УДК 57.084.1
Daphnia magna Straus В БИОТЕСТИРОВАНИИ ПРИРОДНЫХ И ТЕХНОГЕННЫХ СРЕД
© 2015 г. А. С. Олькова, А. И. Фокина
Вятский государственный гуманитарный университет, Киров E-mail: morgan-abend@mail.ru
Показаны широкие возможности применения Daphnia magna Straus в научно-исследовательской и природоохранной практике биотестирования. Описаны многочисленные тест-функции, проявляющиеся в морфологических, физиологических и биохимических ответных реакциях на качество тестируемой среды. Ряд методов требует специального оборудования и высокой квалификации специалистов, но большинство методик биотестирования по D. magna доступны для освоения исследователями. Высокой научной ценностью и информативностью отличаются долговременные эксперименты, в которых устанавливается хроническое токсическое действие. Отдельно описывается чувствительность D. magna к разным классам химических веществ.
Ключевые слова: Daphnia magna Straus, биотестирование, тест-организм, тест-функция, токсичность, загрязняющие вещества, токсикологические анализы.
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время оценка качества окружающей среды и определение эффективности мер по ее восстановлению стала важной научно-практической задачей. Для диагностики состояния окружающей среды уже недостаточно использовать только химические методы и систему нормирования содержания загрязняющих веществ в компонентах среды.
Биотестирование представляет собой классический экспериментальный методический прием, используемый в токсикометрии для разработки нормативов содержания химических веществ в окружающей среде (Никаноров, Трунов, 1999). Группа методов активно развивалась в направлении поиска новых отличающихся чувствительностью к загрязняющим веществам тест-организмов и выявления у них информативных тест-функций, а также автоматизации токсикологического анализа. В итоге научно-исследовательская практика предоставляет колоссальный спектр тест-организмов и их тест-функций (Олькова, 2014). К сожалению, большинство из них остаются в руках узких специалистов по ряду причин: трудоемкость содержания предложенного тест-организма, сложность оценки токсического эффекта, отсутствие разработанного метрологического обеспечения методики. С этих позиций перспективной оказывается стратегия расширения методических приемов, основанных на оценке ответ-
ных реакций "классических" тест-организмов, применяемых в мировой практике. Такими организмами, с известной биологией вида, обладающими многими преимуществами по сравнению с другими биообъектами, а главное - широкой распространенностью, являются низшие ветви-стоусые ракообразные Daphnia magna Straus.
Обзор научных разработок в области биотестирования природных и техногенных сред с использованием D. magna стал целью данной работы.
ТРЕБОВАНИЯ К ТЕСТ-ОРГАНИЗМАМ
Тест-объекты - это организмы, используемые при оценке токсичности химических веществ и их смесей, компонентов окружающей среды (природные воды, почвы, донные отложения), кормов, а также техногенных сред - сточных вод, отходов производства. По определению Л.П. Брагинского (2000), тест-организмы представляют собой "датчики" сигнальной информации о токсичности среды и заменители сложных химических анализов, позволяющие оперативно констатировать факт токсичности (ядовитости, вредности) среды, независимо от того, обусловлена ли она наличием одного точно определяемого аналитически вещества или целого комплекса аналитически неопределяемых веществ.
На практике наиболее распространены методы биотестирования, фиксирующие, главным образом, интегральные параметры (выживае-
мость, рост, плодовитость) тест-организмов, и надежность их экспериментально подтверждена (Жмур, 1997).
Важное условие проведения биотестирования - использование генетически однородных лабораторных культур, которые проходят проверку на чувствительность к токсическим веществам, содержатся в специальных, оговоренных стандартами лабораторных условиях, обеспечивающих необходимую сходимость и воспроизводимость результатов исследований (Брагинский, 2000).
Гарантия высокого качества токсикологических анализов и успешного решения комплекса современных задач теми или иными методами биотестирования достигается жесткими требованиями, предъявляемыми к ним: 1) способность оценить любые экологические изменения среды обитания живых организмов; 2) отражение наиболее общих и важных параметров жизнедеятельности биоты; 3) чувствительность даже к начальным обратимым экологическим изменениям; 4) адекватность для любого вида живых существ и любого типа воздействия; 5) возможность использования не только для лабораторного моделирования, но и для исследований в природе; 6) простота и экономичность (Терехова, 2003).
ОСОБЕННОСТИ ТЕСТ-ОРГАНИЗМОВ Daphnia magna Straus
Ветвистоусые рачки невелики по размерам (длина тела у большинства до 1 мм) и очень разнообразны по внешнему виду. D. magna - один из наиболее крупных видов, взрослые особи достигают 6 мм. Морфология и биология рачков подробно изложена Е.Ф. Мануйловой (1964) и Н.Н. Смирновым (1975).
