Морфофизиологические особенности Daphnia magna в условиях влияния биологического пестицида на основе Bacillus thuringiensis

УДК 595.324.2

К. В. Кулагина, В. М. Каменек

Ульяновский государственный университет, Ульяновск, Россия

MORPHOPHYSIOLOGICAL TRAITS OF THE DAPHNIA MAGNA UNDER IMPACT OF BIOPESTICIDE BASED ON BACILLUS THURINGIENSIS

K. V. Kulagina, V. M. Kamenek

Ul’yanovsk State University, Ul’yanovsk, Russia

Одним из важных антропогенных химических факторов, вызывающих неблагоприятные изменения окружающей природной среды, являются пестициды, которые вносятся в окружающую среду для решения сельскохозяйственных задач и способны циркулировать и накапливаться в ней, что приводит к изменению химического фона для гидробионтов (Лунев, 2005). Последнее может служить регулятором развития популяций, оказывая влияние на морфофизиологическое и генетическое состояние гидробионтов из разных таксономических групп.

Определение величины воздействия токсикантов на водную экосистему является сложнейшей проблемой мониторинга всех абиотических и биотических параметров пресноводных водоемов. В этой связи оценка величины воздействия на водоемы по ответным реакциям гидробионтов перспективна и может использоваться в гидроэкологии. Биологические показатели состояния экосистем имеют очевидные преимущества, так как являются суммарными показателями всех изменений за продолжительный период времени и в то же время отражают ответ биоты на антропогенное воздействие.

В настоящее время широкое применение нашли биологические средства защиты. Они про­изводятся преимущественно на основе целых микроорганизмов и содержат помимо действующего начала примесь спор, вегетативных клеток, токсинов, что нежелательно с экологической точки зрения. В связи с вышеперечисленным актуальным становится вопрос влияния биологических пестицидов на гидробионтов, находящихся на низших уровнях гетеротрофов, которые могут быть более уязвимы к воздействию химического фактора. В нашей работе исследовано токсикологическое влияние пестицида нового поколения «Лепидоцид» на основе B. thuringiensis на Daphnia magna Straus (Straus, 1820).

«Лепидоцид» представляет собой биологический инсектицидный препарат кишечного действия, применяемый для борьбы с листогрызущими вредителями. Основа препарата – кристалло­образующая бактерия Bacillus thuringiensis var. kurstaki (Ishivata, 1915). Активный ингредиент – бактериальные споры и белковые кристаллы (дельта-эндотоксин); остатки питательной среды и метаболиты культуры-продуцента; инертные наполнители, обеспечивающие сохранность, растекаемость и стабильность препарата. В целом литературные источники по воздействию «Лепидоцида» и его составляющих на водных беспозвоночных встречаются крайне редко.

D. magna легко вводится в культуру, довольно устойчива в искусственных условиях (при культивировании in vitro), дает целый комплекс тест-реакций (иммобилизация, оседание на дно, переход от скачкообразных движений к неупорядоченным, вращение вокруг своей оси или «кувыркание», замедление взмахов антенн и частоты сердечного ритма, выброс яиц и развивающихся эмбрионов) и имеет короткий жизненный цикл, позволяющий прослеживать последствия токсического действия (в малых концентрациях) на протяжении ряда поколений.

Инсектицид исследовали в опытах острой летальной токсичности с D. magna по общепринятой в водной токсикологии методике (Руководство …, 2002). Для опытов использовали молодь рачков, непосредственно вышедших от материнской особи как наиболее чувствительную стадию развития и при необходимости – двухдневных особей. Опыты ставились на одной воде (отстоянная от 2 до 7 суток), жесткость 5,57±0,02 мг экв./дм3, pH 7,49±0,04, содержание кислорода – 9,2±0,1 мг/дм3 (перед проведением опытов отстоянную воду процеживали и насыщали воздухом с помощью аквариумного микрокомпрессора). Все исследования проводились в температурном диапазоне +20±2°С.

В опытах с D. magna использовали концентрации биопрепарата, соизмеримые с нормой его использования для решения сельскохозяйственных задач (от 3 до 0,01 г/л). На каждую концентрацию ставилось по 5 повторностей, высчитывалась медианная летальная концентрация по пробитам. Исследования проводились в 2008–2009 гг. на базе лаборатории кафедры биоэкологи и генетики человека Ульяновского государственного университета.

Первые симптомы отравления молоди D. magna под воздействием высоких концентраций биопрепарата во всех повторностях в целом имеют одинаковые черты. Наблюдалась повышенная двигательная активность молоди дафний, чаще всего особи находились у поверхности растворов и быстро перемещались. Антенны и торакальные ножки дафний двигались беспрерывно с высокой частотой (тремор или дрожание). Через некоторое время активность снижалась, наблюдалось падение особей на дно, явления «толкания» головой о дно и о стенки сосудов, переворачивание через голову. Визуально можно было наблюдать, что функция дыхания и сердечный ритм существенно угнетались, наблюдалось лишь конвульсивное подрагивание тела и антенн – наступала стадия глубокого угнетения. Степень токсического эффекта определялась концентрацией пестицида и длительностью экспозиции. Таким образом, под воздействием исследуемого биопрепарата в высоких концентрациях с момента внесения D. magna в растворы и в течение 24–48 часов можно выделить следующие стадии:

1) стадия возбуждения, повышенной раздражимости молоди D. magna;

2) стадия нарушения координации движений, потеря равновесия и падение на дно;

3) стадия глубокого угнетения жизнедеятельности D. magna – паралич сердечной дея­тель­ности и дыхания и, как следствие, летальный исход.

