Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Видовой состав, динамика численности и токсичность цианобактерий Шершневского водохранилища Челябинской области

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Видовой состав, динамика численности и токсичность цианобактерий Шершневского водохранилища Челябинской области"

На правах рукописи

□ОЭ47142Э

Гаврилова Екатерина Викторовна

ВИДОВОЙ СОСТАВ, ДИНАМИКА ЧИСЛЕННОСТИ И ТОКСИЧНОСТЬ ЦИАНОБАКТЕРИЙ ШЕРШНЕВСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА ЧЕЛЯБИНСКОЙ ОБЛАСТИ

03.00.16 -экология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

2 8 2909

Пермь-2009

Работа выполнена в экспериментальном отделе «Уральского научно-практического центра радиационной медицины»

Научный руководитель:

доктор биологических наук Пряхин Евгений Александрович

Официальные оппоненты: доктор медицинских наук, профессор

Немцева Наталия Вячеславовна

кандидат биологических наук Ярушина Маргарита Ивановна

Ведущая организация: Институт экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН,

Защита состоится «18 » июня 2009 г. в «16» ч. на заседании диссертационного совета Д 212.189.02 при Пермском государственном университете по адресу: 614990, г. Пермь, ГСП, ул. Букирева, д. 15, в зале заседаний Ученого совета.

Адрес сайта: http://www.psu.ru E-mail: novoselova@psu.ru Факс (342) 237-16-11;

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Пермского государственного университета

Автореферат разослан «/ Х> ^ЛЛ^&сХ^ 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор биологических наук, доцент

Новоселова JI.B.

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. С середины 20-го века в связи с ростом антропогенного загрязнения водных экосистем и зарегулированием стока рек началось лавинообразное нарастание количества эвтрофированных водоемов. Одним из самых неблагоприятных последствий эвтрофикации является массовое развитие цианобактерий, Это явление само по себе является мощным стрессором для водных экосистем и создает множество проблем при рекреационном, хозяйственном и питьевом использовании водоемов. Кроме того, цианобактерии способны синтезировать токсические вещества - цианотокси-ны. Не менее 50% случаев «цветения» вызвано массовым развитием токсичных цианобактерии (Toxic Сyanobacteria.., 1999). На сегодняшний день накопилось достаточно большое количество фактических материалов о токсическом действии цианобактерий на млекопитающих и человека (Горюнова, Демина, 1974; Carmichael, 2001). В крайнем случае, попадание цианотокси-нов в организм человека может привести к смерти. При длительном поступлении цианотоксинов в малых дозах с водой могут развиваться заболевания печени, а также регистрируется повышение частоты первичного рака печени (Yu, 1995).

Проблема массового развития токсичных цианобактерий в водоемах питьевого и рекреационного назначения с точки зрения опасности для здоровья населения отнесена Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ) к одной из приоритетных (Toxic Cyanobacteria.., 1999). В большинстве развитых стран установлены ПДК для наиболее распространенных цианотоксинов, определена программа мониторинга токсичного цветения и комплекс мероприятий по предупреждению неблагоприятного воздействия цианотоксинов на здоровье населения. В нашей стране к настоящему времени стандарты безопасного для здоровья человека содержания цианотоксинов в воде и продуктах питания все еше не разработаны. Работы, связанные с изучением токсикологического аспекта массового развития цианобактерий, включающие определение содержания цианотоксинов в воде, в нашей стране на сегодняшний день очень малочисленны (Волошко и др., 2000, 2005). Непонимание масштаба развития токсического «цветения» водоемов в нашей стране не позволяет защитить население при использовании воды в питьевых и рекреационных целях. Актуальность данной работы лежит в плоскости изучения закономерностей развития токсического «цветения» водоемов, что является первым шагом к разработке системы мониторинга и обеспечения безопасности населения.

Цель работы

Изучение закономерностей сезонной динамики количественного развития, видового состава и токсичности цианобактерий Ш ерш невского водохранилища.

Задачи исследования

1. Проанализировать сезонную динамику численности цианобактерий в воде Шершневского водохранилища в 2004-2007гг.

2.Изучить закономерности сезонной динамики видовой структуры домини-

рующего комплекса цианобактерий Шершневского водохранилища. 3.Оценить токсические свойства и динамику токсичности цианобактер. Шершневского водохранилища.

4.0пределить содержание микроцистина в воде Шершневского водохранил! ща

5.Адаптировать систему мониторинга развития токсичных цианобактери рекомендованную ВОЗ, с учетом экологических особенностей Шершневсю го водохранилища. Научная новизна работы

1. Впервые выявлено, что в Шершневском водохранилище в летний период происходит массовое развитие токсичных цианобактерий, обладающих гепатотропным, нейротоксическим и раздражающим действием.

2. Впервые проведена оценка динамики содержания микроцистина в воде Шершневского водохранилища.

3. Впервые выявлены закономерности влияния экологических факторов t смену доминантов цианобактерий на примере Шершневского водохраш лиша.

Теоретическая значимость

1. Результаты работы расширяют представления о влиянии экологических факторов на количественное развитие, смену доминантов и токсичность цианобактерий. Оптимальными условиями для продукции токсинов циаж бактериями Шершневского водохранилища является установление солнечной погоды в сочетании с высокой солнечной активностью и низкой про-точностью.

2. Результаты работы представляют научный и практический интерес в сфер изучения закономерностей сезонной динамики видовой структуры доминирующего комплекса цианобактерий в искусственных водных экосистемах на примере Шершневского водохранилища.

Практическая значимость

Разработана «Методика выполнения измерений массовой концентраци микроцистина в природной и питьевой воде фотометрическим методом-которая прошла государственную аттестацию в соответствии с ГОСТ Р 8.56 (свидетельство об аттестации № 224.01.03.206/2008) и используется в работ экспериментального отдела Федерального государственного учреждения науки «Уральский научно-практический центр радиационной медицины»

Определены пороговые уровни количественного развития микроцистш синтезирующих цианобактерий (Microcystis spp., Oscillatoria agardhii), coor ветствующие содержанию микроцистина в воде Шершневского водохранилища в количестве 1 ПДК, рекомендованной ВОЗ. Результаты проведении исследований могут быть использованы для определения и обоснования безопасных уровней количественного развития токсичных цианобактерий в воде.

Основные положения, выносимые на защиту

1.В Шершневском водохранилище в летний период происходит массовое

развитие токсичных цианобактерий. обладающих гепатотропным, нейроток-сическим и раздражающим действием. Среднее значение ЛД50 цианобактерий в пересчете на сухой вес составляет 126 мг/кг (доверительный интервал ¡03- 154 мг/кг).

2.Цианобактерии родов Microcystis и Oscillatoria Шершневского водохранилища синтезируют микроцистин. Цианобактерии родов Aphanizomenon. и Anabaena Шершневского водохранилища не синтезируют микроцистин или синтезируют его в ничтожно малых количествах.

3.Развитие цианобактерий рода Microcystis в количестве 9 млн. кл/л или цианобактерий рода Oscillatoria в количестве 19 млн. кл/л приводит к повышению концентрации микроцистина воде в среднем до 1 мкг/л. Минимальная зарегистрированная концентрация клеток цианобактерий в воде, приводящая к созданию концентрации микроцистина в воде 1 мкг/л, составляет 6 млн. кл./л.

Апробация материалов работы

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на региональной конференции «Экологические проблемы Челябинской области» (Челябинск, 2004), Межрегиональной научно-практической конференции «Экологическая политика в обеспечении устойчивого развития Челябинской области» (Челябинск: Челяб. гос. ун-т. 2005), Всероссийском молодежном научном симпозиуме «Безопасность биосферы» (Екатеринбург: УГ-ТУ-УПИ, 2005), 1 Международной научно-практической конференции «Адаптация биологических систем к естественным и экстремальным факторам среды» (Челябинск, 2006), областной научно-практической конференции «Охрана водных объектов Челябинской области» (Челябинск, 2007, 2008), Научно-практической конференции, посвященной 10-летию биологического факультета Чел ГУ (Челябинск, 2008), И Санкт-Петербургском Международном Экофоруме «Окружающая среда и здоровье человека» (Санкт-Петербург, 2008), Всероссийской научно-практической конференции «Экология в высшей школе: синтез науки и образования» (Челябинск, 2009). Публикации

По материалам диссертации опубликовано 12 научных работ, в том числе 2 публикации - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ. Структура диссертации

Диссертация изложена на 138 страницах машинописного текста и состоит из введения, обзора литературы, главы, описывающей материалы и методы исследований, главы результатов собственных исследований и их обсуждения, выводов, списка литературы. Указатель использованной литературы включает 140 источников. Благодарности

Автор выражает благодарность и глубокую признательность д.б.н. профессору Е.А.Пряхину за руководство работой, помощь в освоении программных средств статистической обработки и искреннее сердечное участие; к.б.н. Л.В. Дерябиной за ценный опыт полевых работ, всем сотрудникам экспериментального отдела УНПЦРМ за поддержку в проведении всех этапов работы;

инженеру гидробиологу В.А. Антиповой (Сосновские очистные сооружен г. Челябинска) и к.б.н. Л.В.Снитько (Ильменский заповедник) за консулы ции и помощь в определении видов и ценнейшее профессиональное общенж МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ Для оценки развития фитопланктона в Шершневском водохранилище 2004-2007 гг. ежемесячно в период с июня по сентябрь проводили отбо средневзвешенных проб в пяти точках (установленных по GPS-навигатору Концентрирование проб проводили фильтрационным методом с использовг нием мембранных фильтров с размером пор 0,45 мкм (МФАС-ОС-2 Влад! пор). Анализ проб фитопланктона проводили стандартными гидробиологичс скими методами с использованием камеры Горяева и соответствующих опр£ делителей (Голлербах, 1953; Коршиков, 1953; Матвиенко, 1954; Попов; 1955; Косинская, 1960; Дедусенко-Щеголева, 1962; Кондратьева, Коваленкс 1975; Виноградова, 1980; Паламарь-Мордвинцева, 1982; Мошкова, 1987; Це ренко, 1990). Кроме того, одновременно отбирали пробы воды для гидрохг мического анализа (анализ был проведен химической лабораторией Сосное ских очистных водопроводных сооружений).

В приплотинной области Шершневского водохранилища в течение вегетационных сезонов 2004-2007 гг. еженедельно проводились исследования количественного развития, видового состава, токсических свойств цианобактерий и содержания микроцистина в воде (2006-2007 гг). Содержание внутриклеточного микроцистина в воде определяли с помощью непрямого иммуносор-бентиого анализа (ELISA) с использованием стандартного набора для определения микроцистина (Microcystin plate kit, Beacon).

Для оценки токсических свойств получали концентрированную суспензию цианобактерий путем фильтрации большого объема воды через двухслойную сеть из мельничного газа (Toxic cyanobacteria..,1999). Животным внутрибрю-шинно вводили взвесь препарата из цианобактерий (сухой порошок). В каждом опыте испытывали 7 доз цианобактерий в диапазоне 25 - 650 мг/кг (сухой вес). Экспериментальные группы состояли из 5 животных. Длительность наблюдения за животными в остром опыте составляла не менее 14 дней после введения. Всего в экспериментах было использовано более 1500 животных.

Среднюю летальную дозу, ошибку и 95% доверительный интервал вычисляли с помощью метода пробит-анализа по Личфилду. Влияние различных факторов (температуры воды, количества солнечных дней, количества осадков, солнечной активности (количество пятен на Солнце, выраженное в числах Вольфа), средней скорости ветра, содержания биогенных веществ (Р, N, N/P), средней проточности, численности и биомассы цианобактерий, качественного состава проб цианобактерий) оценивали с помощью регрессионного анализа, однофакторного дисперсионного анализа и многофакторного дисперсионного анализа признаков сопряженности в главной линейной модели.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ Анализ многолетней динамики состояния экосистемы Шершневского водохранилища. Предпосылки развития цветения. Шершневский гидро-

узел расположен на р. Миасс, введен в эксплуатацию в 1968 году. Водохранилище выполняет функции многолетнего регулирования стока на среднем участке реки - от Аргазинского водохранилища до г. Челябинска. Шершнев-ское водохранилище имеет статус водоема первой категории водопользования как источник питьевого и хозяйственно-бытового использования. Кроме того, водохранилище интенсивно используется населением в рекреационных целях.

В научно-исследовательских работах разных лет (Обоснование мероприятий..., 1996; Разработка системы мероприятий, 2004; Комплексная оценка..., 2007) отмечалось ухудшение качества воды и экологического состояния водохранилища. Бедствием для водопользователей являются ситуации, возникающие в летний период года, связанные с интенсивным «цветением» воды, что вызывает усиление цветности, привкусов и запахов воды, авральные ситуации на очистных сооружениях, а также заболеваемость и гибель рыбы в водоеме.

В целом общая картина развития процессов «цветения» воды Шершневско-го водохранилища сводится к конкуренции цианобактерий и диатомовых водорослей. Численность представителей обеих таксономических групп периодически достигает степени массового развития. После весеннего размножения диатомовых водорослей следует короткий период чистой воды, после чего начинается вегетация цианобактерий. В последние годы, с повышением температуры в июне в водохранилище более интенсивно начинают развиваться цианобактерии из рода Anabaena (Anabaena Jlos-aquae (L.) Raffs., Апа-baena sheremetievi Elenk.), к которым в июле присоединяются Aphanizomenon Jlos-aquae (L.) Ralfs и Gomphoshaeria lacustris Chod. Далее в процесс «цветения» могут включаться разные виды Microcystis (М aeruginosa Kutz.emend Elenk., М. wesenbergii Кош., M.Jlos-aquae (Wittr.) Kirchn., M. ichtyobiabe Kiitz.) и Oscillatoria agardhii Goni. Вегетация синезеленых продолжается до глубокой осени с короткими периодами депрессии между пиками. Кроме того, периодически случаются вспышки развития диатомей Aula-coseira granulaia (Ehr.) Simons. Зеленые водоросли и представители других отделов в течение всего сезона представлены в незначительных количествах по численности и биомассе.

