведение из организмов, причем наиболее активно этот [роцесс происходит при взаимодействии лактонов с пестицидами ^посредственно в воде и менее активно при передаче эффекта дей-твия лактонов по пищевым цепям. Установлено также, что использо-ание смеа! лактонсодержащих соединений и аминокислоты Ь-лизина начительно ускоряет деструкцию пестицидов в водной среде и ;онных отложениях, при этом образуются более лабильные и менее

токсичные метаболиты. Одновременно такие смеси вызывают снижение уровня накопления пестицидов и их метаболитов в фито-, зоо- и ихтиоценозах (рис. 5). Смесь лактонов, независимо от концентрации ХОП в растворах, в значительной степени снижает уровень накопления токсикантов в макрофитах и рыбах, О-гетероциклический препарат Дон-1 заметно препятствует накоплению ГХЦГ и ДЦТ в макрофитах и моллюсках только при концентрациях пестицидов в воде на уровне ПДК (0,01 мкг/л).

Динамика биотрансформации хлорорганических соединений, накопленных в моллюсках, свидетельствует, что в растворах ГХЦГ с концентрацией 60,0 мкг/л содержание пестицида в мягком теле возрастает за 10 суток с 12 до 18 нг/г сырой массы. Добавление в растворы Ь-лизина в концентрации 1,0 мг/л д.в. снижает накопление ГХЦГ в моллюсках через 10 суток в 2 и через 30 суток - в 4 раза. Суммарное содержание ДЦТ в моллюсках (концентрация в воде 30 мкг/л) через 30 суток возрастает в 2 раза и составляет 26,4 нг/г сырой массы, при этом основная доля приходится на ДЦТ (17,5 нг/г) а лишь 8,9 нг/г - на его метаболиты. При совместном действии ДЦТ и Ь-лизина уровень накопления пестицида в животных изменяется несущественно (с 14 до 8 нг/г), однако обнаруживаются только менее токсичные метаболиты ДДД и ДДЕ.

Таким образом лактонсодержащие препараты существенно влияют на характер и степень накопления ГХЦГ и ДЦТ в донных отложениях и гидробионтах. В условиях различной пестицидной нагрузки изменяется не только динамика выведения, но и скорость метаболизма ХОП в тканях гидробионтов разных трофических уровней, в том числе рыб.

Влияние лактонов на содержание ХОП в гидробионтах (нг/г сырой массы)

(п=3)

200 150 100 50 О

■ К-1 □ К-2

;

щ

1 т

40 30 20 10 0

в К-1 □ К-2

I Ц (-я

г-1я I ж\ бП

1 2 Ья

-I

I

□ К-1

□ К-2

Примечание: а - макрофиты, б - моллюски, в - мышцы рыб, г - печень рыб К-1 - концентрация пестицида в воде - 0,01 мкг/л; К-2 - концентрация пестицида в воде 100,0 мкг/л 1 - контроль; 2 - Дон-1 (0,01 мг/л); 3- ВАС-195 (0,1 мг/л), 4-Дон-1 :ВАС-195 (0,01:0,1 мг/л). Рис. 5

ГЛАВА 5. ФОРМИРОВАНИЕ КАЧЕСТВА ВОДНОЙ СРЕДЫ, ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ И ГИДРОБИОЦЕНОЗОВ ВОДНЫХ ЭКОСИСТЕМ ПРИ ДЕЙСТВИИ СРЕДСТВ АКТИВНОЙ ■ ЗАЩИТЫ ОТ ПЕСТИЦИДНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ

В данной главе представлены результаты исследований, прове денных в натурных условиях по оценке влияния лактоновых препара тов, как отдельных соединений (Дон-1 и ВАС-195), а также их смеси < дополнительным внесением L-лизина, на формирование качеств! водной среды, донных отложений и гидробиоценозов в водоемах подверженных загрязнению, в том числе, пестицидному. Анали: фонового содержания пестицидов в исследованных водоемах показал что обнаруженные в воде концентрации отдельных соединенш находятся на уровне предельно допустимых, однако их суммарное со держание существенно превышает допустимые уровни. Кроме того значительное содержание ХОП обнаружено и в донных осадках, чтс представляет угрозу вторичного загрязнения.

