Определение ЛД50 некоторых тяжелых металлов на гидробионтах Каспийского моря

Данная работа посвящена определению летальных доз (ЛД₅₀) некоторых металлов (кадмия и ртути) на гидробионтах Каспийского моря. В качестве тест материалов были использованы морские ракообразные Pontogammarus maeticus и морские моллюски Mytilaster lineatus.

Ключевые слова:Каспийское море, летальная концентрация, летальная доза, токсичность, кадмий, ртуть,  Pontogammarus maeticus, Mytilaster lineatus.

Введение

Как известно, в воды Каспия, наряду с органическими углеводородами, также попадают тяжелые и переходные металлы [1-4]. Большая их часть попадает в морскую воду со сточными водами, речным стоком и в результате процессов нефтедобычи. Часть металлов, попавшая в море, равномерно рассеивается в толще воды, другая их часть распределяется в донных осадках, в результате чего металлы становятся составной частью донных грунтов.

В настоящее время проводится ряд исследований, включающих в себя посезонные и годичные мониторинги территории Каспийского моря [5-10]. В результате таких мониторингов, накапливается много информации о концентрации различных металлов в донных отложениях Каспия. Но при всей своей информативности, химический анализ всего лишь определяет уровень загрязненности определенной территории различными металлами, но при этом он не несет в себе никакой информации о влиянии той или иной концентрации различных металлов на морские гидробионты. 

Для того чтобы ответить на вопрос, как влияет различная концентрация тяжелых и переходных металлов на морские гидробионты, обитающие, главным образом, на границе раздела двух фаз (придонная вода - донные отложения), нами были проведены токсикологические тесты по выявлению летальной токсичной концентрации металлов на двух разных организмах: ракообразных - Pontogammarus maeticus и моллюсках - Mytilaster lineatus.

Материалы и методы

Организмы для проведения анализа

Для проведения анализов были выбраны различные типы придонных обитателей Каспийского моря:

В качестве представителей ракообразных был взят:

Тип – Arthropoda

Класс – Crustacea

Отряд – Amphipoda

Семейство – Gammaridae

Род – Niphargoides

Подрод  – Pontogammarus

Вид – Pontogammarusmaeticus

В качестве представителей моллюсков был взят:

Тип – Mollusca

Класс – Bivalvia

Отряд – Gastrotriteia

Семейство – Mytilidae

Род – Mytilastes

Вид – Mytilaster lineatus

Выбор данных организмов был обусловлен тем, что они являются типичными представителями фауны Каспийского моря, обитающих на границе раздела двух фаз: придонная вода - донные отложения. Животные были отобраны с чистых участков прибрежной зоны Каспийского моря, близ поселков Пираллахи и Нардаран Апшеронского полуострова (Республика Азербайджан). По прибытии в лабораторию, тестовые организмы были отсеяны от естественных донных отложений для дальнейшей оценки их физического состояния и идентификации вида.  Перед проведением анализов, в целях акклиматизации, животные выдерживались при постоянной температуре (20^оС) в аквариумах, засыпанных просеянным грунтом (высота слоя 2 см) и заполненных отфильтрованной морской водой.

Вода для проведения анализа

Морская вода, используемая для проведения анализа, была подвергнута  ультрафиолетовой обработке, отфильтрована  через 1-мкм мембранный фильтр и предварительно проаэрирована.  После обработки, в целях контроля качества, морская вода была подвергнута лабораторному анализу. Результаты химического, биохимического и физико-химического анализа представлены в таблице 1.

Таблица 1

Результаты лабораторного анализа морской воды используемой для проведения токсикологических тестов

По данным лабораторных испытаний, был сделан вывод, что данная вода может быть использована для проведения токсикологических тестов [11].

Грунт для проведения анализа

Грунт для проведения анализа также был собран с участка, близкого или схожего по характеристикам с участком сбора тестовых организмов. Для проведения анализа собирался только верхний слой грунта мощностью в 2-4 см. По прибытии в лабораторию, грунт был просеян через 2-мм сито для удаления присутствующих там бентосных организмов, которые могли бы повлиять на результаты исследований, и промыт морской водой. Далее для доказательства того, что выбранные тестовые организмы имеют удовлетворительный уровень выживаемости в данном грунте, тестовые организмы были помещены в аквариум с собранным грунтом и морской водой на 10 дней. Уровень выживаемости составил более 96%, что является показателем того, что грунт может быть использован для проведения токсикологических тестов.

Методика проведения анализа

Для проведения анализа [12-14], были взяты 1000 мл стеклянные стаканы с градуированной шкалой. В каждый стакан  было добавлено по 200-300 г тщательно гомогенизированного грунта для образования слоя глубиной в 2 см. Далее в стакан, до отметки 800 мл, приливали морскую воду, содержащую определенную концентрацию тяжелых металлов. Грунт с водой перемешивался и оставался далее нетронутым в течение одного часа для осаждения взболтанного грунта на дно стакана. После заполнения сосудов тестовыми материалами, каждый стакан располагался на участке тестирования таким образом,  чтобы избежать встречного загрязнения между образцами.  Когда все тестовые сосуды были подготовлены и расположены по своим местам, сосуды закрывались крышками и снабжались пипетками для аэрации. Аэрация продолжалась в течение 16 часов перед добавлением испытуемых животных в сосуды.

Добавление тестовых животных

Перед добавлением тестовых организмов в сосуды, они заранее были перенесены из аквариумов в 100 мл стаканы с морской водой в количестве 10 штук на 1 стакан и оставлены для акклиматизации на 24 часа. По истечении 24 часов, тестовые организмы были добавлены в каждый стакан и оставлены в закрытом помешении (СT Room) на определенное время при постоянной температуре 20^оС.