Общепризнано, что за редким исключением главным регулятором продукционного процесса является фосфор. По литературным данным для поддержания максимального роста фитопланктона вполне достаточно 0,02 мг/л фосфора (Разработка системы..., 2004). Необходимо отметить, что в Шерщнев-ском водохранилище по данным Челябинского центра гидрометеорологии и мониторинга окружающей среды концентрация ортофосфатов большую часть времени (1990-2007гг.) находится в пределах 0,05-0,09 мг/л, часто поднимаясь до 1-1,5 мг/л во второй половине лета и в период паводка. Причем средний показатель содержания ортофосфатов в 90-е годы составил 0,08 мг/л, а с 2000 по 2007 - 0,11 мг/л, что указывает на повышение уровня эвтрофиро-вания водоема.

Таким образом, в Шершневском водохранилище создаются оптимальн условия для массового развития цианобактерий из-за достаточно высок концентрации фосфора в воде, наличия озеровидной части с низким водоо меном и большим запасом биогенных веществ, накопленным в донных отл жениях.

Пространственно-временная динамика развития фитопланктона Шершневском водохранилище в течение сезона вегетации. Анализ сезо ной и пространственной динамики развития фитопланктона в Шершневскс водохранилище проведен на примере данных, полученных в 2007 году. Текшее состояние Шершневского водохранилища существенно не отличалось < средне-многолетних характеристик: концентрации органических и неорган ческих веществ и клеток фитопланктона находились в пределах средних зн чений за многолетний период .

Пространственное распределение фитопланктона. В Шершневском вод хранилище летом 2007 года количественное развитие фитопланктона и вид вой состав характеризовались значительной неравномерностью по акватори Данные о численности фитопланктона, относительном вкладе представит лей различных таксонов, количестве видов и индексе сапробности предста лены в таблице 1. Было выявлено, что акватория Шершневского водохран лища довольно четко делится на две части отличающиеся по численное: фитопланктона и структуре альгоценоза. В южной части соответствующе речному плесу водохранилища на мелководных станциях ШВ1 и ШВ2 чи ленность фитопланктона меньше, а вклад представителей таксонов бол( сбалансирован. На глубоководных станциях ШВЗ - 111В5 в мапопроточнс части водохранилища регистрируется «цветение» воды с резко выраженны доминированием цианобактерий, степень которого к концу лета возрастает 85 до 99%.

Сезонная сукцессия фитопланктона в Шершневском водохранилище в 20( году в общих очертаниях повторяет многолетние данные (рисунок 1). В ко це мая наибольшей численности достигали диатомовые водоросли роде 81ерИапо(И.чси$ и Сус1о1е11а (11.6 млн.кл/л). Позиции субдоминантов раздел ли между собой зеленые водоросли и золотистая водоросль СИгузососс, ги/еБсет К1еЬй. В июне состав фитопланктонного сообщества довольно сб

лансирован (рис. 1). В середш ^ месяца началось развитие ци нобактерий рода АпаЬаепа регистрировалось образован!

V Другие отделы «

первых нагонных явлении I млрд.кл/л). С июля по сентяб!

/, Диэтомозые

„ с численность фитопланктона

ШЦианобэкгерии т

среднем по акватории нараст ет с 62 до 120 млн. кл/л, дост | «а« июнь «»л» .».-уст сейнер,, гая точечных максимумов п

: рядка 180-200 млн.кл/л. Рис. 1. Сезонная сукцессия фитопланктона в 2007 г.

Пространственно-временная динамика показателей развития фитопланктона летом 2007 года

Таблица 1

чО

Сган ции Июль 2007 Август 2007 Сентябрь 2007

N % от N 8 п N % от N 5 п N % от N в п

ЦБ Д 3 ЦБ Д 3 ЦБ Д 3

ШВ1 3 27 55 18 1,84 20 2.6 3 14 77 1,88 22 1.7 47 17 31 1,96 27

ШВ2 20 30 62 7 1,88 31 51 70 26 3 1,98 32 154 99 0,3 0 1,84 35

ШВЗ 72 85 13 2 1,93 23 20! 93 6 1 2,01 24 108 99 0,8 0,1 1,95 21

ШВ4 148 91 8 1 1,97 24 63 85 12 2 2,02 31 190 99 0,7 0,2 1,94 29

ШВ5 70 93 6 1 1,98 24 130 91 4 2 2,00 26 149 99 0,8 0,1 1,95 21

Сред нее 62 65 29 5,8 1,92 24,4 89 68 12 17 1,98 27 120 89 3,9 6,3 1,93 27

Примечание — N - общая численность фитопланктона в воде (млн, кл/л); ЦБ - цианобактерии; Д - диатомовые водоросли; 3 - зеленые водоросли; Э - индекс сапробности Пантле-Букка; п - количество видов фитопланктона в пробе

При этом индекс сапробности Пантле-Букка находится в пределах 1.84-2,. что соответствует 13-мезосапробной зоне. В целом по акватории в альгоценоз с июня по сентябрь возрастает роль цианобактерий. Параллельно происходи смена видов-доминантов цианобактерий, в числе которых в 2007 году был АпаЬагпа flos-aquae, Aphanizomenon flos-aquae и Oscillatoria agardhii. Субдс минантами в Шершневском водохранилище в течение лета являются Aulacc seira spp. и Anaoaena flos-aquae. в августе в их рядах появляются Gomphoi phaeria lacustris и Microcystis aeruginosa. А в сентябре на позиции субдомр нанта остается только Microcystis aeruginosa. Кроме того, с небольшой чис ленностыо постоянно встречаются Asterionella formosa Hass, Fragilaria crotc nensis Kitt. и виды родов Stephanodiscus и Cyclotella. Всего в 2004-2007 гг. пробах из Шершневского водохранилища нами обнаружено 62 вида водорос лей и цианобактерий.

Зеленые водоросли (особенно хлорокковые) отличаются наибольшим bi-довым разнообразием (при невысокой численности), их доля составила чут более половины обнаруженных видов (32 вида).

Динамика количественного развития цианобаюерий Шершневског водохранилища в 2004-2007 гг. На рисунке 2 представлена динамика срех немесячных показателей численности клеток цианобактерий в воде.

и: О

£

о т

Июнь Июль Август Сентябрь

Рис. 2. Среднемесячные показатели численности клеток цианобактерий в воде Шершневского водохранилища в 2004-2007гг.

Наиболее высокая среднемесячная численность цианобактерий в Шершневском водохранилище ежегодно наблюдается в июле. Хотя отдельные пики численности в 200 - 300 млн. кл./л могут возникать в течение периода с июня по сентябрь. На графике видны четкие отличия между июльским показателями среднемесячной численности цианобактерий в 2004 и 2005 гг. с одной стороны и показателями 2006 и 2007 гг. с другой стороны. При проведении регрессионного анализа влияния различных факторов на численность цианобактерий в июле и августе 2004-2007 гг. были получены следующие результаты. Единственным из исследуемых факторов, оказавшим достоверное влияние на численность клеток цианобактерий, стала солнечная активность, выра-

женная в числах Вольфа (R=0,731; R2=0,534, F=6.88; р=0,039). Снижение солнечной активности приводило к увеличению численности клеток цианобакте-рий. Механизм влияния солнечной активности на концентрацию клеток цианобактерий не ясен.

Видовой состав доминантного комплекса цианобактерий в 20042007гг.

Каким бы ни был разнообразным видовой состав, общую картину «цветения» определяют, чаще всего, 2-3 вида, а иногда даже один вид. За период исследований с 2004 (июль-сентябрь) по 2007 год мы наблюдали несколько вариантов развития процессов «цветения» водоема. Кратко характеризуя результаты анализа смены доминантов цианобактерий за период 2004-2007 гг, следует отметить следующие особенности. По составу доминантов между собой сходство обнаруживают 2004 и 2005 гг., а также 2006 и 2007 гг. (рисунки 3, 4, 5, 6).

Первый период характеризуется присутствием Aphanizomenort flos-aqitae и

цианобактерий рода Microcystis (Л/, aeruginosa Kütz. emend Elenk., M. wesenbergii Korn., M.ßos-aquae (Wittr.) Kirchn., M. ichtyoblabe Kütz) и периодической сменой их друг другом. В 2006-2007 годах (рис. 5, 6) в начале года присутствует пик развития Anabaena flos-aquae, затем доминирует Aphanizomenon flos-aquae и в конце лета появляется Oscillatoria agardhii.

13.07 04 12.08.04 Дата

05.09.04 29.0904

Рис. 3. Смена доминантов цианобактерий в 2004 г.

Следует отметить, что в данных по общей численности цианобактерий в воде

наблюдается та же закономерность - 2004-2005 годы отличаются от 2007-2008 годов. При анализе данных по доминированию разных видов цианобактерий за 2004-2007 гг. было выявлено, что смена доминан-тов-цианобактерий в Шершнев-ском водохранилище в течение вегетационного периода подчиняется определенным закономерностям.

Q Aphanizomenon □ Microcystis Q Anabaena в Oscillatcria

19.08.05 06.09.05

Рис. 4

Смена доминантой цианобактерий в 2005 г.

22.06.06 06.07.06 20.07.06 03.08.06 17.08 06 31.08.06 Дата

Для проведения анализа, да ные о дате отбора проб (в ч стности «день и месяц») был перейдены в десятичны, формат, т.е. 30 дней прирав нивались к единице. На ри сунке 7 видно, что в альгоце нозе Шершневского водохрз нилиша цианобактерии род Anabaena доминируют в ик не, а цианобактерии рода Os dilatoria - в сентябре.

Рис. 5. Смена доминантов цианобактерии в 2006 г.

Цианобактерии рода Мкгосузйэ доминируют преимущественно в август«

однако, отдельные случа Г1(Ю У ..111'.'!. 1П.1Г.— доминирования регистрирс

15.06.07 05.07.07 25.07.07^.03.07 03 СЭ.07 23.09.07 .jaHn;. -m)x цианобаКТерИЙ

Рис. 6. Смена доминантов цианобактерии в 2007 г.

При сравнении средних значений температуры воды при доминировани различных родов цианобактерий были получены следующие результать Средняя температура воды в момент отбора пробы при доминировании 0( циллятории составила 14 ± 2 °С, что достоверно отличается от средних тел ператур воды при которых доминируют Microcystis (р~0,015) и Aphanizoim поп (р=0,005).

При анализе средней за неделю до отбора солнечной активности был выявлено, что среднее значение чисел Вольфа при доминировании Microcy. tis (31,9 ± 4,8) и Aphanizomenon (27,7 ± 5,4) была достоверно выше (F=2,( р=0,033), чем в случае доминирования Anabaena (5,8 ± 5,7) и Oscillator,

Цианобактерии родов Microcystis и Oscillatoria доминировали при сре, нем количестве осадков в 49 и 30 мм соответственно, что достоверно ниж чем при доминировании цианобактерий рода Aphanizomenon (72 мм

вались в июле и сентябре. Наиболее широкий диапазо времени доминирования хг рактерен для АрЪап1~отепо Ао$-ациае. Цианобактери этого рода в среднем дом* нируют в Шершневском вс дохранилище в июле - начг ле августа, однако, гакж отмечены случаи доминирс

июне и сентяоре.

(5,4±5,4).

Anabasiti

АрЬгашзэтегюп

Microcystis

Osciilatoiii

Kc до шшнр о E AKI-K

Рис. 7. Время доминирования определенных родов цианобактерий в Шсршневском водохранилище. Точкой обозначено значение среднего, вертикальной линией - медиан;!, границы прямоугольника соответствуют 95% доверительному мн:е.рвалу, а отрезки, выходящие за границы прямоугольников обозначают минимальные и максимальные значения

Анализ влияния биогенов на доминирование разных родоз цианобактерий показал, что содержание аммиака (F=0,40; р=0,80); нитратов (F=0,63; рЮ,64); нитритов (F-1,16; р=0,34) и обшего азота (F=0,43; р=0,79) не оказывает достоверного влияния на смену доминантов цианобактерий. Содержание ортофосфатов в воде было достоверно ниже (р^=0,038) при доминировании АпаЬаепа (0,08±0,01 мг/л), чем при доминировании Microcystis (0,120 ± 0,009 мг/л).

Вероятно, это связано с тем, что АпаЬаепа вступает в вегетацию в июне, когда после весеннего пика развития диатомовых концентрация фосфатов в воде несколько снижена. Однако, величина 0,08 мг/л сама по себе является довольно высокой и, вряд ли, может служить лимитирующим фактором.

Возможно, более важным является в данном случае фактор проточности. При доминировании АпаЬаепа среднее значение суммарного коэффициента поступления из Аргазинского водохранилища и с водосборной площади составило 0,37 ± 0,02, что достоверно выше, чем при доминировании Microcystis (р-0,041) и Oscillatoria (р=0.047).

Токсические свойства цианобактерий Шершневского водохранилища Оценку острой токсичности цианобактерий Шершневского водохранилища в 2004-2007 г. проводили на самцах мышей линии СВА, которые показали -наибольшую чувствительность в предварительных исследованиях (Пряхин и др., 2005).

При внутрибрюшинном введении цианобактерий у мышей СВА наблюдались следующие симптомы: напряженность мышц, угнетение двигательной активности, затем заторможенность; периодические клонические судороги; через сутки появлялась выраженная бледность кожных покровов, поражения глаз (по типу конъюнктивитов), диарея; при введении летальных доз, разви-

7,2 8,2 9,2

Время, мес

10,2

залось выраженное угнетение двигательной активности с отказом от п гибель животных наступала в течение 1-2 суток. При вскрытии погиб животных в ряде случаев наблюдали кровоизлияния в печень, инфильтрат; легких. Таким образом, можно утверждать, что токсины цианобакте{ Шершневского водохранилища оказывают токсическое действие на ц тральную нервную систему, вызывают поражения органов дыхания, парен матозных органов (печени, почек, селезенки).