Анализируя различные биологические отклики, возникающие i водоемах при действии содержащихся в них пестицидов, мы пришли 1 выводу, что микрофлора, фито- и зоопланктон, бентосные организмь являются- чувствительными звеньями экосистемы. Конечно, эп сообщества, качественно изменяясь, характеризуют направленное!! процессов биопродуцирования при детоксикации пестицидов i водных экосистемах.

Необходимо охарактеризовать угловия среды, которые фории руются в загрязненных водоемах под влиянием исследованных нам* .антидотных препаратов. Прежде всего, для всех исследованные водоёмов, контрольных (т.е. где были пестициды без антидотов) i опытных (где были и пестицида, и антидоты), характерно высокое со держание неорганических и валовых форм азота и фосфора, высоки

общая численность микроорганизмов (7-14 млн.кл/мл) и сапрофитов, осуществляющих бактериальное разложение органических веществ, а также присутствие в воде факультативных анаэробов - дрожжей (100 -200 кл/мл).

Вместе с тем, опытные и контрольные водоёмы различаются интенсивностью и характером процессов самоочищения от органического загрязнения. В контрольных водоемах (без использования каких-либо антидотных препаратов) процессы бактериального окисления азота достигают максимума через 10-12 дней, причем в этот период доминируют процессы нитрификации II фазы (окисление до нитратов). Доля нитрификации I фазы минимальна. Примечательно, что к этому времени, как правило, почти в два раза по сравнению с начальным периодом увеличивается численность дрожжей и общая численность бактериопланктона. В целом, контрольные водоемы, т.е. с пестицидами без антидотов, характеризуются преобладанием бактериального окисления органических веществ до нитратов. Лишь в некоторых случаях доля нитрификации I фазы в процессах окисления азота превышает 50%, в остальных случаях окисление до нитратов составляет 14-43%.

В опытных водоёмах преобладают процессы нитрификации I фазы. Причем степень этого преобладания по сравнению с контролем > можно ранжировать Ь-лизин>ВАС-195>КС-1>Дон-1. Здесь следует отметить такой же порядок ранжирования сапрофитной микрофлоры в водоёмах и обратный порядок ранжирования степени изменения ' остаточного содержания ХОП в воде и донных отложениях. В воде контрольных водоемов суммарная концентрация изомеров ГХЦГ, а также ДЦТ и его метаболитов снижается за 45 суток в 2,1 раза, однако в донных отложениях уровень содержания пестицидов сохраняется высоким и, соответственно, коэффициент накопления (К„) увеличи-

лается в 1,7 раза. В опытных водоемах коэффициенты накопления ХОГТ в донных отложениях снижаются при действии препаратов Дон-1, КС и Ь-лизина в 1,7; 1,8 и 3,2 раза, соответственно. Следует отметить, что Дон-1 способствует более активной деградации изомеров ГХЦГ как в воде, так и в донных отложениях, а в случае использования Ь-лизина и препарата КС - ДДТ присутствует в донных отложениях только в виде метаболитов ДЦЕ и ДЦД. В фито- и зоопланктон-ных сообществах контрольных водоемов коэффициенты накопления ХОП в течение 60 суток изменяются от 0,38 до 0,62 и от 4,3 до 5,8 соответственно. В большей степени пестициды накапливают олигохе-ты, Кн увеличивается с 14,6 до 48,3. Рыбы занимают промежуточное положение (Кн=8,5-!6,7), очевидно в силу того, что донные биоценозы во временных водоемах были развиты слабо и основу питания сеголеток карна составлял зоопланктон. В опытных водоемах лучшие результата получены при использовании препарата КС. Через два месяца после внесения препарата в фитоценозе пестициды не обнаружены, в зоопланктоне обнаружены следы ДЦД, а сеголетки карпа накапливали только ДЦ Д с коэффициентом 1,3.

Есть основание утверждать, что существенную роль в детоксика-ции пестицидов играют мшсробные сообщества толщи воды и донных осадков. С целью выявления микробов-деструкторов органического загрязнения нами были отобраны сапрофитные бактерии, наиболее часто встречающиеся на среде МПА. Чистые культуры бактерий селили на агаризованную воду из опытных водоемов. Путем трехкратного пересева получены культуры бактерий, адаптированные к новой среде. Выделенные культуры бактерий, растущие на агаре, содержащем ГХЦГ и ДДТ, служат, на наш взгляд, доказательством того, что в водоемах присутствуют мпкроорганизмы-деструкторы пеепщидного загрязнения, а уровень их развития в присутствии

исследуемых соединений определяет более высокую активность процессов детоксикации в опытных экосистемах.