Проведение токсикологического теста

Данный токсикологический тест проводился с использованием двух металлов кадмия Cd и ртути Hg на бентосных организмахPontogammarusmaeticus и Mytilasterlineatus. Тест состоял из 2 частей.

1)       Нахождение интервала рабочей зоны концентрации для Cd и Hg.

2)      Определение летальной дозы ЛД₅₀ для Cd и Hg.

Для выявления повторяемости анализа, каждая концентрация бралась в 4 дубликатах.

Для исключения влияния различных факторов на ход анализа, холостые пробы также были взяты в 4-х дубликатах. Детальная информация об исследуемых концентрациях представлена в таблице 2.

Таблица 2

 Стандартные растворы Сdи Hg использованные в тесте по нахождению интервала рабочей зоны концентраций

Для приготовления растворов металлов указанных концентраций, использовались готовые растворы нитратов данных металлов CertiPUR фирмы MERCK.

Тест 1. Нахождение интервала рабочей зоны концентрации для Cdи Hg

Среднее значение результатов полученных по выявлению интервала рабочих концентраций представлены в таблицах 3-4

Таблица 3

Результаты анализа по выявлению рабочей зоны концентраций для Cd

Таблица 4

Результаты анализа по выявлению рабочей зоны концентраций для Hg

*Отношение умерших животных к общему количеству добавленных животных.

По результатам первого теста по выявлению интервала рабочей зоны концентраций видно, что, во всех случаях, растворы металлов Cd и Hg в количествах от 100 до 1000 мг/л являются летальными для Pontogammarusmaeticusи Mytilasterlineatus, а концентрации ниже 0.001 не являются опасными для данных организмов. Следовательно, для установления летальной дозы, необходимо брать растворы в интервале концентраций от 0.001 до 10 мг/л.

Тест 2. Нахождение летальной концентрации Cdи Hg для бентосных организмов Pontogammarusmaeticusи Mytilasterlineatus.

Для проведения данного теста была использованна четвертично логарифмическая шкала как основа для приготовления растворов металлов различной концентрации. Данные представлены в таблице 5

Таблица 5

Растворы Cd и Hgразличной концентрации использованных для проведения тестов по выявлению летальной дозы на Pontogammarusmaeticusи Mytilasterlineatus.

Анализ данных

Тесты проводились в течение 96 часов, с обязательным соблюдением следующих критериев: pH–7.5-8.5, растворенный кислород >90%, температура 20±2˚C, соленость 12± 2‰.

Расчеты по определению летальной концентрации проводились по методу «Moving Average-angle method».

Результаты исследований показали, что для морских ракообразных Pontogammarus maeticus значение LД₅₀(Hg) = 0.024 мг/л (мин-0.01, макс-0.05), LД₅₀(Сd) = 0.28 мг/л (мин-0.09, макс-0.75).

Для морских моллюсков Mytilaster lineatus LД₅₀(Hg) = 0.015 мг/л (мин-0.009, макс-0.04), LД₅₀(Сd) = 0.52 мг/л (мин-0.12, макс-1.22).

Литература:

1.      Гаврилов В.П. Экологические проблемы Каспийского моря // Труды РГУ Нефти и Газа имени И.М. Губкина, 2011, № 4 (265), с. 37-45.

2.      Каспийское море. Состояние окружающей среды. 2011 // Доклад временного Секретариата Рамочной конвенции по защите морской среды Каспийского моря и бюро управления и координации проекта «КАСПЭКО», 2010.

3.      Ежегодные гидрохимические данные о качестве вод Каспийского моря а 1978-1995 гг., Азкомгидромет, Баку.

4.      Korshenko A. N. and Gul A. G. “Pollution of the Caspian Sea,” in The Caspian Sea Environment, Ed. by A. G. Kostianoy and A. N. Kosarev, Berlin, Springer-Verlag, 2005, pp. 109–142.

5.      Ковальский В.В. Геохимическая экология. М.: Наука, 1974. c.420

6.      А.Г. Касымов, Экология Каспийского озера, Институт зоологии АН AP, Баку, 1994

7.      Касымов.А.Г., Софиев. З.П., Закономерности распределения гидрохимических элементов в западном побережье среднего и южного Каспия. Изд-во АН Азерб. ССР 1967.c.3-19.

8.      Каспийское море, состояние окружающей среды. Доклад временного Секретариата Рамочной конвенции по защите морской среды Каспийского моря и бюро управления и координации проекта «КАСПЭКО»

9.      Блатов А. С., Косарев А. Н. Течение Каспийского моря. -кн. Каспийское море. Гидрология и гидрохимия. М. Наука, 1986

10.  Бруевич С.В. Гидрохимия Среднего и Южного Каспия. /Тр. комиссии по комплексному изучению Каспийского моря. М. - 1937. - Вып. 4. c.350.

11.  APHA-AWWA-WPCF, Standard methods for the examination of water and wastewater, 19^th edn. 1995.

12.  USEP, Methods for measuring the acute toxicity of effluents and receiving waters to freshwater and marine organisms, 5^th edn. 2002.

13.  ASTM, Standard quide for conducting 10-day static sediment toxicity tests with marine and estuarine amphipods. ASTM E 1367-90. 1990.

14.  OSPAR. Protocols on Methods for the Testing of Chemicals Used in the Offshore Oil Industry. 2005