Также нами проведены исследования кожной реактивности и раздра) ния глаз на кроликах-альбиносах с использованием пробы от 12.07.2004 (доминант Microcystis). Было выявлено, что цианобактерии Шершневск< водохранилища обладают раздражающим действием на кожу и глаза. У в< животных была зарегистрирована четко выраженная эритема сразу по< прекращения воздействия. При оценке раздражающего действия на глаза б ло выявлено, что через 1 час после аппликации цианобактерии к передо поверхности глаза у кроликов регистрировалось измененное состояние cj зистой глаза - диффузный темно-красный цвет и отечность мигательной ме браны. Это свидетельствует о наличии раздражающего действия цианобак рий на глаза. Через 48 часов состояние тестируемого глаза не отличалось контрольного.

Динамика токсичности цианобактерии в 2004-2007 гг.

При оценке токсических свойств цианобактерии Шершневского водох]: нилища было выявлено, что ЛД50 варьирует в широких пределах - от 48,4 572 мг/кг, причем за короткие сроки этот показатель мог меняться почти в раз (например, от 442,1 до 48,4 мг/кг за одну неделю). Общее количество пр анализированных проб составило 43. Результаты анализа острой токсичное проб цианобактерий представлены в таблице 3. При анализе характера р; пределения значений ЛД50 было выявлено, что данные лучше всего описьп ются логнормальным распределением (D критерий Колмогорова-Смирнова 0,15; р > 0,1),

Распределение данных по ЛД50 имело следующие характеристики: среди значение 126 мг/кг (доверительный интервал 103-154 мг/кг); медиана 102 ь кг (доверительный интервал 83 - 153 мг/кг); максимум 572 мг/кг; минимум -мг/кг.

Из 43 проанализированных проб в соответствии с классификацией ВОЗ,! пробу (49%) можно было отнести к высокотоксичным (ЛД50 < 100мг/кг); : пробу (49%) - к умеренно токсичным (ЛД50 100-500 мг/кг); 1 пробу (2%) -низкотоксичным (ЛД50 500- 1000 мг/кг). Токсичность различных родов цианобактерий

Результаты определения ЛД50В пробах с разными доминантами предста лены в таблице 4.

При анализе проб, в которых доминировапи цианобактерии рода Microcy tis, было выявлено, что среднее значение ДД50 составило 94 мг/кг, медиана 87,7 мг/кг, т.е. в среднем пробы с доминированием этих цианобактерий мо> но отнести к высокотоксичным в соответствии с классификацией ВОЗ.

Таблица 3

Динамика ЛД?„ проб иианобактерий

Дата ЛД,„. мг/кг 95% доверительный интервал, мг/кг Состав пробы, %

Microcystis Apha-nizomenon Апа-baena Oscil-latoria

04.08.2004 77 71-86 99,8 0.2 0 0

24.08.2004 142 121-175 92,5 7.46 0,04 0

22.09.2004 102 96-113 45,1 52.4 2,5 0

01.10.2004 62 42-83 0,1 99,9 0 0

08.06.2005 82 70-97 51,4 26.9 21,7 0

15.06.2005 82 70-97 3,7 86,5 9,6 0

22.06.2005 383 336-427 13,3 86,6 0,1 0

29.06.2005 166 123-204 60,2 34.1 5,6 0

06.07.2005 442 396-491 0.6 99.4 0 0

14.07.2005 48 38-62 0,1 99,7 0,2 0

27.07.2005 70 60-84 98,9 0 0 U

03.08.2005 572 507-599 4,8 95,2 0 0

10.08.2005 67 46-93 8,3 87.3 0 4.4

17.08.2005 140 90-196 99,2 0 0 0,8

24.08.2005 76 58-105 99,8 0.2 0 0

31.08.2005 109 94-134 99,9 0,1 0 0

08.09.2005 48 38-62 99,4 0 0 0,6

15.09.2005 88 64-121 98,5 1,5 0 0

22.06.2006 94 79-115 13,3 86.6 0,1 0

28.06.2006 99 40-119 2,6 21.4 76 0

05.07.2006 106 80-140 33,1 66,9 0 0

12.07.2006 401 361-520 6,8 93,2 0 0

18.07.2006 128 101-153 33,03 65.1 2,89 0

27.07.2006 353 305-404 2,5 97,5 0 0

02.08.2006 217 168-242 52,7 47,3 0 0

16.08.2006 84 54-127 16,7 83,3 0 19.6

30.08.2006 83 59-113 12,7 0 0 87.3

05.09.2006 475 430-520 9,8 86,6 0 5,7

15.06.2007 285 232-321 0 3,8 96,2 0

21.06.2007 196 134-253 0,7 8,6 90,6 0

05.07.2007 77 54-127 0 98.5 1,5 0

12.07.2007 155 132-200 0,5 97 2,5 0

19.07.2007 93 76-108 J 0 82 18 0

26.07.2007 153 131-177 3 81 13 3

09.08.2007 161 152-185 10 37 6 47

16.08.2007 114 101-126 20,1 41,4 1,9 36 6

23.08.2007 325 279-391 15,5 32.5 2,8 49.2

30.08.2007 73 62-89 7,4 50 0,1 42.5

06.09.2007 93 80-111 0.5 38.6 0.8 60,1

13.09.2007 69 59-84 27,1 0 0 72.9

27.09.2007 77 66-93 1.3 6 0,1 92.6

Таблица

Средние значения ЛД<о в пробах с различными доминантами цианобактер

Доминант Кол-во проб Л Д,а мг/кг 95% доверительный интервал, мг/кг

Microcystis 9 94 70-127

Oscillatoria 3 76 61-95

Anabaena 3 177 47-668

Aphanizomenon 16 158 100-249

Кодоминирование 11 129 96-174

Циаиобактерии Oscillatoria agardhii доминировали в 3 пробах, взятых в се тябре 2007 года. Среднее значение ЛД50 было наименьшим среди исследова ных видов - 76 мг/кг, и разброс значений ЛД50 в этих пробах оказался оче незначительным. В связи с этим, в среднем пробы с доминированием циан бактерий вида Oscillatoria agardhii можно отнести к высокотоксичным.

Цианобактерии Anabaena Jlos-aquae также доминировали всего в трех от бранных нами пробах цианобактерий. Среднее значение ЛД50 составило Г мг/кг. Однако, две из этих проб были отобраны из областей образования н гонных явлений, численность клеток в воде при этом составляла 4-8 млрд. к л. Это свидетельствует о том, что цианобактерии находились в специфич ских измененных условиях, что могло оказать влияние на их токсичность -счет выброса токсинов в окружающую среду, самоотравления, снижен! функциональной активности и продукции токсинов (ЛД50 в этих пробах с ставляли 196 и 285 мг/кг - умеренно токсично по классификации ВОЗ).

Третья проба цианобактерий с доминированием Anabaena была отобрана нормальных условиях, в отсутствие нагонных явлений и ЛД50составила в н 99,35 мг/кг, что свидетельствует о высокой токсичности. В связи с этим, основании полученных данных сложно сделать обоснованный вывод о сре ней токсичности проб цианобактерий при доминировании Anabaena flc aquae.

Распределение значений ЛД50 в пробах с доминированием цианобактер! Aphanizomenon Jlos-aquae отличалось от других. На рисунке 8 мы видим л личие отдельных массивов данных, один из которых характеризуется низк< токсичностью, а другой - высокой. При детальном анализе проб было выя лено, что низкая токсичность (ЛД5овыше 300 мг/кг) наблюдается в тех пр бах, где присутствуют признаки деградации цианобактерий. Таковыми явл лись: полное разрушение трихомов Aphanizomenon Jlos-aquae на отдельш клетки, случаи регистрации голубой окраски массы цианобактерий при отб ре проб, наличие синих гранул в клетках, которые сигнализируют о разруш нии пигментного аппарата. Таким образом, можно сделать вывод, что сниж ние жизнеспособности цианобактерий приводит к уменьшению их токсичн сти. В связи с этим, мы приняли решение исключить данные пробы из поел дующего анализа влияния различных факторов на токсичность цианобакт рий.Среднее значение ЛД50в пробах с отсутствием признаков деградац; составило 86 мг/кг (95% доверительный интервал 67-110 мг/кг), на основан:

О 100 200 300 400 500 600

ЛДл, мг/кг

Рис. 8. Распределение ЛД5а (мг/кг) проб цианобактерий Шершневского водохранилища с доминированием цианобактерий Aphanizomenonfios-aquae

этого пробы цианобактерий с доминированием Aphanizomenon fios-aquae и отсутствием признаков деградации клеток могут быть отнесены к высокотоксичным в соответствии с классификацией ВОЗ.

В случае кодоминирования нескольких родов цианобактерий в пробе среднее ЛД50 составило 129 мг/кг (умеренно токсично по классификации ВОЗ).

При сравнении 95% доверительных интервалов средних значений ЛД50 цианобактерий разных родов видно (без учета проб Aphanizomenon с признаками деградации), что все они перекрываются со средними значениями других родов цианобактерий. Следовательно, можно сделать вывод, что циано-бактерии Шершневского водохранилища родов Microcystis, Aphanizomenon, Oscillatoria и Anabaena сопоставимы между собой по токсичности.

Влияние различных факторов на токсичность цианобактерий При оценке влияния факторов на токсичность цианобактерий с использованием регрессионного анализа было выявлено, что в пробах, взятых из районов образования нагонных явлений, токсичность цианобактерий снижена. Необходимо отметить, что несмотря на это, при образовании нагонных явлений создается высокая опасность для здоровья населения из-за огромной концентрации клеток цианобактерий в воде, а также выделения цианотоксинов непосредственно в воду.

При проведении регрессионного анализа не было выявлено влияния следующих факторов на токсичность цианобактерий: температуры воды (во время отбора); температуры воздуха (среднемесячной); среднего количества солнечных дней (за неделю, предшествующую отбору пробы); средней солнечной активности по числам Вольфа (за неделю, предшествующую отбору пробы); средней скорости ветра (за неделю, предшествующую отбору пробы); среднемесячного количества осадков; содержания биогенных веществ (Р, N, N/P); проточности, численности и биомассы цианобактерий в воде; качественного состава проб цианобактерий.

При проведении многофакторного дисперсионного анализа была выявлена следующая модель, включающая в себя факторы, оказывающие совместное влияние на токсичность цианобактерий (табл.5). Повышение проточности оказывает отрицательное влияние на токсичность цианобактерий, что легко

объяснимо, т.к. цианобактерии предпочитают условия с низким водоо ном. Повышение солнечной активности и количества солнечных дней ока. вают положительное влияние на токсичность. Это вполне согласуется с ли ратурными данными о том, что на пиках солнечной активности происхо; всплески токсичности цианобактерий и возникновения случаев отравле£ людей и животных (Логинова, 1995).

Таблица

Характеристики модели влияния факторов на ЛД50 цианобактерий

Фактор Коэффициент b Статистика Вальда Значимость

Солнечная активность - 0,9 ± 0,5 3,9 0.048

Проточность 1,710:±0,7-102 5.6 0,018

Количество солнечных дней - 12± 6 3,8 0,050

Примечание - коэффициент правдоподобия модели 9,9; р =0,019

Таким образом, оптимальными условиями для продукции токсинов Ц1 нобактериями Шершневского водохранилища является установление солне ной погоды в сочетании с высокой солнечной активностью и низкой протс ностыо.

Содержание микроцистина в воде Шершневского водохранилища

Оценку содержания микроцистина в воде Шершневского водохранилш проводили с июня но сентябрь 2006-2007 гг. (табл. 6).

Таблица

Содержание микроцистина в воде летом 2006-2007г.

Дата Концентрация микроцистина, мкг/л Дата Концентрация микроцистина, мкг/л

22.06.2006 0,009 21.06.2007 5,350*

28.06.2006 0,007 28.06.2007 4.200*

05.07.2006 0,052 28 06.2007 0,060

12.07.2006 0,057 12.07.2007 0,077

18.07.2006 0,142 19.07.2007 0,211

26.07.2006 0.120 26.07.2007 0,225

02.08.2006 0,214 09.08.2007 0,998

09.08.2006 1,100 16.08.2007 0.037

16.08.2006 0,212 22.08.2007 1,324

05.09.2006 0,395 30.08.2007 4,540

28.09.2006 2,320 06.09.2007 5,490

05.10.2006 1.164 13.09.2007 8,220

27.09.2007 4,418

04.10.2007 0,648

Примечание: * - проба воды из сгона (места концентрации большого количества цианобактерий, возникающей в результате неблагоприятных метеорологических условий).

Полученные результаты лучше всего описываются логнормальным ра пределением (О критерий Колмогорова-Смирнова = 0,15; р > 0,1). Содерж ние микроцистина летом 2006-2007 гг. характеризовалось значительной н равномерностью. При доминировании цианобактерий родов АпаЬаепа

Aphanizomenon концентрация микроцистина в соде не превышала 1 мкг/л (уровень, рекомендованный ВОЗ в качестве ПДК микроиистина в воде). Следует отметить, что ЛД50 проб цианобактерий часто опускалось ниже отметки в 100 мг/кг, что свидетельствует о высокой токсичности, и численность клеток в некоторых пробах превышала 100 млн. кл/л.

Эти данные свидетельствуют о том, что токсичность цианобактерий родов Anabaena и Aphanizomenon Шершневского водохранилища определяется наличием в клетках других токсинов, нежели микроцистина. Согласно литературным данным Aphanizomenon flos-aquae действительно не синтезируют микроцистин, однако, цианобактерии рода Anabaena обладают способностью к продукции микроцистина (Toxic cyanobacteria, 1999). Однако, этот ген присутствует не у всех видов и штаммов данного рода. К примеру, в недавних работах российских ученых (Кожевников, 2008) показано, что в Красноярском водохранилище Anabaena lemmermanii не обладает геном синтеза микроцистина. Вполне возможно, что ген микроцистинсинтетазы либо отсутствует в популяции Anabaena flos-aquae Шершневского водохранилища, либо не экспрессируется.

Превышение уровня содержания микроцистина в воде в 1 мкг/л происходило в 2006 г. на фоне развития Oscillatoria agardhii. По литературным данным Osciilatoria agardhii обладает способностью к синтезу микроцистина (Toxic cyanobacteria, 1999). Максимальная концентрация микроцистина в 2006 году была зарегистрирована 28.09.2006 и составила 2,3 мкг/л.