Реакция фито- и зооценозов на изменение условий водной среды под влиянием лактонов и лизина проявляется в изменении видового разнообразия и доли индикаторных видов. В контрольных водоемах загрязненных пестицидами, в течение сезона индекс сапробности постепенно возрастает (с 2,31 до 2,96), а коэффициент видового разнообразия снижается (с 2,65 до 2,24), что свидетельствует о переходе от р- к а-мезасапробному типу. В опытных водоемах при действии лактонов и аминокислоты Ь-лизина отмечается обратная зависимость - формируются планктонные биоценозы, характерные для чистых водоемов.

Таким образом, материалы главы 5 свидетельствуют о том, что на применение лактонов в качестве антидотов пестицидного загрязнения водные экосистемы реагируют перестройкой систем разного уровня, сопровождающейся активным очищением водоема от загрязнений, улучшением4 качества среды (до нормативных показателей), благоприятным изменением биоты опытных водоемов.

Результаты исследований процессов деструкции пестицидов во временных водоемах с применением лактонов и Ь-лизина в качестве антидотных средств позволили отработать оптимальные концентрации препаратов, соответствующий регламент их использования, что затем проверялось при практическом внедрении рекомендаций. Результаты внедрения (все с положительным эффектом) подтверждены соответствующими документами за 1989-1994 гг.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ

Проведенные нами исследования по оценке влияния 0- и Ы-гетероциклических лактонов на гидробионтов различных системати-

ческих групп (водоросли, макрофиты, низшие ракообразные, мол люски и рыбы на разных этапах жизненного цикла) позволили прежд всего установить, что характер и спектр их биологической активносп зависит от наличия, состава и положения заместителей в лактоново; цикле. 2-Бутенолид (Дон-1), его анилиновое производное 1-фенил-4 анилинопирролидон-2 (АНКЛ) и смесь изомеров 2 и 3 оксициклогел сил-бутанолида (Кубань) обладают, согласно классификаци Л.А.Лесникова (¡989) средней токсичностью с диапазонами недeí ствующих концентраций для различных гидробионтов от 0,1 до 10, мг/л. Лактоны, содержащие тиосемикарбазон и гидразин с амине группами в конце цепи заместителя - 2-(2-тиосемикарбазон-2-метил-; этил)-5-изоамил-окси-4-пентанолида (ВАС-190) и 3-метил-4-(; гидразинокарбонилэтил)-2-пиразолин-5-она (ВАС-195), относятся умереннотоксичным соединениям. Лимиты концентраций для этих сс единений, недействующих отрицательно на гидробионты, на порядс выше указанных ранее - от 1,0 до 100,0 мг/л. Причем, лактоны обе* } рупп не обладают эмбриотоксическим, тератогенным и мутагенны действием, в органах и тканях гидробионтов не накапливаются и I ухудшают пищевой ценности рыбы как продукта питания (Кага Светлый,. 1974; Медоян, Тер-Закарян, 1979; Новодержкина, Гусев Корпакова, 1986; Гусева, Корпакова, 1988; Корпакова и др., 199 1996). •

Полученные нами данные по оценке влияния 0- и I гетероциклических лактоновых соединений на разновозрастш группы карповых рыб свидетельствуют, что 2-бутенолвд и 1-фенил-анилинопирролидон-2 в зависимости от путей поступления в орг низм (через жаберный аппарат или кишечник) оказывают полож тельные эффекты на процессы эритропоэза, способствуют возраст нию газотранспортной функции крови. Это приводит к увеличени

содержания сульфгидр ильных групп, выполняющих защитную антиоксНдантную функцию, а также к усилению окислительно-восстановительных процессов в органах и тканях; индуцируют активность холинэстеразы плазмы. Описанная специфика действия указанных препаратов сохраняется и при содержании в среде фосфо-рорганических соединений (метафоса, метатиона, фозалона и иодофо-са) даже в среднелетальных концентрациях.