Представители низших ракообразных D. magna используются в качестве тест-объектов при токсикологических исследованиях уже свыше 65 лет. Основу для такого широкого их применения заложил еще в 1933 г. Э. Науманн в классической работе "Daphnia magna Straus als Versuchtiere" (по: Мичукова и др., 2007).
Во второй половине XX столетия, в связи с необходимостью оценки токсичности компонентов окружающей среды и некоторых химических веществ, во многих странах мира стали активно использовать биотестирование с использованием D. magna. В СССР начало подобных исследований связано с работами Н.С. Строганова и его школы, а также Л.А. Лесникова (Строганов, 1968; Строганов и др., 1989; Лесников и др., 1986).
Позже представители американской школы биотестирования предложили вид Ceriodaphnia affinis Lilljeborg, который, наряду с D. magna и D. pulex, был введен в руководства по биотестированию во многих странах мира. Однако D. magna с момента зарождения биотестирования и до сих пор остается самым распространенным тест-организмом.
Краткое описание морфологических особенностей организма изложено в аттестованной методике биотестирования с использованием D. magna, разработанной Н.С. Жмур (ФР.1.39.2007.03222, 2007). Тело дафний овальной формы, сжато с боков, заключено в прозрачный панцирь. Тело нечетко сегментировано на головной, грудной и брюшной отделы. Голова покрыта щитом, передний край которого образует рострум. Под рострумом расположены две пары конечностей: антеннулы и антенны, последние сильно развиты, служат для скачкообразного перемещения в толще воды. Пять пар грудных конечностей сильно расчленены, снабжены щетинками, служат для фильтрации воды, питания, дыхания. Брюшной (абдоминальный) отдел туловища заканчивается постабдоменом, дорсальный край которого имеет выемку, характерную для дафний данного вида. В головном отделе, не покрытом раковиной, расположена пара глаз: большой - сложный, маленький - простой. Под панцирем дафний легко различимы сердце, кишечник, выводковая камера, которая находится в спинной части туловища. В выводковой камере протекает эмбриональное развитие дафний.
Особенно интенсивно дафния растет первые дни после рождения, при каждой линьке сбрасывая старый панцирь. Оптимальное питание обеспечивает удвоение размеров рачков в промежутке между линьками. После наступления половой зрелости рост дафний замедляется, снижается и частота линек. В течение жизни дафния может линять до 24 раз. Выметанная молодь имеет длину 0.7-0.9 мм, половозрелые самки - от 2.2 до 2.4 мм, самцы - от 2.0 до 2.1 мм. Максимальные размеры самок - 6.0 мм при сыром весе 7-10 мг. В оптимальных условиях дафнии размножаются без оплодотворения - партеногенетически (рождаются только самки), что обеспечивает в лабораторных условиях генетическую однородность культуры.
По характеру питания дафнии относятся к фильтраторам и в природе питаются взвешенными в воде бактериями, одноклеточными водорослями, детритом, растворенными органическими веществами (Мануйлова, 1964).
Биологические особенности D. magna делают этих рачков ценными тест-организмами с явными преимуществами перед другими видами, а именно: удобные и относительно простые условия культивирования (содержание культуры в чистой природной воде, ежедневное отсаживание молоди от взрослых самок, кормление); молодь генетически однородна, что обеспечивается парте-ногенетическим размножением и поддержанием синхронизированной культуры, которой считается группа особей, находящихся на одной стадии развития; быстрое созревание рачков (5-8 сут. при оптимальной температуре +20 ± 2°С и хорошем питании с длительностью эмбрионального развития 3-4 дня); регулярное (каждые 3-4 дня) и многочисленное появление молоди (у молодых самок 10-15, у зрелых - до 40 особей); достаточно высокий уровень организации (наличие кровеносной и нервной систем), позволяющий экстраполировать токсикологические результаты на других многоклеточных представителей экосистем и даже человека; крупные размеры, за счет чего возможно вести визуальные наблюдения за многими ответными реакциями без использования специализированных средств измерений; чувствительность к большинству загрязняющих веществ.
Перечисленные достоинства привели к появлению массы методик биотестирования с применением D. magna. Большинство методик выполнения анализов с использованием D. magna доступны освоению сотрудниками с квалификацией лаборант и младший научный сотрудник.
РАЗНООБРАЗИЕ ТЕСТ-ФУНКЦИЙ D. magna И МЕТОДИК ИХ ОЦЕНКИ
D. magna является уникальным тест-организмом, позволяющим оценить множество тест-функций. Тест-функция - реакция тест-организма, которая служит для определения токсичности тестируемой среды (Технологии биотестирования..., 2008). У D. magna апробированы и используются тест-функции разных уровней: поведенческие, морфологические, физиологические, биохимические, генетические. Практический интерес представляет не только поиск новых тест-функций низших ракообразных, но и установление чувствительности известных ответных реакций. А.Н. Крайнюкова (2004) о
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.