При рассмотрении динамики содержания микроцистина в воде в 2007 г. выявлены похожие тенденции. В июне 2007г. на фоне доминирования Anabaena flos-aquae концентрация микроцистина в воде в целом не превышала 1 мкг/л. Исключением являлись случаи возникновения нагонных явлений цианобактерий рода Anabaena в 21 и 28 июня 2007 г., когда локальные концентрации микроцистина достигали 4-5 мкг/л (численность цианобактерий 7,5-8 млрд. кл./л., ЛД30= 196 мг/кг). По данным ВОЗ максимальная концентрация микроцистина, зарегистрированная при образовании нагонных явлений цианобактерий рода Microcystis, составила 25 000 мкг/л. С учетом этого, концентрация микроцистина, в воде в 4-5 мкг/л в нагонных явлениях представляется ничтожно малой. Кроме того, важным является то, что 1% от общей численности составлял Microcystis aeruginosa. С учетом огромной концентрации клеток в воде это составило 21.06.07 примерно 52 млн. кл./л Microcystis. Таким образом, микроцистин, присутствующий в данной пробе в концентрации 5,3 мкг/л, вполне может быть отнесен на счет Microcystis aeruginosa, который является высокоэффективным продуцентом данного токсина.

В этот же день концентрация микроцистина на открытой воде в 500 метрах от места образования нагонных явлений не превышала 1 мкг/л (Таблица 6) при численности клеток цианобактерий 20 млн. кл./л (90% Anabaena от общей численности). Этот факт также подтверждает гипотезу о том, что цна-нобактерии рода Anabaena Шершневского водохранилища не синтезируют микроцистин, либо синтезируют его в ничтожно малых количествах, несущественных с точки зрения вклада в токсичность.

В июле 2007 года на фоне доминирования цианобактерий Aphanizome flos-aquae концентрация микроцистина в воде ни разу не превысила порог мкг/л, несмотря на то, что максимальная численность достигала 300 млн.кл при ЛД50 = 93 мг/кг (проба от 19.07.2007).

В августе 2007 начинается постепенное увеличение концентрации микр цистина в воде, которая достигает своего пика в середине сентября. Перв( случай достижения концентрации микроцистина в воде в 1 мкг/л зарегистр рован 09.08.2007. Эта дата совпадает с появлением среди доминантов Oscil, toria agardhii, которая составила 48% от общей численности цианобактерг Весь сентябрь 2007 года характеризовался стойким превышением концентр ции 1 мкг/л микроцистина в воде на фоне массового развития Oscillatoi agardhii. Концентрация цианобактерий в воде достигала 120-200 млн.кл./л.

В пробах с высокой степенью доминирования Oscillatoria agardhii (8 92%) была рассчитана пороговая концентрация клеток этих цианобактер! при которой содержание микроцистина в воде достигнет 1 мкг/л. Она коле лется в диапазоне 6-22 млн.кл./л. Таким образом, минимальное зарегистрир ванное значение концентрации клеток Oscillatoria agardhii, при которой с держание микроцистина в воде достигнет 1 мкг/л, составило б млн. кл./л.

При оценке зависимости содержания микроцистина в воде от концентр ции клеток цианобактерий разны* родов с помощью регрессионного анали была получена модель (табл. 7), которая указывает на наличие сильной свя между анализируемыми показателями (R=0,94; R2 =0,88; F=16,8; р < 0,00 Также, было выявлено, что концентрация клеток Aphanizomenon и Anabae не оказывает достоверного влияния на содержание микроцистина (р=0,65 р=0,71 соответственно).

Таблица

Характеристики модели зависимости содержания микроцистина в воде от концентрации клеток цианобактерий родов Microcystis и Oscillatoria

Фактор Коэффициент b Ошибка коэффициента!) t критерий Стьюдента Значимость

Константа 0,1 0.4 0.34 0,74

NMcst 0,10 0,02 5.2 <0,001

Nok" 0,047 0,007 6,4 <0,001

Примечание - * NMtSi - концентрация клеток цианобактерий рода Microcystis в воде: ** Nofc- концентрация клеток цианобактерий Oscillatoria agardhii в воде

Из модели математически рассчитаны пороговые концентрации клетс при которых будет достигнуто содержание микроцистина в воде в 1 мкг, отдельно для цианобактерий рода Microcystis и Oscillatoria agardhii. На ось ве статистичеких данных пороговая концентрация клеток цианобактерий р да Microcystis, при которой будет создаваться концентрация микроцистина воде в 1 мкг/л, составила 9 млн. кл./л, что вполне согласуется с полученны; ранее на основе анализа отдельных проб данными. Соответствующая порог вая концентрация клеток цианобактерий Oscillatoria agardhii, при котор

будет создаваться концентрация микроцистина в воде в 1 мкг/л, составила 19 млн. кл./л. (при анализе отдельных проб 6-22 млн.кд./л).

Использование системы мониторинга развития токсичных цианобак-терий, рекомендованной ВОЗ, с учетом экологических особенностей Шершневского водохранилища

Безусловно, содержание микроцистина в клетках цианобактерий варьирует в зависимости от физиологического состояния, фазы роста, различных факторов внешней среды. Минимальная концентрация клеток микроцистин-синтезирующих видов цианобактерий Шершневского водохранилища, при которой достигается содержание микроцистина в воде в 1 мкг/л, составила 6 млн.кл/л. Следует отметить, что по результатам наших исследований циано-бактерии Шершневского водохранилища четырех родов Microcystis, Oscilla-toria, Anabaena и Aphanizomenon не отличаются по средней токсичности. Следовательно, несмотря на отсутствие продукции микроцистина у цианобактерий родов Anabaena и Aphanizomenon Шершневского водохранилища, опасность их развития сопоставима с таковой при развитии микроцистинсин-тезирующих видов.

Таким образом, для Шершневского водохранилища величина 6 млн. кл/л может быть обозначена как первый аварийный уровень концентрации цианобактерий в воде, который требует принятия управленческих решений в соответствии с рекомендациями ВОЗ (Toxic cyanobacteria, 1999). При достижении его рекомендуется произвести оценку концентрации микроцистина в воде водоема и эффективности существующей системы очистки воды по отношению к данному уровню токсинов.

По рекомендации ВОЗ в случае неэффективности существующих систем очистки воды при достижении аварийного уровня 2 (для Шершневского водохранилища - 300 млн.кл./л), необходимо переключиться на альтернативный план водоснабжения, предусмотренный на случай чрезвычайных ситуаций. В реальной ситуации для Шершневского водохранилища действия сводятся к информированию населения об опасности потребления воды без предварительной очистки и настоятельным рекомендациям по использованию фильтров или бутилированной воды. Даже эти меры приведут к серьезному снижению опасности для здоровья населения, по сравнению с отсутствием каких-либо действий, которое наблюдается в настоящее время.

ВЫВОДЫ

1. В Шершневском водохранилище ежегодно в период с июня по сентябрь регистрируется массовое развитие цианобактерий, достигающее максимума-200 - 300 млн. кл/л в июле-августе. При образовании нагонных явлений концентрация цианобактерий может достигать 8 млрд. кл/л.

2. Доминантами в сообществе цианобактерий Шершневского водохранилища являются представители четырех родов: Aphanizomenon, Microcystis, Oscilla-toria, Anabaena. Доминирование цианобактерий рода Anabaena за анализируемый период (2004 - 2007 гг.) наблюдалось только в июне, цианобактерии рода Aphanizomenon могут доминировать с июня по октябрь, но наиболее часто в июле. В дальнейшем в зависимости от экологических условий в водо-

еме начинают доминировать цианобакгерии родов Microcy (преимущественно в августе) или Oscillatoria (сентябрь).

3. В Шершневском водохранилище в летний период происходит массов развитие токсичных цианобактерий, обладающих гепатотропным, нейротс сическим и раздражающим действием. Среднее значение ЛД50 цианобаг рий в пересчете на сухой вес составляет 126 мг/кг (доверительный интерн 103 - 154 мг/кг). В соответствии с классификацией ВОЗ, пробы цианобак-рий в 49% случаев являются высокотоксичным (ЛД50 < 100мг/кг); 49% -умеренно токсичным (ЛД50100-500 мг/кг); 2% проб цианобактерий были hi котоксичными (ЛД50 500 - 1000 мг/кг). Не выявлено закономерных сезонш изменений токсичности цианобактерий; резкие спады токсичности наблю; лись в случае деградации клеток цианобактерий.

4. Цианобактерии Aphanizomenon flos-aquae, Oscillatoria agardhii, Anabae flos-aquae, а также цианобактерий рода Microcystis Шершневского воfloxj нилища сопоставимы между собой по токсичности. Цианобактерии род Microcystis и Oscillatoria синтезируют микроцистин. Цианобактерии Apf nizomenon flos-aquae и Anabaena flos-aquae Шершневского водохранилш не синтезируют микроцистин или синтезируют его в ничтожно малых кол чествах, а их токсичность определяется другими токсинами.

5. Развитие цианобактерий рода Microcystis в среднем в количестве 9 млн. t л или цианобактерий рода Oscillatoria в количестве 19 млн. кл/л приводит повышению концентрации микроцистина воде в среднем до 1 мкг/л. Миь мальная концентрация клеток цианобактерий в воде, приводящая к создан! концентрации микроцистина в воде 1 мкг/л составляет 6 млн. кл/л.

6. Система мониторинга развития токсичных цианобактерий, рекомендовг ная ВОЗ, адаптирована для использования в условиях Шершневского вох хранилища.

Список работ, опубликованных по теме диссертации Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Пряхин Е.А., Тряпицына Г.А., Ячменев В.А., Бурмистрова А.Л., Андре С.С., Сафонова Е.В. (Гаврилова), Дерябина Л.В., Коломиец И.А., Черн К.С. Оценка токсических свойств цианобактерий Шершневского водохра! лища Челябинской области // Гигиена и санитария. 2008. № 1. С. 73-75.

2. Тряпицына Г.А., Сафонова Е.В. (Гаврилова), Жолдакова З.И., Синицына О.О., Дерябина Л.В., Коломиец И.А., Андреев С.С., Ячменев В.А., Пряхин Е.А. Влияние токсинов цианобактерий рода Microcystis Шершневского вод хранилища на ДНК, клеточный цикл и агтоптоз клеток костного мозга у мышей линии СВА // Гигиена и санитария. 2008. К° 4. С. 69 -- 72. Публикации в других изданиях

3. Сафонова Е. В. (Гаврилова) Оценка влияния различных факторов на т< сичность цианобактерий Шершневского водохранилища // Вестник Челяб! ского государственного университета. Биология. Вып. 1. Хз4. 2008. С. К 137.

4. Пряхин Е.А., Ячменев В.А., Дерябина Л.В., Тряпицына Г.А., Андреев С. Сафонова Е.В. (Гаврилова) Устюгова Т.Ю., Чернов К.С., Бурмистрова А

енка токсического и раздражающего действия цианобактерий Шершневого водохранилища // Безопасность биосферы: Сборник тезисов докладов/ катеринбург: УГТУ-УПИ. 2005. С. 63.

.Тряпииына Г.А., Андреев С.С., Сафонова Е.В. (Гаврилова), Пряхин Е.А. Динамика токсичности цианобактерий Шершневского водохранилища в течение вегетационного периода 2005 года // Экологическая политика в обеспечении устойчивого развития Челябинской области: Материалы Межрегиональной научно-практической конференции, Челябинск: Челяб. гос. ун -т. 2005. С. 167-169.

.Пряхин. Е.А., Ячменев В.А., Дерябина Л.В., Тряпииына Г.А., Андреев С.С., Сафонова Е.В. (Гаврилова), Устюгова Т.Ю., Чернов К.С., Бурмистрова A.JI. Токсические свойства цианобактерий Шершневского водохранилища // Экологические проблемы Челябинской области: тез. региональной конф., 13 октября 2004г., г. Челябинск. Челябинск, 2004. С. 15-16. .Сафонова Е.В. (Гаврилова) Оценка цитотоксического и генотоксического действия цианобактерий Шершневского водохранилища // Адаптация биологических систем к естественным и экстремальным факторам среды : материалы 1 Ме:-лдунар. науч.-практ. конф. Челябинск, 2006. С.148-15!. .Пряхин Е.А., Ячменев В.А., Дерябина Л.В., Тряпииына Г.А., Андреев С.С., Сафонова Е.В. (Гаврилова), Устюгова Т.Ю., Чернов К.С., Бурмистрова А.Л. Оценка токсического и раздражающего действия цианобактерий Шершневского водохранилища // Безопасность биосферы: Сборник тезисов докладов. Екатеринбург, 2005. С. 63.

.Пряхин Е.А., Тряпицына Г.А., Сафонова Е.В. (Гаврилова), Андреев С.С., Коломиец И.А., Белоногова С.П., Ячменев В.А. Значение определения токсических свойств цианобактерий при оценке опасности воды поверхностных водоемов для здоровья населения // Охрана водных объектов Челябинской области. Проблемы и пути их решения в условиях современного законодательства. Сборник докладов и сообщений областной научно-практической конференции. Челябинск, 2007. С.78-81. З.Ячменев В. А., Тряпицына Г. А., Сафонова Е.В. (Гаврилова), Андреев С.С., Коломиец И.А., Дерябина Л.В., Ходоровская Н.И., Пряхин Е.А. К вопросу о качестве воды поверхностных источников питьевого водоснабжения // Экологический ежегодник. 2008. № 2. С.36-37. 1.Сафонова Е.В. (Гаврилова), Тряпицына Г. А., Ячменев В.А., Андреев С.С., Коломиец И.А., Пряхин Е.А. Влияние различных факторов на токсичность цианобактерий // Охрана водных объектов Челябинской области. Современные технологии водопользования. Сборник докладов и сообщений областной ежегодной научно-практической конференции. Челябинск, 2008. С.152-157.