Наиболее широким спектром биологического действия обладают гидразины и тиосемикарбазоны лактонов. В диапазоне концентраций от 0,001 до 10,0 мг/л они проявляют, во-первых, мягкий стимулирующий эффект на фотосннтетические компоненты гидробиоценозов, репродукцию ракообразных и моллюсков, повышая их плодовитость, причем снижения жизнестойкости молоди не обнаруживалось; во-вторых, антитератогенный эффект, в частности, существенно снижают процент уродств в период эмбрионального развития осетра и севрюги; в третьих, антимутагенные свойства, при этом не обладая комута-генным эффектом. Наиболее выраженными антидотными свойствами в ряду тиосемикарбазонов к действию хлор- и фосфорорганических пестицидов обладает 2-(2-тиосемикарбазон-2-метилэтил)-5-изоамил-окси-4-пентанолида (ВАС-190). Препарат проявляет антитератогенное действие при наличии в среде этафоса, ливдана, рамрода и хлорнда-зона в различных сочетаниях и концентрациях. Наиболее эффективно действуют концентрации тиосемикарбазонового лаюгона 0,1 н 0,01 мг/л, что подтверждается данными по темпу развития эмбрионов, их выживаемости, характеру и количеству уродств в растворах различных классов пестицидов и контроле: Кроме того, в присутствии тиосемикарбазонового лактона в процессе эмбрионального развития осетра и севрюги происходит более активное выведение хлороргани-ческих пестицидов из эмбрионов и личинок, сохранявшихся в них как

результат накопления в гонадах за период развития и созревания самок.

Лактоновый препарат, содержащий гццразин - 3-метил-4-(2-гидразинокарбонилэтил)-2-пиразолин-5-она (ВАС-195) в диапазоне концентраций от 0,001 до 0,1 мг/л, обладает антитератогенным эффектом при действии высокотоксичного этафоса в период эмбрионального развития осетра, проявляет выраженные антидотные свойства против фосфорорганических соединений, и производных карбоновой кислоты, предохраняя от негативного влияния пестицидов фотосинтетические и зоопланктонные компоненты водных экосистем, в частности, в условиях загрязнения отмечалось созревание самок дафний и воспроизведение ими потомства, структура которого соответствовала нормальному, незагрязненному состоянию водоема.

Таким образом, оценка характера действия лактонсодержащих соединений в среде, обладающей повышенной токсичностью в связи с присутствием пестицидов, позволила нам обнаружить очень важные закономерности, подводящие к определению условий и нормированию использования • антидотов. Оксициклогексилбутанолид (Кубань), оксибутенолид (Дон-1) и его анилиновое производное 1-фенил-4-анилинопирролидон-2 (АНКЛ) в большей мере проявляют защитное действие, предохраняя гидробиоценозы от поражения фосфороргани-ческнми пестицидами. Наличие группы гидразина (ВАС-195) и тиосемикарбазона (ВАС-190) расширяет спектр биологической активности лактонов по нейтрализации хлорорганических соединений и производных карбоновый кислоты. При условии, что в водоемах одновременно присутствуют пестициды различных. классов, более эффективным, как показали наши исследования, является использование смеси лактонсодержащих соединений.

Одним из ключевых моментов в изучении условий использования и механизмов действия смеси лактонов и Ь-лизина является оценка их влияния на скорость поступления и выведения пестицидов в компонентах водных экосистем. Наши исследования показали, что присутствие смеси лактонов, в частности, 2-бутенолида (Дон-1) и 3-метил-4-(2-гидразинокарбонилэтил)-2-пиразолин-5-она (ВАС-195) в концентрации 0,01 и 0,1 мг/л соответственно, в водоемах, загрязненных пестицидами, существенно снижает накопление ХОП гидробион-тами и ускоряет их выведение из растительных и животных организмов, причем наиболее активно этот процесс происходит при взаимодействии смеси препаратов с пестицидами непосредственно в воде и менее активно - при передаче по пищевым цепям. Установлено также, что при использовании смеси лактонсодержащих соединений с аминокислотой Ь-лизин (1,0 мг/л д.в.) присходит деструкция пестицидов как в водной среде, так и в донных отложениях. При этом образуются более лабильные и менее токсичные метаболиты, одновременно снижается уровень их накопления в фито-, зоо- и ихтиоценозах. Смесь лактонов (независимо от концентрации ХОП в растворах) в наибольшей степени снижает уровень накопления пестицидов в макрофитах, а также в теле водных животных, что подтверждено, в частности на примере моллюсков и рыб, а также значительно увеличивает скорость деструкции загрязнителей.