При низкой концентрации, то есть при которой отмечается гибель лишь некоторого процента особей от общего их числа (в течение 96 часов), можно отметить еще одну стадию – толерантности к растворенному инсектициду. Хотя при этой концентрации также наблюдалась реакция D. magna на токсикант (повышенная возбудимость и нарушение координации движений), такие отклонения в поведении дафний наблюдались в течение первых часов и даже более. Если особи возобновляли равновесие тела и их координация восстанавливалась, то еще некоторое время они находились в таком угнетенном состоянии. В большинстве случаев через 48 часов состояние особей нормализовалось и их по поведению и внешнему состоянию было трудно отличить от контрольных.

Скорость наступления первой и всех последующих стадий возбуждения и продолжительность каждой из них зависели от концентрации биологического инсектицида. Чем выше концентрация, тем быстрее наступала стадия возбуждения молоди дафний и тем короче был период этой стадии, и, наоборот, при низкой концентрации растворов требовалось больше времени для ответной реакции. В опытах при 3 г/дм3 нарушение координации у молоди наступало уже через 4 часа, а при 1 г/дм3 в это время наблюдалось лишь возбуждение молоди, повышенная активность и дрожание антенн, то есть так называемая первая стадия раздражимости.

Микроскопические наблюдения показали, что биопрепарат негативно влиял на линьку и рост молоди дафний. В опытах с высокой концентрацией наблюдалась 100 %-ная линька молоди в течение 24 часов, а 100 %-ная смертность всех дафний наблюдалась через 48 часов. При низкой концентрации биопрепарата линька наступала у 30 % особей в первые 24 часа, остальные – в течение последующих 48 часов.

В таблице приведены линейные размеры тела D. magna по окончании острых опытов и показаны концентрации биопрепарата. Исходная длина особей от основания spina до верхнего края головы колебалась от 0,800 до 0,825 мм.

Таблица. Линейные размеры молоди Daphnia magna S.
через 96 часов в опытах с биопрепаратом

Концентрация
препарата, г/дм3

Длина тела DaphniamagnaS., мм

опыт 1

опыт 2

опыт 3

опыт 4

опыт 5

контроль

3

1,00* 1,00* 0,95* 1,00* 1,00* 1,85

2

1,20** 1,20** 1,30** 1,20** 1,30** 1,95

1

1,30 1,50 1,50 1,50 1,50 1,90

0,1

1,50 1,50 1,50 1,60 1,50 1,90

0,01

1,74 1,76 1,75 1,74 1,76 1,90

Примечание: * – смертность особей через 48 часов, ** – смертность особей через 72 часа.

Как видно из таблицы, линейные размеры дафний в опытах с различной концентрацией отличались, несмотря на то, что исследования проводились при одинаковых условиях среды.

Таким образом, влияние на дафний разных концентраций биологического пестицида неодинаково: с изменением концентраций меняется степень токсического эффекта. В опытах с концентрацией 1 г/л выжило лишь 3 особи, у которых наблюдалось наличие жировых капель и хорошо развитых печеночных выростов. Очевидно у этих особей происходила детоксикация пестицида и они сумели адаптироваться. Механизмы процессов детоксикации и адаптации к токсикантам очень сложны. Этому способствует накопление жировых капель в теле дафний, что играет положительную роль в их адаптации.

Наше исследование показало, что использование рабочих концентраций биологического пестицида, применяемого для защиты лесных, сельскохозяйственных и парковых культур от гусениц чешуекрылых насекомых вызывает у D. magna нарушение нормальной жизне­деятельности, вызывая определенные морфофизиологические изменения, влияя на обмен веществ, о чем свидетельствует отставание в росте, нарушение линьки дафний. Снижение концентрации до 0,1 г/дм3 уже не оказывает такой токсический эффект, благодаря в том числе механизмам процессов детоксикации и адаптации к токсикантам. Снижение концентрации применяемого инсектицида в районах расположения водных экосистем может служить адекватной мерой по предупреждению токсического влияния на гидробионтов.


Zoocenosis — 2009
Біорізноманіття та роль тварин в екосистемах: Матеріали V Міжнародної наукової конференції. – Дніпропетровськ: Ліра, 2009. – С. 63-65.

Розповісти колегам:

Опубликовать в Google Plus
Опубликовать в LiveJournal
Опубликовать в Мой Мир
Опубликовать в Одноклассники