I.Гаврилова Е.В., Ячменев В.А., Пряхин Е.А. Влияние различных природных факторов на токсичность цианобактерий Шершневского водохранилища // Экология в высшей школе: синтез науки и образования. Материалы Всероссийской научно-практической конференции. Челябинск, 2009. С. 195 -197.

Подписано к печати 14.05.2009г. Формат 60x84 1/16 Объем 1,0 уч.-шд.л. Заказ № 998 Тираж 100экз. Отпечатано на ризографе в типографии ГОУ ВПО ЧГПУ 454080, г. Челябинск, пр. Ленина, 69

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Гаврилова, Екатерина Викторовна

Введение.

Глава 1. Массовое развитие цианобактерий в пресноводных водоемах.

1.1 Особенности биологии цианобактерий, определяющие их массовое развитие в водоемах.

1.2 Экологические особенности, определяющие массовое развитие цианобактерий в водоемах.

1.3 Экологические эффекты массового развития цианобактерий в водоемах.

1.4 Влияние токсинов цианобактерий на млекопитающих и человека.

1.5. Влияние различных факторов на токсичность цианобактерий.

Глава 2. Материалы и методы исследования.

2.1 Отбор проб и пробоподготовка.

2.2 Методика оценки показателей развития фитопланктона.

2.3 Методика оценки токсического и раздражающего действия цианобактерий.

2.4 Методика оценки содержания микроцистина в воде.

2.5 Статистическая обработка и оценка результатов исследования.

Глава 3. Результаты и их обсуждение.

3.1. Фитопланктон Шершневского водохранилища.

3.2 Динамика количественного развития цианобактерий в 2004-2007гг.

3.3 Видовой состав доминантного комплекса цианобактерий в 2004-2007гг.

3.4 Токсические свойства цианобактерий.

3.5 Влияние различных факторов па токсичность цианобактерий.

3.6 Содержание микроцистина в воде Шершневского водохранилища.

3.7 Использование системы мониторинга развития токсичных цианобактерий, рекомендованной ВОЗ, с учетом экологических особенностей Шершневского водохранилища.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Видовой состав, динамика численности и токсичность цианобактерий Шершневского водохранилища Челябинской области"

Актуальность проблемы. С середины 20-го века в связи с ростом антропогенного загрязнения водных экосистем (в том числе за счет биогенных веществ), а также в связи зарегулированием стока рек с целью создания водохранилищ, началось лавинообразное нарастание количества эвтрофированных водоемов. Одним из самых неблагоприятных последствий эвтрофикации является массовое развитие цианобактерий, которое иначе называют «цветением» водоемов (Toxic Cyanobacteria., 1999). Это явление само по себе является мощным стрессором для водных экосистем и создает множество проблем при рекреационном, хозяйственном и питьевом использовании водоемов.

Увеличение продукции органического вещества при массовом развитии цианобактерий, и последующее его разложение приводит к резкому снижению концентрации растворенного кислорода, появлению сероводорода в придонных слоях, высвобождению из донных отложений различных токсических веществ. Это может привести к массовой гибели гидробионтов, в частности, рыб и, как следствие, к существенной перестройке структуры биоценоза.

Цветение» водоемов создает механические помехи при водоочистке, использовании воды в технических целях, а также снижает рекреационную ценность водоема. Кроме того, цианобактерии способны синтезировать токсические вещества — цианотоксины. Не менее 50% случаев «цветения» вызвано массовым развитием токсичных цианобактерий (Toxic Cyanobacteria., 1999). «Цветение» воды, возникающее в водоемах различных экологических зон мира, чаще всего вызывается представителями одних и тех же родов цианобактерий

Microcystis, Aphanizomenon, Anabaena, Oscillatoria, Nostoc, Lyngbya. С конца 1980-х годов началось выделение и идентификация химических веществ, определяющих токсичность цианобактерий. К настоящему времени идентифицировано множество структурных вариантов 3 цианотоксинов, относящихся к следующим основым классам: микроцистины, нодулярины, сакситоксины, анатоксины, цилиндроспермопсины, лингбиатоксины и др.

Цианотоксины оказывают негативное влияние на фитопланктон, водных беспозвоночных, а также могут вызывать массовую гибель рыб. Однако не менее 'серьезную опасность цианотоксины представляют для здоровья человека при использовании воды в питьевых и рекреационных целях, а также за счет накопления цианотоксинов в продуктах питания. На сегодняшний день накопилось достаточно большое количество фактических материалов о токсическом действии цианобактерий на млекопитающих и человека (Горюнова, Демина, 1974; Carmichael, 2001). В зависимости от органа-мишени цианотоксины подразделяют на гепатотоксины (микроцистин, нодулярин), нейротоксины (анатоксин-а, сакситоксин), цитотоксины (цилиндроспермопсин) (Runnegar et al, 7988). Наиболее частыми проявлениями отравления цианотоксинами являются тошнота, рвота, абдоминальная боль, диарея; при кожных поражениях -эритематозный папуловезикулярный дерматит, зуд; конъюнктивиты (Lippy, Erb, 1976; Byth, 1980). В крайнем случае, попадание цианотоксинов в организм человека может привести к смерти. Наибольшее число случаев отравлений с летальным исходом, связанных с употреблением питьевой воды, содержащей токсины цианобактерий, было зафиксировано в Бразилии (Teixera et al, 1993). Кроме того, было зарегистрировано 52 случая гибели больных, при проведении гемодиализа с использованием воды, содержащей цианотоксины (микроцистин LR) (Jochimsen et al, 1998). При длительном поступлении цианотоксинов в малых дозах с водой могут развиваться заболевания печени, а также повышение частоты первичного рака печени (Yu, 1989, 1995).

Существуют многочисленные сведения об отрицательных последствиях для здоровья у людей, купающихся в водоемах во время «цветения» воды, которые проявляются в возникновении лихорадки, желудочно-кишечных расстройств, поражении кожи и- глаз (Pilotto et al, 1997; Cohen, Reif, 1953; Mittal et al, 1979).

Проблема массового развития токсичных цианобактерий в водоемах питьевого и рекреационного назначения с точки зрения' опасности для здоровья населения отнесена Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ) к одной < из приоритетных (Toxic Cyanobacteria., 1999). В большинстве развитых стран установлены ПДК для' наиболее распространенных цианотоксинов, установлены сигнальные уровни количественного развития токсичных цианобактерий, определена программа менеджмента токсичного цветения и комплекс мероприятий по предупреждению неблагоприятного воздействия' цианотоксинов на здоровье населения. В нашей стране к настоящему времени стандарты безопасного для здоровья человека содежания цианотоксинов в воде и продуктах питания все еще не разработаны. I

В Шершневском водохранилище, которое является единственным источником хозяйственно-питьевого водоснабжения г. Челябинска и городов спутников, а также водоемом, который используется в рекреационных целях, ежегодно регистрируется, массовое развитие цианобактерий. В- июле-августе численность цианобактерий часто превышает 100 млн.кл/л и достигает точечных максимумов при образовании нагонных явлений до 8 млрд. кл./л. Работы, связанные с изучением токсикологического аспекта массового' развития цианобактерий, включающие определение содержания цианотоксинов в воде, в нашей стране на сегодняшний день очень малочисленны (Волошко, 2005). Безусловно, существует непонимание масштаба развития токсического «цветения» водоемов в нашей стране и это не позволяет защитить население при использовании воды в питьевых и рекреационных целях. Актуальность данной работы лежит в плоскости изучения закономерностей развития токсического «цветения» водоемов, что является первым шагом к разработке системы мониторинга и обеспечения безопасности населения. Цель работы:

Изучение закономерностей сезонной динамики количественного развития, видового состава и токсичности цианобактерий Шершневского водохранилища. j

Задачи исследования:

1. Проанализировать сезонную динамику численности цианобактерий в воде Шершневского водохранилища в 2004-2007гг.

2. Изучить закономерности сезонной динамики видовой структуры доминирующего комплекса цианобактерий Шершневского водохранилища.

3. Оценить токсические свойства и динамику токсичности цианобактерий Шершневского водохранилища.

4. Определить содержание микроцистина в воде Шершневского водохранилища

5. Адаптировать систему мониторинга развития токсичных цианобактерий, рекомендованную ВОЗ, с учетом экологических особенностей Шершневского водохранилища.

Научная новизна

1. Впервые выявлено, что в Шершневском водохранилище в летний период происходит массовое развитие токсичных цианобактерий, обладающих гепатотропным, нейротоксическим и раздражающим действием.

2. Впервые проведена оценка динамики содержания микроцистина в воде Шершневского водохранилища.

3. Впервые выявлены закономерности влияния экологических факторов на смену доминантов цианобактерий на примере Шершневского водохранилища. Теоретическая значимость

1. Результаты работы расширяют представления о влиянии экологических факторов на количественное развитие, смену доминантов и 6 токсичность цианобактерий. Оптимальными условиями для продукции токсинов цианобактериями Шершневского водохранилища является установление солнечной погоды в сочетании с высокой солнечной активностью и низкой проточностыо.

2. Результаты работы представляют научный и практический интерес в сфере изучения закономерностей сезонной динамики видовой структуры доминирующего комплекса цианобактерий в искусственных водных экосистемах на примере Шершневского водохранилища. Практическая значимость

Разработана «Методика выполнения измерений массовой концентрации микроцистина в природной и питьевой воде фотометрическим методом», которая прошла государственную аттестацию в соответствии с ГОСТ Р 8.563 (свидетельство об аттестации № 224.01.03.206/2008) и используется в работе экспериментального отдела Федерального государственного учреждения науки «Уральский научно-практический центр радиационной медицины». Методика используется при проведении экологического мониторинга Шершневского водохранилища, который осуществляет ГОУВПО «Челябинский государственный унивеситет».

Определены пороговые уровни количественного развития микроцистин-синтезирующих цианобактерий {Microcystis spp., Oscillatoria agardhii), соответствующие содержанию микроцистина в воде Шершневского водохранилища в количестве 1 ПДК, рекомендованной ВОЗ. Результаты проведенных исследований могут быть использованы для определения и обоснования безопасных уровней количественного развития токсичных цианобактерий в воде.

Материалы диссертации используются в учебном процессе в рамках курса «Экотоксикология» на кафедре биоэкологии ГОУВПО «Челябинский государственный университет»

Основные положения, выносимые на защиту

1. В Шершневском водохранилище в летний период происходит массовое развитие токсичных цианобактерий, обладающих гепатотропным, нейротоксическим и раздражающим действием. Среднее значение ЛД50 цианобактерий в пересчете на сухой вес составляет 126 мг/кг (доверительный интервал 103 - 154 мг/кг).

2. Цианобактерии родов Microcystis и Oscillatoria Шершневского водохранилища синтезируют микроцистин. Цианобактерии родов Aphcmizomenon и Anabaena не синтезируют микроцистин или синтезируют его в ничтожно малых количествах.

3. Развитие цианобактерий рода Microcystis в количестве 9 млн. кл/л или цианобактерий рода Oscillatoria в количестве 19 млн. кл/л приводит к повышению концентрации микроцистина воде в среднем до 1 мкг/л. Минимальная зарегистированная концентрация клеток цианобактерий в воде, приводящая к созданию концентрации микроцистина в воде 1 мкг/л, составляет 6 млн.кл/л.

Апробация материалов работ.

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на региональной конференции «Экологические проблемы Челябинской области» (Челябинск, 2004), Межрегиональной научно-практической конференции «Экологическая политика в обеспечении устойчивого развития Челябинской области» (Челябинск: Челяб. гос. ун-т. 2005), Всероссийском молодежном научном симпозиуме «Безопасность биосферы» (Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2005), I Международной научно-практической конференции «Адаптация биологических систем к естественным и экстремальным факторам среды» (Челябинск, 2006), областной научно-практической конференции «Охрана водных объектов Челябинской области» (Челябинск, 2007), II Санкт-Петербургском Международном Экофоруме «Окружающая среда и здоровье человека» (Санкт-Петербург, 2008), Всероссийской научно-практической конференции «Экология в высшей школе: синтез науки и образования» (Челябинск, 2009).

Структура и объем диссертации

Диссертация изложена на 138 страницах машинописного текста и состоит из введения, обзора литературы, главы, описывающей материалы и методы исследований, главы результатов собственных исследований и их обсуждения, выводов, списка литературы. Диссертация включает 19 таблиц и 22 рисунка Указатель использованной литературы состоит из 140 источника, из которых 91 -иностранных авторов.

Заключение Диссертация по теме "Экология", Гаврилова, Екатерина Викторовна

выводы

1. В Шершневском водохранилище ежегодно в период с июня по сентябрь регистрируется массовое развитие цианобактерий, достигающее максимума — 200 - 300 млн. кл/л в июле-августе. При образовании нагонных явлений концентрация цианобактерий может достигать 8 млр>д. кл/л. ,

2. Доминантами в сообществе цианобактерий Шершневского водохранилища являются представители четырех родов: Aphanizomenon, Microcystis, Oscillatoria, Anabaena. Доминирование цианобактерий рода Anabaena за анализируемый период (2004 — 2007 гг.) наблюдалось только в июне, цианобактерии рода Aphanizomenon могут доминировать с июня по октябрь, но наиболее часто в июле. В дальнейшем в зависимости от экологических условий в водоеме начинают доминировать цианобактерии родов Microcystis (преимущественно в августе) или Oscillatoria (сентябре).

3. В Шершневском водохранилище в летний период происходит массовое развитие токсичных цианобактерий, обладающих гепатотропным, нейротоксическим и раздражающим действием. Среднее значение ЛД50 цианобактерий в пересчете на сухой вес составляет 126 мг/кг (доверительный интервал 103 - 154 мг/кг). В соответствии | с классификацией ВОЗ, пробы цианобактерий в 49% случаев являются высокотоксичным (ЛД50 < 100мг/кг); 49% — к умеренно токсичным (ЛД50 100-500 мг/кг); 2% проб цианобактерий были низкотоксичными (ЛД50 500 - 1000 мг/кг). Не выявлено закономерных сезонных изменений токсичности цианобактерий; резкие спады токсичности наблюдались | в случае деградации клеток цианобактерий. |

4. Цианобактерии Aphanizomenon flos-aquae, Oscillatoria agardUii, Anabaena flos-aquae, а также цианобактерий рода Microcystis Шершневского водохранилища сопоставимы между собой по токсичности. I

Цианобактерии родов Microcystis и Oscillatoria синтезируют микроцистин.