Таким образом, лактонсодержащие препараты существенно влияют на характер и степень накопления ПХЦГ и ДДТ в донных отложениях и гидробнонтах. В условиях различной пестицидной нагрузки их применение изменяет не только, степень деструкции пестицидов в донных отложениях, но и скорость метаболизма хлор- и фосфорорганических соединений в тканях гцдробионтов, в том числе рыб.

На пестицидную нагрузку и её изменение, водные экосистемы реагируют множественной перестройкой систем- разного уровня. Охарактеризуем изменения, происходящие в структуре пелагических и донных биоценозов без и под влиянием применения лактонов и Ь-лизина.

Характер развития фито- и зоопланктонных сообществ во всех загрязненных пестицидами водоемах, а также в тех, в которые дополнительно вносились антидотные вещества, был одинаков - отмечались закономерные сезонные колебания численности и биомассы, на фоне которых в водоемах с антидотами четко проявилось явное улучшение состояния сообществ. Самые высокие значения средней биомассы водорослей были зарегистрированы в водоемах при использовании Дон-1 и смеси лактонов с аминокислотой, что явилось следствием интенсивного вегетирования диатомовых, хлорококковых и сине-зеленых видов, т.е. тех групп, которые определяют основные продукционные и другие характеристики сообществ, и которые в водоемах, загрязненных пестицидами, находятся в угнетенном состоянии. На развитие зоопланктонных организмов в большей степени влияют Дон-1, ВАС-195 и их смесь с Ь-лизином. Комбинируя различные сочетания лактонов с, аминокислотой, были получены оптимальные характеристики, включая структуру фито- и зооценозов в водоемах, подвергшихся пестицидному загрязнению. Наибольшее разнообразие видов в альго- и зооценозах, включая и общее количество индикаторных видов, отмечено при действии препарата ВАС-195 и смеси лактонов с Ь-лизином. При этом ведущее положение занимают Р- и о-Р-сапробные виды, доля а-сапробов незначительна. Вместе с тем в водоемах, в которых эти смеси не применялись, из состава фитопланктона постепенно исчезают многие доминирующие виды и даже группы водорослей, в частности пирофитовые, эвгленовые, вольвоксовые и

шорококковые, снижается общее количество индикаторных видов и в ;оставе фитопланктона доминируют устойчивые к загрязнению а-:апробы.

Основным механизмом реакции сообществ к чужеродным соединениям является отбор наиболее резистентных видов. В составе юопланктона и зообентоса в водоемах, загрязненных пестицидами, треобладают виды, общей особенностью которых является высокая ггепень выносливости и продолжительность жизненного цикла, а в денозах устойчиво доминируют 2-3 вида. После применения лактоно-5ых соединений в водоемах на смену выносливым формам постепенно фиходят менее выносливые, появляются даже олигосапробЫ.'

Таким' образом, фито- и зооценозы реагируют на изменение 1естицидной нагрузки за счет применения смеси лактонов и амино-сислоты увеличением видового разнообразия и общего числа индикаторных видов, сменой доминант. Выносливые формы уступают место 1енее резистентным, что подтверждает действенность предлагаемых фиродоохранных мер.

Современный опыт чрезвычайно богат примерами, когда внесете химических веществ в водоемы, осуществляемое с наилучшими !амерениями, вызывали отрицательные последствия. Есть ли побоч-[ые эффекты от внесения в водоемы лактоновых соединений? Наши [сследования дают отрицательный ответ, если эти препараты приме-шются согласно разработанного нами регламента.

Обобщая полученные данные можно заключить, что использо-анне лактонсодержащих соединений и аминокислоты Ь-лизина |беспечивает в водоемах "истинное самоочищение" как его определяет К.К.Врочинский и Л.Н.Мухопад (1988), так как происходит не олько снижение концентрации пестицидов в воде, но и разрушение их ■ донных отложениях с образованием более подвижных и менее

токсичных метаболитов. Одновременно уменьшается их содержание во всех компонентах биоты водных экосистем. При этом не только не нарушается функционирование как отдельных звеньев,-так и экосистем в целом, но и обеспечивается формирование необходимого качества воды.