Цианобактерии Aphanizomenon flos-aquae и АпаЪаепа flos-aquae Шершневского водохранилища не синтезируют микроцистин или синтезируют его в ничтожно малых количествах, а их токсичность определяется другими токсинами. ]

5. Развитие цианобактерий рода Microcystis в среднем в количестве 9 млн. кл/л или цианобактерий рода OsciUatoria в количестве 19 млн. кл/л приводит к повышению концентрации микроцистина воде в среднем до 1 мкг/л. Минимальная концентрация клеток цианобактерий в воде, приводящая к созданию концентрации микроцистина в воде 1 мкг/л составляет 6 млн. кл/л.

6. Система мониторинга развития токсичных цианобактерий, рекомендованная ВОЗ, адаптирована для использования в условиях Шершневского водохранилища.

Благодарности

Автор выражает благодарность и глубокую признательность доктору биологических наук Е.А.Пряхину за руководство работой, помощь в освоении программных средств статистической обработки и искреннее сердечное участие; кандидату биологических наук JI.B. Дерябиной за ценный опыт совместных полевых работ, всем сотрудникам экспериментального отдела УНПЦРМ за поддержку в проведении всех этапов работы; инженеру гидробиологу В.А. Антиповой (Сосновские очистные сооружения г. Челябинска); кандидату биологических наук Л.В.Снитько (Ильменский заповедник) за консультации и помощь в определении видов и ценнейшее профессиональное общение.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В глобальном масштабе деятельность человека приводит к все более радикальным изменениям естественных экосистем. На уровне водных экосистем эти изменения реализуются в двух основных направлениях:

1) создание искусственных водных экосистем (водохранилищ) для обеспечения растущих потребностей населения и производства в воде;

2) загрязнение водных экосистем (эвтрофикация, химическое и радиационное загрязнение).

В этих условиях при нарастании антропогенного прессинга, несмотря на существование множества положительных обратных связей^ в системе возникают отрицательные обратные связи, призванные их уравновесить. В качестве такого ответа водных экосистем на воздействие может рассматриваться явление токсического «цветения» воды (массового развития цианобактерий), ограничивающее человека в использовании водоемов для своих целей. I

Кроме зарегулирования стока и загрязнения водных экосистем в настоящее время имеется несколько других факторов, способствующих массовому развитию цианобактерий в водоемах. Например, глобальное потепление, за счет повышения зимних температур способствует повышению выживаемости цианобактерий в зимний период и раннему их вступлению в вегетацию. Накопление запасов биогенных веществ1 в донных отложениях является другим фактором. В последние годы во многих странах реализуется стратегия, направленная на ограничение поступления биогенных веществ в водоемы. Однако, из-за наличия j больших запасов нутриентов, накопленных в донных отложениях, эти меры не только не приводят к немедленному снижению уровня «цветения» водоемов, но и, в какой-то спепени, могут привести к повышению конкурентноспособности цианобактерий, которые при снижении концентрации- доступных биогенов в воде способны (в отличие от водорослей) эффективно использовать запасы донных отложений.

То есть, к настоящему времени сложился целый комплекс факторов, который позволяет с большой долей вероятности предсказывать усиление тенденции доминирования цианобактерий в поверхностных водоемах. Это все говорит о неизбежности возрастания проблемы, связанной с массовым развитием цианобактерий в водоемах — источниках питьевого-водоснабжения и водоемах, использующихся в рекреационных целях. ,

К настоящему времени все еще не создано эффективных технологий управления процессами развития цианобактерий. Эффективная защита населения в настоящее время может быть реализована только путем совершенствания технологий очистки воды. Такие эффективные технологии очень дорогостоящи и включают в себя 2 компонента: озонирование и последующую очистку воды с использованием угольных фильтров. В нашей стране такие подходы используются очень редко. *

Однако проблема массового развития цианобактерий становится все более распространенным явлением. Так, в последние годы появился целый ряд работ, посвященных изучению неблагоприятных последствий развития «цветения» в Ижевске, Екатеринбурге, Челябинске (Обоснование ., 199,6; Разработка., 2004; Определение., 2004; Оценка., 2005; Выявление.L, 2006. Комплексная., 2007). . !

В нашей стране до сих пор не установлены ПДК для содержания токсинов цианобактерий в питьевой воде и воде, используемой j в рекреационных целях, а также не определены уровни опасного количественного развития цианобактерий в водоемах. Отсутствие нормативных документов делает невозможным разработку и реализацию мероприятии, позволяющих защитить население от воздействия цианотоксинов. Работы, связанные с изучением токсикологического аспекта массового развития цианобактерий, включающие определение содержания цианотоксинов в воде, в нашей стране к настоящему времени очень малочисленны (Волошко, 2005). Настоящая работа как раз посвящена изучению этих аспектов на примере Шершневского водохранилища в Челябинской области.

В Шершневском водохранилище в настоящее время создались благоприятные условия для массового развития цианобактерий из-за

Ji достаточно высокой концентрации фосфора в воде и особенностей морфометрии и гидрологического режима водоема. Большую часть времени в период 1990-2007гг. концентрация фосфора находилась; в пределах 0,05-0,09 мг/л, часто поднимаясь до 1-1,5 мг/л во второй половине лета и в период паводка (Комплексная., 2007). Т.е. в воде постоянно поддерживается уровень фосфора, достаточный для массового развития цианобактерий (выше 0,02 мг/л). Наличие небольших заливов^ и хорошо прогреваемых мелководий обеспечивает оптимальные условия для раннего вступления цианобактерий в вегетацию и успешной зимовки больших популяций. |

При изучении гидробиологических показателей было выявлено, что акватория Шершневского водохранилища довольно четко делится на две части, отличающиеся по численности фитопланктона и структуре альгоценоза. В южной части, соответствующей речному плесу водохранилища, численность фитопланктона меньше, а выровненность таксонов выше. На глубоководных станциях в малопроточной части водохранилища гидрологический режим более близок к стоячим водам,| и регистрируется существенно более высокое развитие цианобактерий с их резко выраженным доминированием. Именно здесь в период с июля по сентябрь развиваются процессы «цветения» воды. j I

Таким образом, особенностью пространственно-временной динамики фитопланктона Шершневского водохранилища, является ежегодное массовое развитие цианобактерий в малопроточной части данного водоема. «Цветение» начинается с середины июня после весеннего пика размножения диатомовых водорослей, и длится порой до конца сентября при благоприятных метеорологических условиях. I

Максимальные значения численности цианобактерий составляют 200 — 300 млн.кл/л. В случае образования нагонных явлений концентрация цианобактерий может достигать 8 млрд. кл./л. В течение лета | в I

Шершневском водохранилище возрастает степень доминирования цианобактерий в альгоценозе. |

Доминантами в сообществе цианобактерий Шершневского водохранилища являются представители четырех родов: Aphanizomenon, Microcystis, Oscillatoria и Anabaena. В настоящей работе были выявлены некоторые закономерности смены доминантов цианобактерий 1 в Шершневском водохранилище. Доминирование цианобактерий рода Anabaena за анализируемый период (2004 — 2007 гг.) наблюдалось только в I июне, цианобактерии рода Aphanizomenon могут доминировать с июня по октябрь, но наиболее часто в июле. В дальнейшем в зависимости от экологических условий в водоеме начинают доминировать цианобактерии родов Microcystis (преимущественно в августе) или Oscillatoria (сентябрь).

Были выявлены условия, благоприятные для доминирования различных видов цианобактерий Шершневского водохранилища. Anabaena flos-aquae доминирует в Шершневском водохранилище в условиях высокой проточности и при низкой солнечной активности. Периоды доминирования Aphanizomenon flos-aquae характеризуются повышенным среднемесячным количеством осадков (72 мм) и высокой солнечной активностью. Виды рода Microcystis доминируют при установлении сухой погоды, низкой проточности водоема и высокой солнечной активности. Oscillatoria agardhii по результатам наших исследований получает конкурентное преимущество при низкой температуре воды (в среднем 14°С), малом количестве осадков, низкой проточности и низкой активности солнца. 1

Все виды цианобактерий, численность которых достигает 1 в Шершневском водохранилище уровня массового развития, обладают способностью к синтезу цианотоксинов в соответствии с литературными данными (Toxic., 1999). В связи с этим, нами были предприняты I исследования по оценке токсических свойств цианобактерий Шершневского водохранилища. В этих исследованиях при сравнении токсичности проб с доминированием 4 различных родов цианобактерий было выявлено, что цианобактерии Шершневского водохранилища родов Microcystis, Aphanizomenon, Oscillatoria и Anabaena сопоставимы между собой по токсичности. j

При анализе клинических симптомов отравления, картины гибели; и результатов вскрытия животных, можно утверждать, что токсины цианобактерий Шершневского водохранилища оказывают токсическое действие на ЦНС, вызывают поражения органов дыхания, паренхиматозных органов (печени, почек, селезенки). Кроме того, было выявлено, что цианобактерий Шершневского водохранилища раздражающим действием на кожу и глаза. |

В 2004-2007 гг. были проведены регулярные исследования острой токсичности цианобактерий Шершневского водохранилища на мышах линии СВА. Среднее значение ЛД50 составило 126 мг/кг (доверительный интервал 103-154 мг/кг). За весь исследуемый период было проанализировано 43 пробы цианобактерий: из них 49% можно было отнести к высокотоксичным (ЛД50 < 100мг/кг); 49% — к умеренно токсичным (ЛД50 100-500 мг/кг); 2% — к низкотоксичным (ЛД5о 500 - 1000 мг/кг). На основании этого, был сделан вывод, что в Шершневском водохранилище массового развития достигают токсичные цианобактерии, а, значит, на пике развития «цветения» создается опасность для здоровья населения, т.к. существующие системы очистки воды на Сосновских очистных водопроводных сооружениях не способны задерживать растворенные в воде цианотоксины. | I

При оценке динамики токсических свойств цианобактерий

Шершневского водохранилища было выявлено, что ЛД50 варьирует1 в широких пределах — от 48,4 до 572 мг/кг. Причем за короткие сроки этот показатель мог меняться почти в 10 раз (например, от 442,1 до 48,4 мг/кг за одну неделю). Для прояснения причин данного явления был проведен анализ влияния различных факторов на токсичность цианобактерий Шершневского водохранилища. С использованием регрессионного анализа было выявлено, что в пробах, взятых из районов образования нагонных явлений, токсичность цианобактерий снижена (ЛД5о порядка 200 мг/кг). Необходимо отметить, что даже с учетом некоторого снижения токсичности цианобактерий, при образовании нагонных явлений создается высокая опасность для здоровья населения из-за огромной концентрации клеток цианобактерий в воде, а также выделения цианотоксинов из клеток непосредственно в воду, что снижает вероятность задержки их на очистных сооружениях. I

Кроме того, значительное снижение токсичности (ЛД50 выше 300 мг/кг) наблюдали в пробах цианобактерий рода Aphanizomenon, где регистрировались признаки деградации клеток цианобактерий. Это хорошо согласуется с литературными данными, которые свидетельствуют о том, что при разрушении клеток цианобактерий происходит выброс токсинов из I клеток в воду (Toxic., 1999). Следует отметить, что во всех пробах цианобактерий, которые характеризовались ЛД50 выше 300 мг/кг, были зарегистрированы симптомы деградации клеток. Следовательно, резкие спады токсичности могут объясняться гибелью клеток цианобактерий. Вероятно, это происходит из-за наступления неблагоприятных условий в конкретном биотопе или старения локальной популяции, т.к. факторы, действующие на уровне водохранилища в целом (содержание биогенов, I температура воды и воздуха, проточность, солнечная активность, количество солнечных дней) не оказывают влияния на частоту регистрации симптомов гибели клеток цианобактерий. Следует отметить, что резкие спады токсичности по причине гибели клеток не является признаком снижения опасности употребления такой воды для питья или рекреационного использования, т.к. токсины переходят во внеклеточную фракцию.

При проведении многофакторного дисперсионного анализа признаков сопряженности в главной линейной модели было выявлено, что оптимальными условиями для продукции токсинов цианобактериями

Шершневского водохранилища является установление солнечной погоды в I сочетании с высокой солнечной активностью и низкой проточностью. Это хорошо подтверждается данными экспериментов на культурах цианобактерий, проведенных другими авторами. Так, по данным Watanabe с соавторами культивирование Microcystis aeruginosa при низкой освещенности приводило к снижению токсичности клеток, повышенная освещенность не вызывала достоверных изменений токсичности (Watanabe, Oishi, 1985), т.е. увеличение освещенности до определенного предела (очевидно, соответствующего природным условиям) стимулирует токсинообразование у цианобактерий. Помимо этого, эксперименты, проведенные на лабораторных культурах Microcystis JI.A. Сиренко j с сотрудниками, свидетельствуют о том, что слабое перемешивание среды путем аэрации существенно ингибировало деление клеток цианобактерий (Сиренко, 1972). В публикации Логиновой Е.В. выявлена корреляция пиков солнечной активности с увеличением токсичности цианобактерий j и вспышками возникновения отравлений цианотоксинами (Логинова, 1995). Таким образом, влияние факторов, выявленное при проведении многофакторного анализа вполне объяснимо, и эта модель может использоваться для прогноза токсичности цианобактерий Шершневского водохранилища. I

За период исследований с 2004-по 2007 гг. не было выявлено случаев массового развития нетоксичных штаммов цианобактерий, и колебания токсичности цианобактерий Шершневского водохранилища являются незначительными с точки зрения оценки опасности для здоровья населения. Более важную роль при определении степени опасности цветения» воды в Шершневском водохранилище играет оценка уровня количественного развития цианобактерий и концентрации токсинов в воде.