Вышеприведенное позволяет заключить, что применение лакто-новых препаратов и аминокислоты является действенным средством улучшения состояния водоемов при загрязнении их пестицццами. Это открывает возможность практического применения рассматриваемых препаратов, в том числе в порядке природоохранных, чрезвычайных мер, когда требуется нейтрализовать воздействие пестицидов, попавших в водные экосистемы, в достаточно короткий срок и с наименьшим ущербом.

Разнообразные и многолетние экспериментальные исследования, выполненные нами, позволили разработать рекомендации и регламенты применения лактоновых лрепаратов, а также смеси их с добавками других веществ в качестве антидотных средств в отношении пестицид-ного загрязнения вод9емов. Упомянутые рекомендации и регламенты прошли неоднократную производственную проверку, что принесло ощутимый экономический эффект, и рекомендованы Ветфармсовегом Российской Федерации для широкого использования на территории страны.

В качестве принципиальных результатов -выполненных исследований могут быть сформулированы следующие выводы.

1. Одним из наиболее распространенных и опасных загрязняющих веществ, практически постоянно присутствующих в водных экосистемах России, являются пестициды разных классов. Многочисленные литературные данные, а так же наши исследования по ряду хлор- и фосфорорганических пестицидов подтверждают их высокую

токсичность для гидробионтов. разных типов, классов и трофических уровней. Многочисленными экспериментальными (в лабораториях, а также при моделировании искусственных водных экосистем) и натурными наблюдениями (охватывались ведущие абиотические и биотические компоненты экосистем водоемов, площадью от 10 до 200 гектар) показано, что пестицидное загрязнение водоемов, несмотря на некоторую специфику воздействия препаратов разных классов, ,в целом вызывает ингибирование продукционных процессов, гибель и уменьшение разнообразия биоты на всех трофических уровнях за счет нарушения метаболизма гидробионтов. Поэтому проблема нейтрализации пестицидного загрязнения, особенно в относительно небольших специальных водоемах (рыбоводные и товарные хозяйства, заповедные пространства и национальные парки и др.), тем более без или с минимальным ущербом для обитателей, продолжает оставаться весьма актуальной.

2. На основании литературных данных нами была выдвинута гипотеза о возможности использования соединений класса лактонов в качестве антидотных средств против пестицидов.

3. Исследование свойств около 100 вновь синтезированных лак-тоновых соединений позволило выявить, что эти препараты являются слабо или умеренно токсичными, биологически активными веществами с широким спектром действия. Кроме того, характер и спектр биологической активности 0- и М-гетероциклических лактонов зависит от наличия, положения и состава заместителей в лактоновом цикле. А именно, бутено- и бутанолиды обладают средней токсичностью и в малых концентрациях индуцируют процессы эритропоэза и активность холинэстэразы, а также повышают окислительно-восстановительный потенциал крови; интенсивность этих процессов зависит от путей поступления в организм (через жаберный аппарат

или кишечник) и этапов развития гидробионтов, в частности рыб. Лактоны, содержащие тиосемикарбазон и гидразин с аминогруппами в конце цепи заместителей, обладают более широким спектром биологического действия. Это умереннотоксичные соединения1, в ' диапазоне концентраций от 0,001 до 10,0 мг/л проявляют, во-первых, мягкий стимулирующий эффект на фотосинтетические компоненты гидробиоценозов, репродукцию ракообразных и моллюсков, в частности, повышают их плодовитость, не снижая жизнестойкости мододи; во-вторых, проявляют антитератогенный эффект (подтверждается существенным снижением процента уродств за период эмбрионального развития осетра и севрюги) и антимутагенные свойства, не обладая комутагенным эффектом. Отобранные в качестве перспективных 9 соединений, обладают указанными свойствами, не накапливаются в водоемах (в воде, донных осадках и гидробионтах), в широком диапазоне низких концентраций (0,001-0,1 мг/л) не вызывают отрицательных побочных эффектов применительно как к гидробиоценозам, отдельным гидробионтам разных трофических уровней, так и водным экосистемам в целом.

4. Экспериментальные (в лабораторных условиях, в модельных экосистемах) и натурные исследования показали, что лактоны являются эффективными антидотными средствами в водоемах, загрязненных пестициами. В зависимости от характера пестиццдного загрязнения наилучший эффект дает применение специально отобранных препаратов, в частности: оксиизомеры бутанолвда (Кубань), 2-бутеиолид (Дон-1) и его анилиновое производное (АНКЛ) проявляют защитное действие на гидробиоценозы от поражения фосфорорганическими пестицидами. Лактоны, содержащие гидразин (ВАС-195) и тиосемикарбазон (ВАС-190), помимо ФОС, влияют на хлорорганические соединения и производные карбоновый кислоты, предохраняя от их

воздействия фито- и зоопланктонные сообщества водных экосистем, а также рыб на ранних этапах онтогенеза. Кроме того, в присутствии гиосемикарбазонов, в процессе эмбрионального и раннего постэмбрионального развития осетра и севрюги происходит более активное выведение пестицидов, передаваемых эмбриону материнским организмом как результат накопления в период его развития и созревания.

5. В естественных условиях рйбохозяйственные водоемы загрязнены пестицидами разных классов (ХОП, ФОС) одновременно. Исследованиями установлено, что при этом наибольший положительный эффект достигается при использовании для нейтрализации токсического воздействия пестицидов смеси лактоновых соединений и аминокислоты Ь-лизина. В частности, исследование процессов накопления и выведения хлор органических пестицидов компонентами гидробиоценозов показало, что присутствие смеси • лактонов и Ь-пгизина существенно снижает накопление ХОП и ускоряет их выведение, причем наиболее активно процесс протекает при взаимодействии антидотов с пестицидами непосредственно в воде и менее активно -при передаче по пищевым цепям. В то же время доказано, что использование лактонсодержащих соединений и аминокислоты Ь-лизина обеспечивает в водоемах не только снижение концентрации пестицидов в воде, но и разрушение их в донных отложениях с образованием оолее подвижных и менее токсичных метаболитов. Одновременно происходит уменьшение содержания пестицидов во всех компонентах Зиоты водных экосистем. При использовании смесей не только не нарушается функционирование отдельных звеньев биоты и экосистем а целом, но и обеспечивается формирование необходимого качества зоды.

6. Выполненные исследования и практическая апробация нх результатов на временных замкнутых водоемах, общей площадью 4400

га, позволили разработать рекомендации, нормативы и регламенты применения лактоновых соединений (как в чистом виде, так и в качестве смесей, в том числе с добавками аминокислоты Ь-лизина) как антидотных средств при проведении природоохранных мер, особенно в водоемах специального назначения, с целью нейтрализации пести-цидного загрязнения. Использование изобретения и разработанных нами практических рекомендаций позволило получить только за 19871989 гг. экономический эффект около 1 млн. рублей (в ценах тех лет). За последующие годы величина экономического эффекта не определялась, но применение наших рекомендаций (отражено в актах широких производственных испытании) также обеспечило положительные результаты, что явилось основой разрешения Ветфармсовета РФ на применение лактонов в рыбохозяйственных водоемах на территории России.

7. Наши исследования позволили создать научно-методическую базу и получить целостное представление об использовании лактоновых соединений для активной защиты от пестицидного поражения и предотвращения ущерба гидробиоценозам и экосистемам в целом, подойти к обоснованию нового направления деятельности - "лечения" или химиотерапии водоемов.

Основные положения диссертации изложены в 34 работах, в том числе:

1.Мероприятия по профилактике отравлений рыб фосфорорга-ническими пестицидами // Тез. докл. конф. по проблемам индустриализации рыбоводства на основе широкого внедрения достижений науки и передового опыта. - Ростов-на-Дону, 1983. - С. 54-55 (в соавт. с С.С.Гусевой, ЛЛ Кузнецовой).

2. Влияние производных пиранонов-2 на первичную продукцию пресноводных водоемов //Гез. докл. Обл. науч. конф. но итогам

работы АзННИРХ в XI пятилетке. - Ростов-на-Дону, 1986. - С. 86 (в соавт. с Л.В.Жеребковон, С.В.Русановой, Е.В.Царевой).