Анализ результатов определения концентрации мироцистина в воде показал, что среднее значение показателя в 2006 - 2007 гг. составило 0,4 мкг/л, а максимальное значение 8,2 мкг/л. Как оказалось, цианобактерии видов Aphanizomenon flos-aquae и Anabaena flos-aqnae Шершневского водохранилща не синтезируют микроцистин, или синтезируют его J в незначительных количествах. И наоборот, Oscillatoria agardhii 1 и цианобактерии рода Microcystis Шершневского водохранилища обладают способностью к синтезу этого токсина. I I

На основе анализа полученных данных была выявлена пороговая концентрация клеток цианобактерий рода Microcystis, при которой будет создаваться концентрация микроцистина в воде в 1 мкг/л (безопасней f уровень микроцистина в воде, рекомендованный ВОЗ). Она составила! 9 млн.кл/л, что вполне согласуется с полученными нами на основе анализа отдельных проб данными. Рассчитанная пороговая концентрация клеток I цианобактерий Oscillatoria agardhii Шершневского водохранилища, при I которой будет создаваться концентрация микроцистина в воде в 1 мкг/л,' в среднем составила 19 млн.кл/л. Это значение также попадает в диапазон пороговых концентраций, полученных при анализе отдельных проб (6-22 I млн.кл/л). 1

Безусловно, содержание микроцистина в клетках цианобактерий варьирует в зависимости от физиологического состояния, фазы роста, различных факторов внешней среды. Минимальная концентрация клеток микроцистинсинтезирующих видов цианобактерий Шершневского водохранилища, при которой достигается содержание микроцистина в воде в 1 мкг/л, составила 6 млн.кл/л. j

Следует отметить, что по результатам наших исследований цианобактерии Шершневского водохранилища четырех родов Microcystis, Oscillatoria, Anabaena и Aphanizomenon не отличаются по средней токсичности (см. раздел 3.5.1 данной работы). Следовательно, несмотря на отсутствие продукции микроцистина у цианобактерий родов Anabaena и Aphanizomenon Шершневского водохранилища, опасность их развития сопоставима с таковой при развитии микроцистинсинтезирующих видов, j

Всемирной организацией здравоохранения в 1999 году были определены уровни количественного развития токсичных цианобактерий в водоемах, при которых возникает опасность для здоровья населения при условии развития токсичных штаммов.

При расчете этих уровней за основу были взяты максимальные уровни содержания токсинов в клетках цианобактерий и предельно допустимая концентрация микроцистина в воде в 1 мкг/л (Toxic., 1999). При этом сигнальный уровень количественного развития цианобактерий соответствовал концентрации токсинов 0,1 ПДК, аварийный уровень 1 соответствовал 1 ПДК при использовании водоема в питьевых целях и 10 ПДК при рекреационном использовании, а аварийный уровень 2 J -концентрации токсинов в 50 ПДК. 1

В случае Шершневского водохранилища при максимальном содержании микроцистина в клетках цианобактерий, количественное развитие клеток 6 млн.кл/л создавало концентрацию микроцистина в воде 1 мкг/л. Этот уровень в соотсветствии с принципами, предложенными в руководстве ВОЗ (Toxic., 1999), может быть принят как первой j аварийный уровень. Соответственно, сигнальный уровень должен быть установлен как 0,6 млн.кл/л, а аварийный уровень 2-300 млн. кл/л.

Таким образом, концентрации цианобактерий, возникающие на пике развития «цветения» в Шершневском водохранилище, а особенно при образовании нагонных явлений, соответствуют высокому уровню риска i развития отравлений и неблагоприятных эффектов при купании людей, I вызванных токсинами цианобактерий и при использовании питьевой воды в это время в случае неэффективности существующих систем очистки. 1

В связи с этим, нами предложена система мероприятий, призванных снизить опасность возникновения неблагоприятных последствий для здоровья населения при массовом развитии цианобактерий в Шершневском водохранилище.

Таким образом, можно заключить, что настоящая работа позволяет обозначить проблему существования риска возникновения неблагоприятных эффектов для здоровья населения при массовом развитии токсичных цианобактерий. Это требует в ближайшее время решения следующих задач: |

1. Определение ПДК для токсинов цианобактерий, развивающихся! в поверхностных водоемах - источниках питьевого водоснабжения в РФ. '

2. Проведение эпидемиологических исследований по оценке влияния I цианотоксинов на здоровье населения использующего воду, содержащую токсины цианобактерий, в питьевых и рекреационных целях. J

3. Научное обоснование изменения существующих нормативных документов (СанПиНы, ГОСТы), регламентирующих качество питьевой воды и качество воды, используемой в рекреационных целях. '

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Гаврилова, Екатерина Викторовна, Пермь

1. Андреюк Е. И., Коптева Ж. П., Занина В. В. Цианобактерии. Киев, 1990.315 с.

2. Баринова С.С., Медведева Л.А., Анисимова О.В. Биоазнообразие водорослей-индикаторов окружающей среды. Тель-Авив, 2006. 498 с.

3. Брагинский Л.П., Береза В.Д., Величко И.М и др. «Пятна цветения», нагонные массы, выбросы синезеленых водорослей и происходящие в них процессы // «Цветение воды», Вып.1.- Киев, 1968.

4. Виноградова К.Л., Голлербах М.М., Зауер Л.М., Сдобникова Н.В. Зеленые, красные и бурые водоросли // Определитель пресноводных водорослей СССР. Л., 1980. Вып. 13. 248 с.

5. Волошко Л.Н., Копецкий И.И., Титова Н.Н., Плющ А.В., Драбкова В.Г., Капустина Л.Л., Пиневич А.В. Разнообразие токсинов, синтезируемых цианобактериями Ладожского озера // Автотрофные организмы: Материалы III Межд. конф. Москва, 2005. С. 23.

6. Голлербах М. М., Косинская Е. К., Полянский В.И. Синезеленые водоросли // Определитель пресноводных водорослей СССР. М., 1953. Вып. 2. 653 с.

7. Горюнова С. В., Демина Н. С. Водоросли продуценты токсических веществ. М., 1974. 256 с.

8. Ю.ГОСТ 17.1.3.07-82 Охрана природы. Гидросфера. Правила контроля качества воды водоемов и водотоков. М., 1982. 27 с.

9. П.Громов Б. В. Ультраструктура синезеленых водорослей. JL, 1976. 230 с.

10. Гусев М. В., Минеева JI. А. Микробиология: учебник для студентов биологических специальностей. М., 2003. 464 с.

11. Гусева К.А. «Цветение» воды, его причины, прогноз и меры борьбы с ними // Тр. ВГБО, 1952. №4.

12. Дедусенко-Щеголева Н.Т., Голлербах М. М. Желтозеленые водоросли // Определитель пресноводных водорослей СССР. M.-JL, 1962. Вып.5. 271 с.

13. Комплексная оценка и прогноз изменений состояния Шершневского водохранилища: Годовой отчет о НИР по государственному контракту №48-07/об от 09.04.2007 // ГОУ ВПО «Челябинский государственный университет». Челябинск, 2007. 127 с.

14. Кондратьева Е. Н., Максимова И. В., Самуилов В. Д. Фототрофные микроорганизмы. М., 1989. 210 с.

15. Кондратьева Н.В., Коваленко О.В. Краткий определитель видов токсических синезеленых водорослей. Киев, 1975. 80 с.

16. Коновалова Г.В. «Красные приливы» и «цветение» воды в Дальневосточных морях России и прилегающих акваториях Тихого океана//Биология моря. 1999. Т. 25. № 4. С. 263-273.

17. Коновалова Г.В. «Красные приливы» у восточной Камчатки. Петропавловск-Камчатский, 1995.

18. Коршиков О. А. Пщклас протококов1 (Protococcinea) // Визначник прюноводних водоростей Украшско1 РСР. Кшв, 1953. Вип. 5. 439 с.

19. Косинская Е.К. Десмидиевые водоросли // Флора споровых растений СССР. М., 1960. Т.5. Вып.1. 707 с.

20. Курейшевич А.В., Гусейнова В.П., Сакевич А.И. Влияние метаболитов водорослей на качество воды в условиях действия природных и антропогенных факторов // Гидробиологический журнал. 2003. Т.39. №6. С.57-71.

21. Логинова Е.В. Возможность проявления токсичности водорослей в водоемах Беларуси // Вестник БГУ. 1995. сер.2. №1. С. 55-63.

22. Матвиенко А.М. Золотистые водоросли // Определитель пресноводных водорослей СССР. М., 1954. Вып. 3. 188 с.

23. Методические рекомендации по сбору и обработке материалов при гидробиологических исследованиях на пресноводных водоемах: Фитопланктон и его продукция / под ред. Г. Г. Винберга. Л., 1984. 31 с.

24. Мошкова Н.А., Голлербах М.М. Зеленые водоросли. Класс Улотриксовые // Определитель пресноводных водорослей СССР. Л., 1987. Вып. 10 (1). 360 с.

25. Обоснование мероприятий по улучшению водно-экологического состояния Шершневского водохранилища: отчет о НИР / Российский научно-исследовательский институт комплексного использования и охраны водных ресурсов — Южно-Уральский филиал, 1996. 140 с.

26. Определение причины гибели рыбы в Шершневском водохранилище и оценка опасности воды водохранилища для здоровья населения: отчет о НИР (заключит.) / по договору № 06-04/0Б от 22.09.2004. УНИЦБТ. ГОУ ВПО «ЧелГУ». Челябинск, 2004. 108 с.

27. Попова Т.Г. Эгленовые водоросли // Определитель пресноводных водорослей СССР. М., 1955. Вып. 7. 282 с.

28. Приймаченко А. Д., Литвинова М. А. Распределение и динамика синезелёных водорослей в днепровских водохранилищах // «Цветение» воды. Сборник. Вып.1. Киев, 1968.

29. Пряхин Е.А. Тряпицына Г.А., Ячменев В.А., Бурмистрова А.Л., Андреев С.С., Сафонова Е.В. (Гаврилова), Дерябина Л.В.,

30. Коломиец И.А., Чернов К.С. Оценка токсических свойств цианобактерий Шершневского водохранилища Челябинской области // Гигиена и санитария. 2008. № 1. С. 73-75.

31. Разработка системы мероприятий по управлению качеством воды и состоянием водохранилищ Челябинской области (Долгобродское водохранилище, Аргазинское, Шершневское водохранилища и р.

32. Миасс между ними): Отчет о НИР (заключит.) Часть 3 / ДП ФГУП «ЮжУралНИИВХ». Инв.№72. Челябинск, 2004. с. 249-417.

33. Рогозин А.Г. Экологическое состояние особо охраняемых водных объектов Челябинской области на примере озера Большой Кисегач //I

34. Охрана водных объектов Челябинской области. Проблемы. Решения. Челябинск, 2006. С.112-116.

35. Руководство по гидробиологическому мониторингу пресноводных экосистем / под ред. В. А. Абакумова. СПб., 1992. 318 с.

36. Сиренко JI. А., Гавриленко М. Я. «Цветение» воды и евтрофирование. Методы его ограничения и использования сестона. Киев, 1978. 231 с.

37. Сиренко Л.А. Физиологические основы размножения синезеленых водорослей в водохранилищах. Киев, 1972. 204 с.

38. Стейниер Р., Эдельберг Э., Ингрэм Дж. Мир микробов: В 3-х т. Т.З. М., 1989. 567 с.

39. Таутс М.И. Управляемый биосинтез. М., 1966. 302 с.

40. Тец В. И. О токсичности синезеленых водорослей // Гигиена и санитария. 1964. № Ю. С. 106-108.

41. Трифонова И.С. Экология и сукцессия озерного фитопланктона. Л., 1990. 184 с.

42. Царенко П.М. Краткий определитель хлорококковых водорослей Украинской ССР. Киев, 1990. 208 с.

43. Acute Dermal Irritation // Environmental Protection Agency. Health Effects Test Guidelines. 1998. EPA712-C-98-196.

44. Acute Dermal Irritation // Environmental Protection Agency. Health Effects Test Guidelines. 1998. EPA 712-C-98-196.

45. Baganz D., Staaks G., Steinberg C. Impact of the cyanobacteria toxin, , microcystin-LR, on the behavior of zebrafish, Danio rerio. // Wat. Res. ' 1998. Vol. 32. P. 948-952.

46. Barica J., Kling H., Gibson J. Experimental manipulation of algal bloomcomposition by nitrogen addition // Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences. 1980. Vol. 37. P. 1175-1183.

47. Beattie K.A, Kaya K., Sano Т., Codd G.A. Three dehydrobutyrine (Dhb)-containing microcystins from the cyanobacterium Nostoc sp. // Phytochemistry. 1998. Vol. 47 (7). P.1289-1292.

48. Briand J.F., Leboulanger C., Humbert J.F., Bernard C., Dufour P. Cylindrospermopsis raciborskii (Cyanobacteria) invasion at midlatitudes: selection, wide physiological tolerance, or global warming // Journal of Phycology. 2004. № 40. P. 231-238. 1

49. Bulgakov N. G., Levich A. P. The nitrogen:phosphorus ratio as a factor regulating phytoplankton community structure // Archiv fur Hydrobiologie. 1999.146 (1). P. 3-22.

50. Byth S. Palm Island mystery disease // Med. J. Aust. 1980. Vol.2. P. 4042.

51. Cardellina J.H., Marner F.J., Moore R.E. Seaweed dermatitis, structure of lyngbyatoxin A // Science. 1979. Vol. 204. P. 193-195.

52. Carmichael W. W. Health Effects of Toxin Producing Cyanobacteria: "The CyanoHABS" // Human and Ecological Risk Assessment. 2001. V.7 №5. P. 1393-1407.

53. Catterall W. Neurotoxins that act on voltage-sensitive sodium channels in excitable membranes // Ann. Rev. Pharmacol. Toxicol. 1980. Vol. 20. P. 15-43.

54. Chiswell R., Smith M., Norris R., Eaglesham G., Shaw G., Seawright A., Moore M. The Cyanobacterium Cylindrospermopsis raciborskii and its related toxin, cylindrospermopsin // Aust. J. Ecotox. 1997. Vol. 3. P. 7-23.