3. К проблеме повышения резистентности молоди рыб в условиях антропогенного воздействия II Тез. докл. I Всесоюз. съезда токе, по проблеме охраны здоровья населения и защиты окружающей среды от химических вредных факторов. - Ростов-на-Дону, 1986. - С. 188-189 (в соавт. с А.Б.Коган, С.С.Гусевой, А.Б.Узденским и др.).

4. Гигиеническое обоснование использования в пищу человека рыбы, получавшей кротонолактон // Вопросы питания, 1986. - № 4. - С. 63-65 (в соавт. с Ю.Г.Новодержкиной, С.С.Гусевой, Л.П.Анкуди-мовой).

5. Возможность применения отходов химического производства в рыбоводстве // Сб. научных трудов ВНИИПРХ "Болезни рыб и водная токсикология". - М., 1987. - Вып. 50. - С. 166-170. (в соавт. с С.С.Гусевой, Н.А.Абросимовой, Н.Д.Кожиной).

6. Влияние некоторых производных лактонов на эмбриональное и раннее постэмбриональное развитие карпа. - Ростов-на-Дону: РГУ,

1987. - 11 с. - Рукопись деп. в ВИНИТИ 07.07.87, № 4794-В 87.

7. Влияние некоторых гетероциклических соединений на гематологические показатели двухлеток карпа //Тез. докл. обл. научн. практ. конф. молод, учен. "Механизмы интеграции биологических систем. Проблема адаптации". - Ростов-на-Дону, 1987. - С. 86 (в соавт. с А.Д.Гуровым).

8. Реакция карпа Cyprinus carpió L. в разные периоды онтогенеза на действие фосфорорганических соединений //Биологические науки. -

1988. -№!.'- С.-53-58 (в соавт. с С.С.Гусевой, О.П,Данильченко).

9. К оценке протективного влияния производных гидрофуранов при действии фосфорорганических соединений //Химия и технология

фурановых соединений: межвуз. сб. научн. тр. - Краснодар, 1988. - С. 53-61 (в соавт. с С.С.Гусевой, Н Д.Кожнной).

10. Улучшение санитарного состояния рыбоводных прудов. -Ростов-на-Дону, 1988. - Информ. листок № 423-89 (в соавт. с

'С.С.Гусевой, Ю.Е.Тютиной).

11. Разработка предельно допустимой концентрации препарата "Дон-1" для рыбохозяйственных водоемов. - Ростов-на-Дону, 1988. -55 с. (в соавт. с С.С.Гусевой, М.Г.Ромовой, Е.И.Аксеновой и др.).

12. А.с. № 1537197 СССР, МКИ А 01 К 61/00. Средство профилактики и лечения отравлений рыб фосфорорганическими пестицидами / (СССР). - 4192047/13; Заявл. 30.12.86; Зарег. 22.09.89; Опубл. 23.01.90. - Бюл. № 3 (в соавт.' с С.С.Гусевой, Н.А.Абросимовой, А-Д.Семеновым и др.).

13. Синтез и пестицидаая активность фурфурил-, алкил и фуро-илмочевин и тиомочевин //Химия и технология фурановых соединений: межвуз. сб. научн. тр. - Краснодар, 1990. - С. 76-84 (в соавт. с Н.Н.Козловской, З.И.Тюхтеневой,М.А.Тлехусеж).

. 14. Рыбохозяйственная оценка и экспериментальное обоснование ПДК препарата "Кубань" в воде рыбохозяйственных водоемов. -Ростов-на,-Дону, 1993. - 51 с. (в соавт. с Е.С.Проскуриной, Г.И.Богучарсковой, Г.Г.Толсгик и др.).

15. Эколого-рыбохозяйственная оценка и нормирование препарата ВАС-195 для воды рыбохозяйственных водоемов. - Ростов-на-Дону, 199'6. - 60 с. (в соавт, с Е.С.Проскуриной, А.Ю.Виноградовым, НХИдрисовой и др.).

16. Влияние 0- й 1Ч-гетероцикличесхих соединений на токсикоре-зистентность карпа //Сб. науч. тр. АзНИИРХ. - Основные проблемы рыбного хозяйства и охраны рыбохозяйственных водоемов Азовского бассейна. - Ростов-на-Дону: Полиграф, 1996. - С. 61-66.