55. Codd G.A., Jefferies T.M., Keevil C.W., Potter E. Detection methods for cyanobacterial toxins // Royal Society of Chemistry. 1994. 605 p.

56. Cohen S.G. and Reif C.B. Cutaneous sensitization to blue-green algae // J. Allergy. 1953. Vol.24. P. 452-457.

57. Сох P.A., Banac S.A., Murch S.J. Diverse taxa of cyanobacteria produce P-N-methylamino-L-alanine, a neurotoxic amino acid // PNAS. 2005. Vol.102 (14). P. 5074 -5078.

58. Current approaches to cyanotoxin risk assessment, risk management and regulations in different countries / Edited by Ingrid Chorus. Berlin, 2005.

59. Dawson L. The toxicology of microcystins // Toxicon. 1998. 36 (7);

60. Drabkova M. Methods for control of the cyanobacterial blooms development in lakes: Dissertation tesis. Masaryk University. Brno, 2007. 91 p.

61. Dyble J., Tester P.A., Litaker R.W. Effects of light intensity on cylindrospermopsin production in the cyanobacterial HAB species Cylindrospermopsis raciborskii // African Journal of Marine Science. 2006. Vol. 28 (2). P. 309-310.

62. Eloff J. N., Westhuizen A. J. V. D. Toxicological studies on Microcystis. New York, 1981.364 p.

63. Elser JJ. The pathway to noxious cyanobacteria blooms in lakes: The food web as the final turn // Freshwater Biology. 1999. Vol. 42 (3). P. 537-543.

64. Falconer I.R., Humpage A.R. Preliminary evidence for in vivo tumor initiation by oral administration of extracts of blue-green alga Cylindrospermopsis raciborskii containing the toxin cylindrospermopsin //Environ. Toxicol. 2001. Vol. 16. P. 192-195.

65. Ferber L.R., Levine S.N., Lini A., and Livingstone G.P. Do cyanobacteria dominate in eutrophic lakes because they fix atmospheric nitrogen? // Freshwater Biology. 2004. Vol. 49. P. 690-708.

66. Fujiki H., Suganuma M., Suguri H., Yoshizawa S., Takagi K., Nakayasu M., Ojika M., Yamada K., Yasumoto Т., Moore R.E. and Sugimura, T. New tumor promoters from marine natural products // Structure and Molecular Pharmacology, 1990 Vol. 418, P. 232-240.

67. Fulton R. S Resistance to blue-green algal toxins by Bosmina longirostris//Journal of Plankton Research. 1988. Vol. 10. P. 771-778.

68. Gentile, J.H., Maloney Т.Е. Toxicity and environmental requirements of a strain of Aphanizomenon flos-aquae // Can. J. Microbiol. 1969. Vol. 15. P. 163-173.

69. Hawkins P.R, Putt E., Falconer I., Humpage A. Phenotypical variation in a toxic strain of the phytoplankter, Cylindrospermopsis raciborskii (Nostocales, Cyanophyceae) during batch culture // Environmental Toxicology. 2001. Vol. 16. P. 460-467.

70. Hendzel L.L., Hecky R.E., Findlay D.L. Recent changes of N2-fixation in Lake 227 in response to reduction of the N:P loading ratio // Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences. 1994. Vol. 51. P. 2247- 2253.

71. Hirsch R.P., Riegelman R.K. Statistical first aid: Interpretation of health research data. Boston, 1992.

72. Horner R.A., Postel J. Toxic diatoms in western Washington waters (U.S. west coast) // Twelfth International Diatom Symposium. Hydrobiologia. 1993. Vol. 269/270. P. 197-295.

73. Hyde E.G., Carmichael W.W. Anatoxin-a(s), a naturally occurring organophosphate, is an irreversible active site-directed inhibiror of acetylcholinesterase //J. Biochem. Toxicol. 1991. Vol 6. №3. P.195-201.

74. Jackson D. F. Algae and man. New York, 1964. 336 p.

75. Kann J, Smith V.H Estimating the probability of exceeding elevated pH values critical to fish populations in a hypereutrophic lake // Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences. 1999. Vol. 56. P. 2262-2270.

76. Kaya K., Watanabe M.M. Microcystin composition of an axenic clonal strain of Microcystis viridis and Microcystis viridis containing waterblooms in Japanese freshwaters // J. App. Phycol., 1990. Vol.2. P.173.178.

77. Lefevre M. Algae and man. Paris, 1964. 368 p.

78. Lippy E.C. and Erb J. Gastrointestinal illness at Sewickley, PA // J. Am. Water Works Assoc. 1976. Vol.68. P. 606-610.

79. Lippy E.C., Erb J. Gastrointestinal illness at Sewickley, PA. // J. Am. Water Works Assoc. 1976. Vol. 68. P. 606-610.

80. Mahmood N.A., Carmichael W.W. Paralytic shellfish poisons produced by the freshwater cyanobacterium Aphanizomenon flos-aquae nh-5 // Toxicon. 1986. Vol. 24. №2. P. 175-186.

81. Matsunaga S., Moore R.E., Niemczura W.P., Carmichael W.W. Anatoxin-a(s) a potent anticholinesterase from Anabaena flos-aquae // J. Am. Chem. Soc. 1989. Vol. 111. №20. P. 8021-8023.

82. Mittal A., Agarwal M. and Schivpuri D. Respiratory allergy to algae: clinical aspects // Ann. Allergy. 1979. Vol. 42. P. 253-256.

83. Mittal A., Agarwal Mi, Schivpuri D. Respiratory allergy to algae: clinical aspects // Ann. Allergy. 1979. Vol. 42. P. 253-256.

84. Molloy L., Wonnacott S., Gallagher Т., Brough P.A., Livett B.G. Anatoxin-a is a potent agonist of the nicotinic acetylcholine receptor of bovine adrenal chromaffin cells // Eur. J. Pharmacol. 1995. Vol. 289 (3). p. 447-453.

85. Mynderse J.S., Moore R.E., Kashiwagi M., Norton T.R. Antileukemia activity in the Oscillatoriaceae, isolation of debromoaplysiatoxin from Lyngbya // Science. 1977. Vol. 196. P. 538-540.

86. Namikoshi M., Choi B.W., Sakai R., Sun F., Rinehart K.L., Carmichael W.W., Evans W.R., Cruz P., Munro M.H.G., Blunt J.W. New nodularins. A general method for structure assignment // J. Org. Chem. 1994. Vol. 59: P. 2349-2357.

87. Negri A. P., Jones G.J., Hindmarsh M. Sheep mortality associated with ■ paralytic shellfish poisons from the cyanobacterium Anabaena circinalis// Toxicon. 1995. Vol. 33. №10. P. 1321-1329.

88. Negri A.P., Jones G.J. Bioaccumulation of paralytic shellfish poisoning (PSP) toxins from the cyanobacterium Anabaena circinalis by the freshwater mussel Alathyria condola // Toxicon., 1995. Vol.33 (5). P.667-678.

89. Neilan B. A, Jacobs D. Genetic diversity and phylogeny of toxiccyanobacteria determined by DNY polymorphisms within thephicocyanin locus // Applied and Enviromental Microbiology, Nov. 1995, P. 3875-3883.

90. Oberemm A., Fastner J., Steinberg C. Effects of microcystin-LR and cyanobacterial crude extracts on embryo-larval development of zebrafish (Danio rerio) // Wat. Res. 1997. Vol. 31. №11. P. 2918-2921. <

91. Pick F.R., Lean D.R.S. The role of macronutrients (C,N,P) in controlling cyanobacterial dominance in temperate lakes // New Zealand Journal of Marine and Freshwater Research. 1987. Vol. 21. P. 425-434.

92. Portielje R. and Van der Molen D.T. Relationships between eutrophication variables: From nutrient loading to transparency // Hydrobiologia. 1999. 408/409. P. 375-387.

93. Prepas E.E., Kotak B.G., Campbell L.M. Evans J.C., Hrudey S.E., Holmes C.F.B. Accumulation and elimination of cyanobacterial hepatotoxins by the freshwater clam Anodonta grandis simpsoniana.// Can J. Fish. Aquat. Sci. 1997. Vol. 54. P. 41-46.

94. Rapala J. Toxin production by freshwater cyanobacteria: effects 'of environmental factors. Helsinki, 1998. 97 p.

95. Robarts R.D. Zohary T. Temperature effects on photosynthetic capacity, respiration, and growth rates of bloom-forming cyanobacteria //

96. N.Z. J. Mar. Freshwat.Res. 1987. Vol. 21. P. 391-399. 1i

97. Runnegar M. Т. C., Jackson A. R. B. and Falconer I. R. Toxicity of the cyanobacterium Nodularia spumigena mertens // Toxicon. 1988. Vol. 26. №2. P. 143-151.

98. Runnegar M.T.C., Kong S.M., Zhong Y Z., Ge J.L., Lu S.C. The role of glutathione in the toxicity of a novel cyanobacterial alkaloidcylindrospermopsin in cultured rat hepatocytes I I Biochem. Biophys. Res.i

99. Commun. 1994. Vol. 201. P. 235-241.

100. Runnegar M.T.C., Kong S.M., Zhong Y.Z., Lu S.C. Inhibition of reduced glutathione synthesis by cyanobacterial alkaloid cylindrospermopsin in cultured rat hepatocytes // Biochem. Pharmacol. 1995. Vol. 49. №2. P. 219-225.

101. Sakamoto M. Primary production by phytoplankton community in some Japanese lakes and its dependence on lake depth. Archiv fur Hydrobiologie. 1966. Vol. 62. P. 1-28.

102. Saker M.L, Griffiths D.J. The effect of temperature on growth and cylindrospermopsin content of seven isolates of Cylindrospermopsis raciborskii (Nostocales, Cyanophyceae) from water bodies in northern Australia // Phycologia. 2000. Vol. 3. P. 349-354

103. Salmela J., Lahti K., Hoppu K. Sinilevapitoinen saunavesi voi aiheuttaa oireita ihmisille // Suomen Laakarilehti, 2001. Vol. 56. P. 28912895.

104. Scheffer M., Rinaldi S., Gragnani A., Mur L.R. van Nes E.H. On the dominance of filamentous Cyanobacteria in shallow, turbid lakes // Ecology. 1997. Vol. 78(1). P. 272-282.

105. Schembri M.A., Neilan B.A., Saint C.P. Identification of genes implicated in toxin production in the cyanobacterium Cylindrospermopsis raciborskii // Environ Toxicol. 2001. Vol. 16. P. 413-421.

106. Schindler D.W. Evolution of phosphorus limitation in lakes // Science. 1977. 195. P. 260-262.

107. Shaw G.R., Seawright A. A., Moore M.R., Lam P.K. Cylindrospermopsin, a cyanobacterial alkaloid: evaluation of its toxicologic activity // Ther Drug Monit. 2000. Vol. 22. №1. P. 89-92.

108. Smith V.H. and Bennett S.J. Nitrogen : phosphorus supply ratios and phytoplankton community structure in lakes // Archiv fur Hydrobiologie. 1999. Vol. 146 (1) P. 37-53.

109. Soininen J., Tallberg P., d Hoippila J. Phytoplankton communityiassembly in a large boreal lake deterministic pathways or chaotic fluctuations? // Freshwater Biology. 2005. Vol. 50. P. 2076-2086.

110. Stepanek M., Cervenka R. Problemy eutrofizace v praxi. Praha, 1974.399 р. !

111. Stevens D.K., Krieger R.I. Application of a sensitive, GC-ECD analysis for anatoxin-a. Toxicon. 1989. Vol. 27. P. 79.

112. Teixera M.G.L.C., Costa M.C.N., Carvalho V.L.P., Pereira M.S.,t

113. Hage E. Bulletin of the Pan American Health Organization. 1993. Vol. 27. P. 244-253.

114. The water environment: Alga toxins and health / Edited by W.W. Carmichael. New York; London, 1981. 446 p.

115. Tonno I., Noges T. Nitrogen fixation in a large shallow lake: Rates and initiation conditions // Hydrobiologia. 2003. Vol. 490. P. 23-30.

116. Toxic Cyanobacteria in Water: A guide to their public health consequences, monitoring and management / Edited by I. Chorus and J. Bartram. WHO, 1999. 400 p.i

117. Vaitomaa J. The effects of environmental factors on biomass and microcystin production by the freshwater cyanobacterial genera Microcystis and Anabaena. Helsinki, 2006. 255 p.

118. Vasconcelos V. Cyanobacteria toxins: diversity and ecological effects //Limnetica. 2001. Vol. 20 (1). P. 45-58.

119. Watanabe M.F. Oishi S. Effects of environmental factors on toxicity of a cyanobacterium (Microcystis aeruginosa) under cultureconditions // Applied Environmental Microbiology. 1985. Vol; 49.'P. 1342-1344; . . "j

120. Yoshida; T.r Makita\ Y.,.:Nagata-i S;, Tsutsumi> Т., Yoshida F., Sekijima M.!, Tamurar S.-L, Ueno Y: Acute oral toxicity of microcystin-LR* a cyanobacterial hepatotoxin,.in mice //Nat. Toxins; 19971 Vol; 5: 'P. , 91-95. . . ; ' . . ' !' '

121. Yoshizawa S., Matsushima R., Watanabe M.F., Harada K.L, Ichihara A:, Carmichael W.W., Fujiki H. Inhibition of protein phosphatases by microcystin and nodularin associated with hepatotoxicity //J. Cancer Res. din. Oncol. 1990. Vol. 16. P. 609-614.

122. Yu S.-Z. Drinking water, and primary liver cancer //' Chinav Academic Publishers, New York, 1989. P. 30-37.138: Yu; S;-Z. Primary prevention! of hepatocellular carcinoma //; Ji Gastroenterol Hepatol. 1995. Vol.10 (6). P. 674-82. i

123. Zhang; Q.X. Cyclic peptide hepatotoxins from freshwatercyanobacterial (blue-green algae) waterblooms collected in central China' 1 ■ ' ■ i

124. Env. Toxicol. Chem. 1991. Vol. 10. P. 313-321. I. . i